Простой самодельный цифровой мультиметр на КР572ПВ2А

Промышленность выпускает универсальную микросхему серии КР572ПВ2 (с буквенными индексами А, Б, В), включающую в себя несколько электронных устройств. На ее базе не трудно собрать достаточно простой и портативный мультиметр, позволяющий измерять напряжения, токи, сопротивления. Но прежде чем рассказать о самом приборе, несколько слов о микросхеме и ее работе.

Микросхема КР572ПВ2А

Микросхема КР572ПВ2 (рис. 1) содержит электронные ключи А1-АН, буферный операционный усилитель DA1, работающий в режиме повторителя, интегратор на операционном усилителе DA2, компаратор DA3 и цифровую часть, состоящую из тактового генератора G, логического устройства DD1, счетчика СТ, регистра памяти RG и выходного дешифратора DC. Ключи А1 - All включаются в определенной последовательности логическим устройством DD1, работающим совместно со счетчиком СТ.

Устройство работает по принципу двойного интегрирования, широко применяемому в цифровых измерительных приборах. Идея этого метода состоит в том, что вначале интегрирующий конденсатор заряжают в течение определенного времени током, пропорциональным измеряемому напряжению, а затем разряжают определенным током до нуля.

Время, в течение которого происходит разрядка конденсатора, пропорционально измеряемому напряжению. Это время измеряется счетчиком, выходные сигналы которого подаются на цифровые индикаторы.

Рассмотрим работу микросхемы подробнее. На выводы 30 и 31 микросхемы подается измеряемое напряжение (UBx), на выводы 35 и 36 - образцовое (Uобр)- Цикл измерения (рис. 2) состоит из трех фаз: интегрирования сигнала (ИНТ), разрядки интегрирующего конденсатора (РИ) и автоматической коррекции нуля (АК).

Каждой фазе соответствует определенная коммутация элементов микросхемы, выполняемаи ключами А1 - АН на МОП-транзисторах.

Состав микросхемы К572ПВ2

Рис. 1. Состав микросхемы КР572ПВ2.

На рисунке 1 надписи у ключей обозначают фазу, в течение которой ключ замкнут. Длительность фазы пропорциональна периоду тактовой частоты и точно задается счетчиком СТ.

В течение фазы ИНТ, длящейся 4000 периодов Т тактовой частоты, входной сигнал через ключи А1, А2 и буферный усилитель DA1 подается иа вход интегратора DA2. Это вызывает на конденсаторе Синт накопление заряда, пропорционального по величине и соответствующего по знаку приложенному входному напряжению. Напряжение на выходе интегратора DA2 изменяется с постоянной скоростью, пропорциональной входному сигналу.

Фазы цикла измерения

Рис. 2. Фазы цикла измерения.

Предположим, что к моменту начала фазы ИНТ заряды на конденсаторах Свит и Сак и напряжения смещения нуля усилителей DA1 - DA3 равны нулю. Поскольку входной ток интегратора DA2 мал, заряд иа конденсаторе Сан не изменяется, и он фактически не влияет иа процесс интегрирования. Конденсатор Собр заряжен от источника образцового напряжения до величины Uобр.

В конце фазы ИНТ с помощью компаратора DA3 определяется знак входного напряжения по знаку напряжения па выходе интегратора DA2. Чувствительность- компаратора DA3 такова, что полярность входного сигнала определяется даже тогда, когда он составляет долю единицы отсчета.

При работе микросхемы в фазе РИ входной сигнал на интегратор не подается, но к нему подключается через ключи А7, А8 или А6, А9 конденсатор Собр, заряженный до образцового напряжения и ориентированный (соответствующим включением ключей) по полярности таким образом, чтобы конденсатор Синт разряжался. Как только он разрядится полностью, напряжение на выходе DA2 станет равным нулю.

В этот момент подключенный параллельно конденсатору Снит (через конденсатор Сак) компаратор DA3 срабатывает и прекращает фазу РИ. Заряд конденсаторов Собр и Сак практически не изменяется. Время разрядки конденсатора Синт, выраженное числом периодов тактовых импульсов, н есть результат измерения, записанный в счетчик СТ.

Состояние счетчика переписывается в регистр RG, а затем преобразуется в сигналы семисегментного кода - он поступают на индикаторы.

Фаза АК начинается с прекращения работы счетчика, когда логическое устройство DD1 включает ключи АЗ, А4 и A11. Образовавшаяся при этом следящая система (из операционных усилителей DA1 - DA3) обеспечивает зарядку конденсаторов Сак и Синт до напряжения, компенсирующего смещение нуля А1-АЗ. Оно остается неизменным в течение последующих фаз ИНТ и РИ.

В результате приведенная ко входу погрешность измерения из-за смещения нуля и его температурного дрейфа не превышает 10 мкВ.

В состав микросхемы входит тактовый генератор. Частота следования его импульсов определяется внешними элементами Rг и Сг. Для подавления помех с частотами, кратными 50 Гц, частота повторения должна быть такой, чтобы во время интегрирования (4000 периодов Т тактового генератора) укладывалось целое число К периодов (20 мс) сетевого напряжения. Иначе говоря, 4000Т=К-20 мс, где К=1, 2, 3 в т. д. Отсюда 1=1/Т=200/К кГц, т. е. 200, 100, 67, 50, 40 кГц н т. д.

Номиналы деталей частотозадающих цепей тактового генератора рассчитывают по формуле Cr=0,45/frRr. Для повышения стабильности частоты между выводами 39 и 40 может быть включен кварцевый резонатор (элементы Rг и Сг в этом случае не подключают). При работе микросхемы от внешнего генератора тактовые импульсы подают на вывод 40, выводы 38 н 39 при этом оставляют свободными.

Диапазон входных напряжений микросхемы зависит от образцового напряжения Uобp и определяется его соотношением о Uвх. макс = ±1,999Uобр. Текущие показания индикаторов выражаются числом, равным 1000UBX/Uобp-

При использовании микросхемы необходимо, чтобы выходное напряжение буферного усилителя DA1 и интегратора DA2 не превышало граничного напряжения линейного участка, равного 2В. Это накладывает ограничение на соотношение между образцовым напряжением, частотой тактовых импульсов генератора, сопротивлением Rинт и емкостью Синт.

Рекомендуемые соотношения при 1=50 кГц: Rинт-47 кОм, Синт=0,1 мкФ, Собр - 1 мкФ, Uобр = 0,1 В, Сак-0,47 мкФ или Rинт = 470 кОм, Синт=0,1 мкФ, Собр = 0,1 мкФ, Uобр = 1 В, Сак = 0,047 мкФ. Для указанной частоты Сг=91 пФ, Rr=100 кОм. Допускаемые отклонения от номинала указанных элементов- не более ±5 %.

Период измерений при частоте тактовых импульсов 50 кГц составляет 320 мс (3 измерения в секунду). Максимальный ток, потребляемый микросхемой 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 напряжения 100 дБ, погрешность преобразования не превышает 1, 3 и 5 единиц младшего разряда для микросхем КР572ПВ2А, КР572ПВ2Б н КР572ПВ2В соответственно. Указанные параметры гарантируются при температуре (25±5) °С и питающих напряжениях +5 В н -5 В с нестабильностью ± 1 % (напряжения источников питания могут быть +5 В ±10 % и -4, 5...- 8 В).

Нестабильность образцового напряжения должна быть не хуже 0,1 %, так как она входит в погрешность измерения. Входное сопротивление микросхемы превышает 100 МОм (оно определяется лишь утечками).

Схема цифрового мультиметра

Описываемый цифровой мультиметр собран на основе микросхемы КР572ПВ2А. Прибор обеспечивает измерение постоянного и переменного напряжения (в вольтах) и тока (в миллиамперах), а также сопротивления (в килоомах) в пяти диапазонах с верхними пределами 0,199, 1,999, 19,99, 199,9, 1999.

Погрешность измерения сопротивлений, постоянного напряжения и тока менее ±(0,2 % + 1 единица младшего разряда). При измерении переменного напряжения и тока в диапазоне частот 20 Гц...5 кГц погрешность измерения менее ±(0,3% +1 единица младшего разряда) во всем диапазоне измеряемых напряжений. В диапазоне частот до 20 кГц при измерении параметров от 0,1 установленного предела и выше погрешность не превышает 2,5 % от измеряемой величины, а на частоте 50 кГц- 10 %.

Указанная точность для вольтметра переменных напряжений на частотах более 5 кГц гарантируется на диапазонах 0,199 В, 1,999 В и 19,99 В. На диапазонах 199,9 В и 1999 В погрешность на частотах более 5 кГц увеличивается. Переменное и постоянное напряжения на диапазоне 1999 В не должно превышать 500 В.

Входное сопротивление вольтметра -11 МОм, емкость -100 пФ, падение напряжения при измерении тока не превышает 0,2 В. Питается прибор от батареи 3336, потребляемый ток не превышает 120 мА.

Схема коммутации цепей мультиметра приведена на рис. 3. При измерении постоянного напряжения оно поступает через делитель R1- R6 на вход «+» аналого-цифрового преобразователя (АЦП), при этом вход «-* АЦП подключен к общему проводу. Сопротивления большинства резисторов делителя выбраны кратными 10, что облегчает их подбор.

Сопротивление нижнего плеча делителя в этом случае должно быть 1,111 кОм - оно получается параллельным соединением резисторов 1,2 кОм и 15 кОм (R5 и R6). При установке резисторов делителя с допуском 0,1 % никакого дополнительного подбора их не потребуется.

Схема коммутации цепей измерения

Рис. 3. Схема коммутации цепей измерения.

При измерении постоянного тока АЦП подключен к одному из шунтов R7 - R11, через которые проходит измеряемый ток. Использование двух секций (SA2.3 и SA2.4) переключателя пределов измерений для коммутации шунтов позволяет исключить влияние нестабильности сопротивления контактов на погрешность измерений и выход из строя прибора в момент переключения пределов.

Принцип работы омметра мультиметра

Рис. 4. Принцип работы омметра мультиметра.

Принцип работы омметра иллюстрирует рис. 4. Измеряемое сопротивление включено в цепь обратной связи операционного усилителя DA1, входной ток которого задается резисторами R1-R6, подключаемыми через секции SA2.2 и SA1.3 переключателей к источнику постоянного тока напряжением ±1,111 В. Поскольку сопротивление включаемых резисторов кратно 1,111 кОм, задаваемый ими ток имеет значения, кратные 10, а падение напряжения на измеряемом сопротивлении с точностью до множителя 10" равно его величине. Это падение напряжения измеряется с помощью АЦП, подключенного непосредственно к измеряемому сопротивлению.

Такое построение омметра позволяет использовать те же резисторы, что и в делителе вольтметра, и исключает их подбор. Кроме того, дрейф нуля операционного усилителя не приводит к дрейфу нуля омметра, но увеличивает его погрешность. Так, при дрейфе нуля в 1 мВ погрешность омметра составляет 0,1 % от измеряемой величины. Вот почему начальная установка нуля усилителя DA1 должна проводиться очень тщательно.

Переменное напряжение и ток измеряются так же, как и постоянное напряжение и ток, но на вход АЦП включается преобразователь переменного напряжения в постоянное, обведенный на рис. 3 штрихпунктирной линией. Входной делитель и шунты использованы те же, что и при измерении постоянного напряжения и тока.

Во входном делителе при измерении на переменном токе важную роль играют конденсаторы С2 - С8, обеспечивающие правильное деление входного сигнала. Точное значение емкостей этих конденсаторов рассчитать невозможно, поскольку неизвестна емкость монтажа.

Поэтому нижние плечи делителя (конденсаторы С7 и С8) рассчитаны на некоторую усредненную емкость монтажа, поскольку разброс этой емкости мало влияет на точность деления при относительно большой емкости конденсатора С8. Верхние плечи делителя снабжены подстроечными конденсаторами С3, С6, что позволяет точно настроить делитель.

Построение делителя в две ступени (С2, С4 - первая ступень, С5, С7, С8 - вторая) позволяет в 10 раз уменьшить емкости нижних плеч. Относительно большая емкость конденсатора С2 верхнего плеча делителя позволяет точно подстроить это плечо конденсатором С3 и уменьшить погрешность делителя из-за изменения емкости монтажа при изменении положения соединительных проводников. Нижнее низкоомное плечо делителя выполнено без конденсатора.

Крайнее верхнее по схеме положение подвижного контакта переключателя SA1 служит для контроля напряжения питания. В этом случае АЦП подключается к нижнему плечу делителя напряжения (резисторы R5, R6), в одну из промежуточных точек которого через секции SA1.3 и SA2.2 подано напряжение батареи питания (+4,5 В). Предел измерения, как и при измерении постоянных напряжений, задается переключателем SA2.

На рис. 5 приведена схема преобразователя переменного напряжения в постоянное, источника опорного напряжения, АЦП и подключения АЦП к индикаторам.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное собран иа операционном усилителе DA1, который используется в омметре. Входное напряжение подается на неинвертирующий вход усилителя. Положительная полуволна усиленного напряжения выделяется на резисторе R18, отрицательная - на резисторе R17.

Между верхними по схеме выводами резисторов R17 и R18 формируется двухполупериодно выпрямленное переменное напряжение, которое через фильтрующие цепи R21C12 и R22C13 подается на вход АЦП.

Принципиальная схема преобразователя переменного напряжения в постоянное

Ри .5. Принципиальная схема преобразователя переменного напряжения в постоянное.

На резисторах R19 и R20 выделяются обе полуволны усиливаемого напряжения. С них напряжение обратной связи по переменному току подается через конденсатор СП на инвертирующий вход усилителя, чем достигается высокая точность и линейность преобразования. Стабильность рабочей точки усилителя по постоянному току обеспечивается за счет обратной связи через резистор R16.

Относительно большое сопротивление этого резистора выбрано потому, что он не должен шунтировать измерительную цепь VD1, VD2, R17, R18. Емкость конденсатора С11 также выбрана сравнительно большой, так как он образует с паразитной емкостью монтажа делитель входного сигнала, поступающего на инвертирующий вход усилителя. При меньшей емкости этого конденсатора возникает заметная погрешность измерения переменного напряжения на пределе 1999 В.

Резисторы R13 и R14 служат для установки нуля усилителя DA1: R14 - для грубой, R13 - для точной. Конденсаторы С9 и С10 - блокировочные, подстроечный резистор R20 служит для точной установки коэффициента передачи преобразователя переменного напряжения в постоянное.

Аналого-цифровой преобразователь собран на микросхеме DD1, его выходы подключены к индикаторам с общим анодом HG1 - HG4. Знак «-» измеряемого напряжения индицируется сегментом g индикатора старшего разряда HG1. В этом индикаторе может индицироваться только цифра 1, цифра 0 не индицируется.

Для того чтобы разделить знак «-» и цифру 1, правая часть сегмента g закрашена черной краской.

Конденсатор С16 и резистор R27 - элементы генератора (Сг и Rr), задающие частоту. Генератор работает на частоте 50 кГц. Конденсатор С17 и

Резистор R28 - элементы интегратора (Синт и Rинт), конденсатор С18 работает в цепи автокоррекции (Сак), конденсатор С19 служит для запоминания образцового напряжения (Собр). Цепь R29C20 служит для фильтрации входного напряжения АЦП. Конденсаторы С14 и С21 - блокировочные по цепям питания.

Для получения источника образцового напряжения 100 мВ и источника питания омметра 1,111 В использованы элементы VT1, VT2, VD3, VD4, R23 - R26. Выходное напряжение формируется как разность между падением напряжения на светодиоде VD4 и эмиттерном переходе транзистора VT2. Оба эти напряжения имеют отрицательный температурный коэффициент 2 мВ/град, вследствие чего напряжение на резисторах R24 - R26 термостабильно.

Принципиальная схема узла питания

Рис. 6. Принципиальная схема узла питания.

Транзисторы сборки VT1, резистор R23, диод VD3 образуют стабилизатор тока светодиода VD4. В связи с тем, что температурный коэффициент напряжения светодиода несколько меньше такого же коэффициента эмиттерного перехода транзистора VT2, для компенсации разницы стабилизатор выполнен с отрицательным температурным коэффициентом (за счет диода VD3). Для обеспечения равенства температур светодиода и транзистора VT2 они помещены в общую обойму, изготовленную из алюминия. Диод VD3 должен иметь тепловой контакт с обоймой, а транзисторы VT1.1 и VT1.2 входить в одну сборку.

Выходное образцовое напряжение 100 мВ устанавливается на резисторе R26 подстроечным резистором R24. Напряжение 1,111 В определяется резисторами R25 и R26, сопротивления которых должны быть в соотношении 10,11 ±0,1 %.

Напряжение 1,111 В в режиме омметра (под нагрузкой) несколько уменьшается, однако это не отражается на точности, измерений, поскольку в такой же степени уменьшается и образцовое напряжение 100 мВ.

Схема узла питания мультиметра приведена на рис. 6. Основой узла является мультивибратор на транзисторах VТЗ и VТ4. Когда транзистор VТ4 открыт, в трансформаторе Т1 накапливается энергия, а когда он закрыт - накопленная энергия передается во вторичные цепи.

Транзисторы VТ5 и VТ6 входят в цепь стабилизации вторичного напряжения. Пока выходное напряжение +5 В меньше номинала, транзистор VТ5 закрыт, а VТ6 открыт и насыщен. Длительность импульсов на коллекторе транзистора VТ4 максимальна, напряжения на выходах узла питания повышаются.

Как только напряжение +5 В достигает номинального значения, транзистор VТ5 приоткрывается, коллекторный ток транзистора VТ6 уменьшается, длительность импульсов тока транзистора VТ4 уменьшается, выходное напряжение стабилизируется. Потребляемый по Цепи - 5 В ток меньше, чем по цепи +5 В, поэтому напряжение -5 В несколько превышает напряжение +5 В.

Фильтры C26C28L1C31 и C27C29L2C32 служат для сглаживания пульсаций выходного напряжения, диод VD5 облегчает пуск преобразователя (в нормальном режиме работы он закрыт). Конденсатор С30 обеспечивает устойчивость работы цепи стабилизации.

Резисторы R1- R11 следует подобрать с точностью 0,1 %, в крайнем случае 0,2 %. В описываемой конструкции в основном использованы резисторы С2-29 мощностью 0,25 Вт. Резистор R10 - С2-1 мощностью 0,25 Вт, резистор R11 составлен из десяти параллельно соединенных резисторов С2-29 мощностью 0,25 Вт и сопротивлением 1 Ом.

Резистор R1 состоит из пяти последовательно соединенных резисторов С2-29 мощностью 0,25 Вт и сопротивлением 2 МОм. В качестве R2 можно использовать два таких резистора, соединенных параллельно, либо один сопротивлением 1 МОм.

Для остальных резисторов большую точность соблюдать не нужно, однако резисторы R17 - R19, R25, R26 должны быть стабильными, например С2-29. Отклонение сопротивлений резисторов R25 и R26 от указанных на схеме допустимо до 10 % при сохранении приведенного выше соотношения 10,11 ±0,1 %.

Печатная плата мультиметраПечатная плата мультиметра (вид со стороны деталей)

Рис. 7. Печатная плата мультиметра.

Резисторы R17 и R18 могут быть сопротивлением 8...5 кОм, но обязательно одинаковым или возможно близким друг другу (до 1 %). Сопротивление резистора R19 должно составлять (85±3) % от R17, резистора R20 примерно 10 % от R19.

Резисторы R21, R22, R29 могут быть использованы с допуском 10%, резистор R28 - 5%. Резистор R16 - типа КИМ-0,125, подстроечные резисторы - СПЗ-19а.

Конденсатор С8- К73-9 с допуском 10% на номинальное напряжение 100 В, конденсаторы C1, С17, С18 и С19 - К73-17 на напряжение 250 В. Допуск конденсатора С17 должен быть 5 %, остальных до 20 % Номинальное напряжение этих конденсаторов (кроме С1) может быть любым. Полярные конденсаторы, использованные в мультиметре,- типа К.52-1, остальные - КМ-5 или КМ-6. Конденсатор С7 подбирается из конденсаторов с номинальной емкостью 1100 пФ, его емкость должна составлять 0,109 от емкости конденсатора С8 (с точностью ±0,2%).

Конденсаторы С4 и С7 должны быть с ТКЕ не хуже М750. Подстроечные конденсаторы С3 и С6 - типа КТ4-216 на номинальное напряжение 250 В. Дроссели L1 и L2 - ДМ-0,1 индуктивностью 200 мкГн. Переключатель SA1 - ПГ2-12-6П8Н, SA2 - ПГ2-11-6П6Н. На принципиальной схеме дана нумерация контактов, приведенная на платах переключателей.

Светодиод - красного свечения, для обеспечения теплового контакта с транзистором VТ2 он должен иметь металлостеклянный корпус. В качестве VТ1.1 и VТ1.2 могут быть использованы транзисторы «сборок КР198НТ1 - КР198НТ4 с любым буквенным индексом. Операционный усилитель DA1 может быть КР544УД2 или К544УД2 с любым буквенным индексом.

Микросхема DD1 может быть серии КР572ПВ2 с другими буквенными индексами, но это уменьшит точность мультиметра. Подойдет и микросхема К572ПВ2А - К572ПВ2В, но придется переработать печатную плату.

Трансформатор Т1 выполнен на кольцевом сердечнике типоразмера К12Х9Х8 из феррита 600НН. На сердечник наматывают одновременно четыре обмотки (по 100 витков в каждой) сложенным вчетверо проводом ПЭЛШО 0,1. Две обмотки соединяют параллельно и используют как обмотку I трансформатора.

Конструкция уголка для переключателей

Рис. 8. Конструкция уголка для переключателей.

Детали мультиметра, кроме переключателей и подстроечиых конденсаторов, расположены на печатной плате (рис. 7) размерами 62,5X120 мм из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. На всей поверхности платы со стороны расположения микросхем, за исключением мест расположения проводников и резисторов R1 - R6, сохранен слой металлизации, выполняющий роль общего провода.

Отверстия в печатной плате со стороны установки деталей раззенкованы. Места подпайки выводов к фольге общего провода помечены на чертеже платы крестиками. Выводы резисторов R7 - R11, R26, конденсатора С22 подпаяны к общему проводу с обеих сторон платы - в этом случае соответствующие отверстий не зенкуют.

Общий провод цифровой части микросхемы DD1 (вывод 21) объединен с общим проводом платы только у узла питания для уменьшения влияния цифровой части на аналоговую.

Конструкция обоймы

Рис. 9. Конструкция обоймы.

Переключатели установлены на уголке, изготовленном из латуни толщиной 1 мм (рис. 8). В уголок впаяны три латунные гайки, с помощью которых уголок крепится винтами М2 к печатной плате.

Подстроечные конденсаторы установлены на небольшой печатной плате, закрепленной на торце переключателя SA2.

На рис. 9 приведен чертеж обоймы, служащей для обеспечения теплового контакта между светодиодом и транзистором VT2. Корпуса светодиода и транзистора обертывают тонкой фторопластовой (или полиэтиленовой) пленкой и вставляют в отверстия обоймы, после чего обойму стягивают винтом.

Корпус диода VD3 после настройки мультиметра приклеивают к обойме каплей эпоксидного клея.

Вид на монтаж мультиметра

Рис. 10. Вид на монтаж мультиметра.

Плата мультиметра установлена в пластмассовый корпус (рис. 10) габаритами 130x72x37 мм. Напротив индикаторов в корпусе прорезано окно, в которое вклеена пластина из цветного прозрачного органического стекла (рис. 11). Часть платы с монтажом, (нижняя по рис.

7 - до микросхемы DD1) закрыта экраном, состоящим из двух половин, частично вложенных друг в друга. Половины экрана изготовлены из латуни толщиной 0,3 мм, оклеены изнутри самоклеющейся декоративной пленкой и закреплены одним винтом, ввернутым в уголок, на котором размещены переключатели. Для лучшего контакта с общим проводом часть пленки в месте. крепления к уголку снята.

Внешний вид мультиметра

Рис. 11. Внешний вид мультиметра.

Входные гнезда XS1 и XS2 (под ответные вилки диаметром 1,6 мм) установлены на боковой стенке корпуса напротив переключателя SA1.

Переключатели снабжены ручками-барабанами (рис. 12, о), изготовленными из алюминиевого сплава В95. На одну ручку нанесена гравировка режимов, на другую - пределов измерения.

Для изоляции ручек от общего провода они установлены на текстолитовые втулки (рис. 12, б), наклеенные на оси переключателей.

ручка-барабан н текстолитовая втулка

Рис. 12. Ручка-барабан н текстолитовая втулка.

Батарею питания при установке в корпус следует завернуть в полиэтиленовую пленку, чтобы, когда она «потечет», не испортить мультиметр.

Налаживание мультиметра

В связи с большой плотностью размещения элементов монтаж и настройку мультиметра рекомендуется вести в такой последовательности. Вначале следует собрать узел питания, включить между его выходами «+5 В» и «-5 В» резистор сопротивлением 1 кОм и подбором стабилитрона VD8 установить напряжение +5 В±0,1 В. Подбирая резисторы R34, R31 и конденсатор С25, следует добиться неизменности выходных напряжений при изменении напряжения питания от 3 до 5 В. Потребляемый от источника питания ток при напряжении батареи 4,5 В должен быть около 40 мА, ток холостого хода (при отключенном резисторе нагрузки) - не более 5 мА.

Далее следует собрать источник образцового напряжения, АЦП н установить индикаторы, начиная с HG1. Подключив к выводу 38 микросхемы частотомер (через резистор сопротивлением не менее 20 кОм), подбирают резистор R27 с таким сопротивлением, чтобы частота генератора составила 50 кГц±1 %. Для удобства подбора на печатной плате предусмотрено место для двух последовательно включаемых резисторов.

Подав на вход АЦП напряжение с резистора R26, проверяют его работоспособность. Подстроечным резистором R24 устанавливают на резисторе R26 напряжение примерно 100 мВ (контролируют вольтметром).

Далее, собрав преобразователь переменного напряжения в постоянное, надо подключить его выходы ко входам АЦП с соблюдением полярности. Выход «ОС» преобразователя следует соединить с инвертирующим входом усилителя DA1, неинвертирующий вход DA1 - с общим проводом и установить возможно более точно нуль на выходе DA1 (грубо - подстроечным резистором R14, точно - резистором R13).

Затем, подав на неинвертирующий вход DA1 напряжение амплитудой 150...180 мВ и частотой 1000 Гц, резистором R20 устанавливают такое же показание на индикаторах мультиметра. Уменьшая входное напряжение в 10 и 100 раз, следует проверить линейность преобразователя. Такова методика предварительной настройки.

После этого устанавливают на плату шунты, добавочные резисторы, переключатели и собирают остальные цепи. При монтаже секций переключателей их следует распределить так: в качестве SA1.1 и SA1.2 использовать секцию, максимально удаленную от уголка, в качестве SA1.4 и SA1.5 - ближайшую к уголку, SA1.6 и SА1.7 - вторую от уголка, SA2.5 и SA2.6 - ближайшую к уголку.

Выводы переключателей SA2.3 и SA2.4 должны подключаться к резисторам R9 - R11 каждый своим проводником, что исключает погрешность из-за сопротивлений соединительных проводников. Соединять выводы переключателей с платой нужно проводниками МГТФ-0,07 минимальной длины, позволяющей откидывать уголок с переключателями вниз по рис. 7. При дальнейших регулировках уголок должен быть закреплен на печатной плате.

Окончательно мультиметр настраивают так. Между входами мультиметра включают эталонный резистор сопротивлением (оно должно быть заранее измерено с точностью не хуже 0,1 %) 15...19 кОм или 150...190 кОм. Установив соответствующий предел измерения, при котором индицируются четыре знака, следует проверить погрешность омметра.

Если она превышает 0,1 %, необходимо рассчитать резистор, который необходимо подключить параллельно резистору R25 или R26. Предположим, что показания омметра занижены на 0,5 %. В этом случае сопротивление резистора R26 необходимо также уменьшить на 0,5%, для чего параллельно ему нужно включить резистор сопротивлением R26-100/0,5 =24 кОм. Если показания омметра завышены, аналогично рассчитанный резистор следует подключить параллельно резистору R25. добавочный резистор подпаивают к плате на стороне, противоположной установке микросхемы.

Проверив работу омметра на других диапазонах (на диапазоне 199,9 Ом показания могут быть завышены на 0,2„.0,3 Ом за счет сопротивления соединительных проводников), мультиметр переключают в режим вольтметра. Подав на его вход напряжение около 1,9 или 19 В, контролируемое эталонным вольтметром, и установив соответствующий предел измерения, добиваются подстроечным резистором R24 одинаковых показаний обоих вольтметров. Работу вольтметра следует проверить и на других диапазонах.

Установив мультиметр в режим измерения переменных напряжений, аналогично калибруют его резистором R20 на частоте 50 Гц.

Далее, установив плату в корпус и прикрепив экраны, нужно подстроить конденсаторы С3 и Сб (возможно, придется подобрать и конденсаторы С2, С5). Для этого вначале подают на вход напряжение амплитудой окодо 190 мВ и частотой 5 кГц. На пределе измерения 0,199 В запоминают показания.

Переключив вольтметр на следующий предел, увеличивают входное напряжение в 10 раз и подстроечным конденсатором С3 устанавливают такие же показания. Далее нужно переключить вольтметр на предел 19,99 В, увеличить входное напряжение еще в 10 раз и конденсатором С6 откалибровать вольтметр.

Операции по подстройке конденсаторов С3 и С6 следует повторить несколько раз, поскольку они влияют друг на друга. В режиме измерения токов мультиметр калибровки не требует.

С. Бирюков.

Бирюков Сергей Алексеевич - начальник сектора одного из московских научно-исследовательских институтов, кандидат технических наук, родился в 1945 году. Радиолюбитель с восьмилетнего возраста, собирал самые разнообразные конструкции, многие из которых описал на страницах журнала «Радио». В последние годы предпочтение отдает измерительной технике и цифровым устройствам. Член редколлегии МРБ издательства «Радио и связь», рецензент журнала «Радио» и сборника ВРЛ, автор 30 изобретений. Автор более 60 статей и 2 книг. За успехи в радиолюбительском творчестве награжден знаком «Почетный радист СССР».

Литература: Федорков Б. Г., Телец В. А., Дегтяренко В. П. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи, 1984.

0 523 Универсальные приборы
мультиметр измерения вольтметр амперметр
кэшбек