КАРМАННЫЙ МУЛЬТИМЕТР

КАРМАННЫЙ МУЛЬТИМЕТР

Измерительные приборы для домашней лаборатории неизменно привлекают внимание радиолюбителей. Особенно это касается малогабаритных конструк­ций с цифровой индикацией. Среди них пальма первенства, несомненно, принад­лежит мультиметрам — цифровым авометрам с автономным питанием. С при­менением микросхем большой степени интеграции (БИС) в качестве аналого-цифровых преобразователей размеры мультиметров по сравнению с их со­братьями, выполненными на обычных МС, стали значительно меньше. Одновре­менно повысилась и точность измерений.

Предлагаем читателям описание мультиметра, собранного на основе БИС КР572ПВ2. Результаты измерений отображаются четырехразрядным жидко­кристаллическим индикатором (ЖКИ), максимальное высвечиваемое число 1999. Цифровой авометр, по своим параметрам превосходящий широко распро­страненный стрелочный тестер Ц4317, свободно умещается в кармане.

Особенность данного мультимет­ра — электронный переключатель пре­делов измерений и оригинальный узел согласования выходов БИС КР572ПВ2 с жидкокристаллическим индикатором.

Питается прибор от одной батареи «Корунд», энергии которой хватает на 50 часов непрерывной работы. Мини­мальное напряжение, при котором мультиметр еще работает — 6,5 В. При этой величине «гаснет» ЖКИ, хотя электронная часть авометра исправно функционирует при сниже­нии напряжения питания до 5,6 В.

Измерительный узел прибора вы­полнен на операционном усилителе (ОУ) DA2 (см. принципиальную схе­му) и на БИС DD6. Данная БИС структуры КМОП работает по прин­ципу двойного интегрирования на 3,5 десятичных разряда с выходами для управления семисегментными све­тодиодными индикаторами.

Максимальный ток, потребляемый БИС серии КР572ПВ2 от обоих источ­ников питания,— не более 1,8 мА, выходной ток старшего разряда — не менее 10 мА, остальных — не менее 5 мА. Коэффициент ослабления син­фазного сигнала АЦП -. достигает 100 дБ, погрешность преобразования не превышает 1, 3 и 5 единиц счета соответственно для КР572ПВ2А, КР572ПВ2Б и КР572ПВ2В.
Указан­ ные параметры гарантируются при температуре 25+10 С и питающих напряжениях +5 В (UПИТ1) и —5 В (UПИТ2) с нестабильностью + 1%. Нестабильность образцового напря­жения,/ подаваемого на вывод 36, должна быть не хуже ±2,5Х 10-3 при UОБР. =1 В и ±0,25X10-3 при U ОБР. =0,1 В.

Напряжение питания Uпит.1 может быть в пределах от +4,5 до +5,5 В, Uпит.2 от —8 до —4,5 В. Входное и образцовое напряжения не должны превышать напряжения источников питания.

Чтобы БИС не вышла из строя, ее вначале соединяют с общим проводом (выводы 21 и 32), а затем последова­тельно подают напряжения: питания (выводы 1 и 26), образцовое (выводы 35 и 36) и, наконец, входное (выводы 30 и 31). Снимают напряжения в об­ратном порядке. При преобразовании входного сигнала, измеряемого отно­сительно общего провода, выводы 30, 32 и 35 МС соединяют с общим прово­дом.

В данном мультиметре включение БИС КР572ПВ2 отличается от типо­вого. Особенность — в работе на жид­кокристаллический индикатор, выво­ды сегментов которого подключены через диоды VD14—VD36 к выходам БИС и через резисторы R34—rR59 к общему проводу ЖКИ. На него пода­ется импульсное напряжение частотой 1 кГц. Такое включение микросхемы КР572ПВ2 позволяет ей работать с ЖКИ, правда, в этом случае посто­янная составляющая напряжения на сегментах индикатора несколь­ко превышает допустимое значе­ние.

Частота следования импульсов так­тового генератора, входящего в состав БИС, определяется элементами R71, С20 и равна 40 кГц.

Измеряемое напряжение через пере­ключатель SA1 поступает на электрон­ный аттенюатор, образованный муль­типлексором DD2 и ОУ DA1. Выбран­ной шкале измерения соответствует определенный двоичный код на выводах 9 и 10 мультиплексора, который вводит в цепь обратной связи ОУ соот­ветствующее сопротивление, образо­ванное резисторами R25, R27, R29, R33. Эти резисторы в зависимости от управляющего кода мультиплексора обеспечивают следующие коэффици­енты передачи от входной клеммы XI до выхода DA1:1; 0,1; 0,01; 0,001.



Входное сопротивление мультимет­ра при измерении напряжений опреде­ляется резистором R8. Совместно с диодами VD4 и VD5 он обеспечивает защиту микросхемы DA1 от перегру­зок при случайном превышении вход­ным напряжением предельного значе­ния выбранной шкалы.

При измерении тока на пределах 1, 10, 100 мА коэффициент передачи электронного аттенюатора принимает значения: 100; 10; 1. Измерение то­ка силой от 0,1 до 1А производится через гнездо Х4. В этом случае коэф­фициент передачи входной цепи ра­вен 1.

В режиме измерения постоянного напряжения или тока сигнал на вход БИС АЦП поступает с выхода микро­схемы DA1. При измерении перемен­ных величин двуполярный сигнал с выхода DA1 преобразуется в однопо-лярный выпрямителем, собранным на ОУ DA2, и через сглаживающий фильтр подается на вход БИС. В дву-полярном выпрямителе стабильность выходного нулевого напряжения обес­печивает резистор R62. Отрицатель­ная обратная связь по переменному напряжению осуществляется конден­сатором С15.

При измерении сопротивлений через входные гнезда мультиметра и под­ключенный к ним резистор протекает ток, величина которого не зависит от номинала измеряемого резистора. Его вырабатывает генератор стабильного тока, собранный на транзисторах VT2 — VT4. Мультиплексор DD1 в зависимости от выбранного предела подключает один из резисторов R12 — R15, задавая необходимое значение . стабильного тока.

Устройство выбора предела измере­ния выполнено на микросхемах DD4, DD5 и содержит два RS-триггера (DD4.1 и DD4.2), одновибратор (DD4.3) и реверсивный счетчик (DD5). Логические уровни на выходах Q1 и Q2 счетчика DD5 управляют ра­ботой мультиплексоров DD1 и DD2 и определяют таким образом выбранный предел измерений. Коду 00 соответст­вует предел измерения 2; 01—20; 10— 200; 11—2000 В (мА, кОм).

При включении мультиметра на вы­ходе счетчика DD5 устанавливается код 01 и включается предел 20 В (мА, кОм).

Выбирают необходимый предел из­мерений нажатием кнопки SB1 или SB2.


В первом случае ( + 1) происхо­ дит переход на больший предел измерения, во втором (— 1) —на меньший. На ЖКИ это отображается перемеще­нием запятой вправо или влево. Рас­смотрим, как это происходит. При нажатии SB1 (SB2) ток заряда кон­денсатора С5 (С6) вызывает появле­ние положительного импульса на вхо­де RS-триггера DD4.1 (DD4.2), и он срабатывает. Перепад напряжения на выходе DD4.1 (DD4.2) запускает одновибратор DD4.3, выходной им­пульс которого поступает на счетный вход счетчика DD5 и изменяет его состояние на 1. Одновибратор DD4.3 через цепочку R32C11 воздействует на RS-триггеры DD4.1 и DD4.2, возвра­щая их в исходное состояние через 100 мкс.

Режим работы счетчика DD5 задает логический уровень на входе ± 1: если имеется логическая 1, то происходит суммирование, если логический 0 — вычитание. В мультиметре нулевой уровень присутствует на входе ±1 микросхемы DD5 постоянно, но при нажатии на кнопку SB1 ( + 1) на этом входе появляется логическая единица, она исчезает после того, как в счетчик будет записана 1. Длительность поло­жительного импульса на входе +1 счетчика DD5 — около 101 мкс. Опи­санный способ переключения пределов измерения выбран с перспективой создания на базе этого прибора муль­тиметра с автоматическим выбором пределов.

Питающие напряжения +5,5 В и —4,7 В вырабатывает узел питания, состоящий из стабилизатора и преоб­разователя полярности. Положитель­ное напряжение образует стабилиза­тор, собранный на транзисторах VT1, VT5, VT6. Такой стабилизатор имеет коэффициент стабилизации по напря­жению не менее 500 и защиту от корот­кого замыкания. При включении муль­тиметра цепь запуска, состоящая из элементов С1, VD1, R6, выводит стаби­лизатор на рабочий режим. Падение напряжения на регулирующем тран­зисторе VT1 стабилизатора состав­ляет всего 0,05—0,1 В.



Принципиальная схема мультиметра:

DA1, DA2 К544УД1А, DD1, DD2 К564КП1, DD3 К564ЛА7, DD4 К564ТР2, DD6 КР572ПВ2Б; VT1, VT7 КТ361Б, VT2 — VT4 КТ3107Б, VT5, VT6, VT8 КТ315Б; VD1, VD6, VD7, VD10, VD11, VD14 — VD36 КД10ЗА, VD4, VD5 КД503Б, VD8, VD9, VD12, VD13 Д9Д.



Напряжение отрицательной поляр­ности —4,7 В получается в преобразо­вателе, который содержит генератор, выходной, транзисторный каскад и емкостный умножитель напряжения. Выходное напряжение генератора, собранного на микросхеме DD3, пред­ставляет собой последовательность импульсов с частотой около I кГц. Эти импульсы поступают на базы транзи­сторов VT7 и VT8 выходного каскада и поочередно открывают и закрывают их. Когда открыт транзистор VT7, кон­денсатор СЮ заряжается через него и диод VD8, а когда VT8 — конденса­тор С10 разряжается через него и диод VD9, заряжая конденсатор С9, где устанавливается отрицательное на­пряжение —4,7 В.

Поскольку на выходной каскад пре­образователя подается стабилизиро­ванное напряжение и нагрузка по цепи —4,7 В неизменная, то отрицательное напряжение является стабильным.

Амплитуда пульсаций отрицательного напряжения под нагрузкой не превы­шает 10 мВ. Ток, потребляемый узлом питания без нагрузки, составляет 1,5—2 мА.

В мультиметре применены в основ­ном резисторы МЛТ с допуском ±5%, и лишь резистор R4 марки С1-8 имеет допуск ±1%- Номиналы резисторов, влияющих на точность измерения (R3, R4, R8, R9, R25, R27, R29, R33), необ­ходимо подобрать по цифровому омметру с точностью не хуже ±0,1%. Такая операция значительно сократит время настройки мультиметра. Под-строечные резисторы — СПЗ-18.



Печатная плата цифрового тестера со схемой расположения элемен­тов.

Основные технические параметры мультиметра

Верхние пределы измерений: постоянного напря­жения  (В),

тока (мА) и сопротивлений (кОм). . 2; 20; 200; 2000

переменного напря­жения (В) и тока (мА).... 1; 10; 100; 1000

Входное сопротивление, МОм..........1

Основная погрешность при из­мерении:

постоянного напря­жения, %........1

переменного напря­жения, %........3

постоянного тока, %. . . 1

переменного тока, % . . 3

сопротивлений, %.... 1

Диапазон частот измерения: переменного напря­жения, кГц.... 0,02-20



переменного тока, кГц.......0,02-10

Падение напряжения на входе при измерении тока на пределах 0,1 и 1 А, В.......не более 1

на остальных преде­лах, В .... не более 0,1

Потребляемый ток, мА.......не более 8

Габариты, мм . . 130x63x25 Масса, г........185

В приборе применены оксидные кон­денсаторы К.53-1 и К53-19, постоянные конденсаторы С4 — С8, СП — С20 марки КМ.

Кнопками выбора пределов служат микропереключатели типа МП-9 или МП-12; тумблер включения пита­ния— МТ-1; переключатели: SA1 — ПГ2-ЗП-ЗН, SA3 выполнен из двух тумблеров МП-12.

Элементы мультиметра размещены на печатной плате, изготовленной из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм (см. рис.). Постоянные резисторы и МС DD7 установлены на плате вертикаль­но. Элементы R3, R4, R8, R9 и FU2 монтируются на переключателе SA1.



Компоновка прибора.

Для уменьшения размеров прибора ЖКИ размещен над БИС.

На рисунке платы необходимо свя­зать между собой соответственно точ­ки А — А, В — В, Г — Г и 7—7, а точ­ку Д подсоединить к выводу 14 DD3. Резисторы R34 — R59 и диоды VD14 — VD36 не обозначены.

Налаживание мультиметра начина­ют с проверки узла питания. О его исправной работе свидетельствует наличие обоих выходных напряжений и потребляемый ток в отсутствии на­грузки не более 2 мА. Выходное напря­жение в пределах 5,2—5,5 В устанав­ливают с помощью стабилитрона VD3.

В режиме измерения постоянного тока при неподключенных выходных гнездах на табло ЖКИ должно по­явиться число 000 или —000, которое сменяется показанием —1888, если подать напряжение -|-5 В на вывод 37 БИС DD6.

Нажатием кнопок SB1 и SB2 прове­ряют работу узла выбора предела измерения, контролируя правильность высвечивания запятых. При необходи­мости проверяют по осциллографу RS-триггеры DD4.1 и DD4.2, одновиб-ратор DD4.3 и счетчик DD5.

Затем переходят к испытанию элек­тронного аттенюатора. Для этого в режиме измерения напряжения пода­ют на вход мультиметра сигнал вели­чиной 1 В и частотой 1 кГц.


Выходной сигнал контролируют на выводе 6 мик­росхемы DA1. Коэффициент передачи входного устройства зависит от вы­бранного предела измерения и должен составлять соответственно 1; 0,1; 0,01; 0,001 на пределах 2; 20; 200; 2000 В (мА, кОм). Если электронный дели­тель работает исправно, закорачивают входные гнезда и подстроечным рези­стором R28 устанавливают 0 на выхо­де ОУ DA1.

Далее подсоединяют осциллограф к выходу микросхемы DA2 (вывод 6) и переменным резистором R63 произ­водят его балансировку. В обоих слу­чаях точность установки нуля состав­ляет ±0,1 мВ.

Для установки чувствительности мультиметр переводят в режим изме­рения постоянного напряжения на пределе 2 В. Подав на вход калибро­ванное постоянное напряжение 1000 мВ, подстроечным резистором R69 устанавливают на табло показа­ние «1.000». В режиме измерения пере­менного напряжения на вход прибора подают сигнал величиной 1000 мВ, частотой 1 кГц и подстроечным рези­стором R65 устанавливают на табло число «1.000». Величины резисторов R12—R15 подбирают при подключен­ных к входу образцовых резисторах сопротивлением 100 Ом, 10, 100 кОм и 1 МОм.

Компоновка цифрового тестера при­ведена на рисунке.

Е. ВЕЛИК, В. ЕФРЕМОВ

«М-К» 189

OCR Pirat

---

---