Здравствуй дорогой читатель. Иногда возникает необходимость иметь «под рукой» небольшой простенький вольтметр. Сделать такой вольтметр своими руками не составит большого труда.
О пригодности вольтметра для измерения напряжений в тех или иных цепях судят по его входному сопротивлению, которое складывается из сопротивления рамки стрелочного прибора и сопротивления добавочного резистора. Так как на разных пределах добавочные резисторы имеют разные номиналы, то и входное сопротивление прибора будет другим. Чаще вольтметр оценивают его относительным входным сопротивлением, характеризующим отношение входного сопротивления прибора к 1В измеряемого напряжения, например 5кОм/В. Это удобнее: входное сопротивление вольтметра на разных пределах измерений разное, а относительное входное сопротивление постоянное. Чем меньше ток полного отклонения стрелки измерительного прибора Iи, используемого в вольтметре, тем больше будет его относительное входное сопротивление, тем точнее будут производимые им измерения. В транзисторных конструкциях приходится измерять напряжение от долей вольта до нескольких десятков вольт, а в ламповых еще больше. Поэтому однопредельный вольтметр неудобен. Например, вольтметром со шкалой на 100В нельзя точно измерить даже напряжения 1- 5В, так как отклонение стрелки получится малозаметным. Поэтому нужен вольтметр, имеющий хотя бы три — четыре предела измерений. Схема такого вольтметра постоянного тока показана на рис.1. Наличие четырех добавочных резисторов R1, R2, R3 и R4 свидетельствует о том, что вольтметр имеет четыре предела измерений. В данном случае первый предел 0-1В, второй 0-10В, третий 0-100В и четвертый 0-1000В.
Сопротивления добавочных резисторов можно рассчитать по формуле, вытекающей из закона Ома: Rд= Uп/Iи — Rп, здесь Uп — наибольшее напряжение данного предела измерений, Iи – ток полного отклонения стрелки измерительной головки, а Rп – сопротивление рамки измерительной головки. Так, например, для прибора на ток Iи = 500мкА (0,0005А) и рамкой сопротивлением 500 Ом сопротивление добавочного резистора R1, для предела 0-1В должно быть 1,5кОм, для предела 0-10В — 19,5кОм, для предела 0-100В — 199,5кОм, для предела 0-1000 – 1999,5кОм. Относительное входное сопротивление такого вольтметра будет 2кОм/В. Обычно, в вольтметр монтируют добавочные резисторы с номиналами, близкими с расчетными. Окончательно же «подгонку» их сопротивлений производят при градуировке вольтметра путем подключения к ним параллельно или последовательно других резисторов.
Если вольтметр постоянного тока дополнить выпрямителем, преобразующим переменное напряжение в постоянное (точнее — пульсирующее), получим вольтметр переменного тока. Возможная схема такого прибора с однополупериодным выпрямителем показана на рис.2. Работает прибор следующим образом. В те моменты времени, когда на левом (по схеме) зажиме прибора положительная полуволна переменного напряжения, ток идет через диод Д1 и далее через микроамперметр к правому зажиму. В это время диод Д2 закрыт. Во время положительной полуволны на правом зажиме, диод Д1 закрывается, и положительные полуволны переменного напряжения замыкаются через диод Д2, минуя микроамперметр.
Добавочный резистор Rд рассчитывают так же, как и для постоянных напряжений, но полученный результат делят на 2,5-3, если выпрямитель прибора однополупериодный, или на 1,25-1,5, если выпрямитель прибора двухполупериодный — рис.3. Более точно сопротивление этого резистора подбирают опытным путем во время градуировки шкалы прибора. Можно рассчитать Rд и по другим формулам. Сопротивление добавочных резисторов вольтметров выпрямительной системы, выполненных по схеме на рис.2, вычисляют по формуле:
Rд = 0,45*Uп/Iи – (Rп + rд);
Для схемы на рис.3 формула имеет вид:
Rд = 0,9*Uп/Iи – (Rп + 2rд); где rд – сопротивление диода в прямом направлении.
Показания приборов выпрямительной системы пропорциональны средне выпрямленному значению измеряемых напряжений. Шкалы же их градуируют в среднеквадратических значения синусоидального напряжения, поэтому показания приборов выпрямительной системы равны среднеквадратичному значению напряжения лишь при измерении напряжений синусоидальной формы. В качестве выпрямительных диодов используются германиевые диоды Д9Д. Такими вольтметрами можно измерять и напряжение звуковой частоты до нескольких десятков килогерц. Шкалу для самодельного вольтметра можно начертить с помощью программы FrontDesigner_3.0_setup.
При проектировании цифровых вольтметров или мультиметров большинство радиолюбителей операются либо на аналого-цифровые преобразователи серии К572ПВ, либо прибор строят по схеме частотомера с аналогоцифровым преобразователем "напряжение-частота" или "напряжение-период". Но есть другой способ - непосредственного измерения. Его сущность заключается в том, что счетчик прибора, работающий на индикацию, одновременно вырабатывает ступенчато-изменяющееся напряжение, которое поступает на один из входов компаратора, а на его другой вход поступает напряжение от измеряемой цепи.
В момент совпадения этих напряжений на выходе компаратора изменяется логический уровень, который, обычно останавливает счетчик в этом положении на некоторое время. Таким образом прибор работает как простой (медленный) частотомер, в течении некоторого времени происходит измерение напряжения (нарастание ступенчатого напряжения до уровня измеряемого), затем следует индикация, затем обнуление, и все сначала.
Используя микросхемы серии К176, а именно дешифраторы К176ИД2, имеющие на своих входах триггеры памяти можно построить вольтметр, показания которого будут столь же оперативно изменяться как и в приборах построенных на микросхемах К572ПВ2 или К572ПВ5.
Принципиальная схема трехразрядного вольтметра, измеряющего напряжение от нуля до 9,99В показана на рисунке 1. Основу прибора составляет трехразрядный счетчик на микросхемах D3-D5. На вход этого счетчика постоянно поступают импульсы частотой около 3 кГц от мультивибратора на элементах D1.1 и D1.2. Счетчик все время считает по кругу от нуля до 999, он не имеет никаких входов кроме информационного и не может устанавливаться в нуль какими-то внешними импульсами. На выходе счетчика кроме дешифраторов с семисегментными индикаторами включена резистивная матрица, состоящая из резисторов R5-R16.
Сопротивления резисторов соответствуют весовым значениям выходных кодов счетчика. Все резисторы имеют одну общую точку соединения. Именно в этой точке, во время работы счетчика получается ступенчато-нарастающее напряжение. Оно изменяется от нулевого уровня до уровня логической единицы с числом промежуточных ступеней 999. Затем резко падает до нуля, и снова постепенно нарастает до единицы.
Это напряжение поступает на прямой вход компаратора D2. Задача компаратора состоит в том, чтобы зарегистрировать момент совпадения этого напряжения с напряжением, поступающим с входного делителя (на самом деле не совпадения а минимального превышения, не более чем на одну ступень).
В этот момент на выходе компаратора устанавливается логическая единица. Она запускает одновибратор на элементах D1.3, D1.4, который вырабатывает короткий импульс. Этот импульс поступает на входы "X" дешифраторов D6-D8 и записывает в их триггеры тот код, который был в этот момент на выходах счетчика. Это число отображается индикатором до тех пор пока не поступит следующий импульс от одновибратора.
Таким образом счетчик все время ходит по кругу и синтезирует нарастающее напряжение, а на индикацию выводится только то значение, которое численно соответствует измеряемому напряжению.
Источник питания должен быть стабилизирован, поскольку он принимает непосредственное участие в формировании ступенчатого напряжения.
Номиналы резисторов R5-R16 рассчитаны и их сопротивления не соответствуют номинальному ряду, поэтому некоторые из них нужно набирать из двух-трех. Класс точности должен быть не менее 4%, от него в первую очередь зависит точность показаний прибора. Удобно взять обычные резисторы сопротивлением на 5-20% меньшего сопротивления чем на схеме, например, вместо R11 на 90 кОм берем на 82 кОм, а затем контролируя сопротивление точным омметром при помощи мелкой шкурки стачиваем резистивный слой с одной стороны корпуса резистора до получения нужного сопротивления.
Рисунок 2
Установив сопротивления указанные на схеме можно получить класс точности прибора 4-6%. Более высокую точность с серией К176 получить трудно. Если требуется более высокая точность напряжение на каждый резистор следует подавать через пару ключей микросхемы К561КТ3 (рисунок 2). В этом случае можно получить класс точности 0,1-0,5%, но это сильно усложняет схему.
Существенно повысить класс точности (1-2%) можно если счетчики К176ИЕ2 заменить на К561ИЕ14. К тому же нужно разделить цепи питания счетчиков с компаратором и светодиодных индикаторов, поскольку индикаторы потребляют большой ток и могут оказывать дестабилизирующее действие на формирователь ступенчатого напряжения. Калибруют прибор подбором номинала R3. Точно установить прибор на нуль можно включением резистора сопротивлением в несколько мегаом между выводом 4 и 11 компаратора.
Скорость работы прибора можно существенно увеличить если поднять частоту мультивибратора, например до 10-15 кГц, но в этом случае нужно соответствующим образом сократить длительность импульса, вырабатываемого одновибратором на элементах D1.3 и D1.4, таким образом, чтобы длительность вырабатываемого им импульса была меньше периода импульсов на выходе мультивибратора.
Верхний предел измерения можно установить подбором номинала R3, например, если нужно измерять 0..,99,9В его сопротивление должно быть около 1 Мом (окончательно подбирается при калибровке).
Цифровой ВОЛЬТМЕТР и АМПЕРМЕТР для лабораторного блока питания (однополярного и двухполярного) на специализированной микросхеме ICL7107
Сложилось так, что возникла необходимость в изготовлении амперметра и вольтметра для лабораторных блоков питания. Чтобы решить проблему решил порыться в Интернете и найти легко повторяемую схему с оптимальным соотношением цена-качество. Были мысли с нуля изготовить амперметр и вольтметр на базе ЖКИ и микроконтроллера (МК). А сам себе думаю, если это будет микроконтроллер, то не каждый сможет повторить конструкцию - ведь необходим программатор, а покупать или делать программатор для программирования один-два раза даже мне не сильно хочется. Да и людям, наверное, тоже не захочется. Кроме того, все микроконтроллеры (с которыми я имел дело) измеряют входной сигнал положительной полярности относительно общего провода. Если нужно мерять отрицательные значения, то придётся иметь дело с дополнительными операционными усилителями. Как-то напрягло всё это! Глаз упал на широко распространенную и доступную микросхему ICL7107. Её стоимость оказалась в два раза меньше стоимости МК. Стоимость ЖКИ 2х8 символов оказалась в три раза больше стоимости необходимого количества семисегментных светодиодных индикаторов. Да и свечение светодиодных индикаторов мне нравится больше чем ЖКИ. Можно использовать и аналогичную ещё более дешевую м/сх отечественного производства КР572ПВ2. Нашёл в Интернете схемы и вперёд проверять работоспособность! Ошибка в схеме была, но исправил. Оказалось, что при проведении калибровки показаний АЦП м/сх довольно точно работает и точность показаний вполне удовлетворит даже самого придирчивого пользователя. Главное подстроечный резистор взять многооборотный хорошего качества. Счёт очень быстрый - без тормозов. Есть существенный недостаток - двухполярное питание ±5В, но этот вопрос легко решаем при помощи отдельного сетевого блока питания на маломощном трансформаторе с положительным и отрицательным стабилизаторами (схему приведу позже). Для получения -5В можно применить специализированную микросхему ICL7660 (видна на фото вверху страницы) - классная штука! Но у неё адекватная цена только в SMD корпусе, а в обычном DIP мне показалась дороговатой, да и купить её гораздо сложнее нежели обычные линейные стабилизаторы - проще минусовой стабилизатор сделать. Оказалось, что ICL7107 прекрасно измеряет и положительные и отрицательные напряжения относительно общего провода, да ещё и знак минус при этом высвечивается в первом разряде. Вообще то в первом разряде используется только знак "минус" и цифра "1" для индикации полярности и значения сотни Вольт. Если для лабораторного блока питания индикация напряжения 100В не нужна и полярность напряжения индицировать не нужно, поскольку на лицевой панели БП и так всё должно быть написано, то первый индикатор можно вообще не устанавливать. Для амперметра ситуация таже, но только "1" в первом разряде будет указывать на достижение тока в десять Ампер. Если БП на ток 2...5А, то первый индикатор можно не ставить и сэкономить. Короче говоря, это только мои личные рассуждения. Схемы очень простые и начинают работать сразу. Нужно только по контрольному вольтметру выставить правильные показания при помощи подстроечного резистора. Для калибровки амперметра придётся подключить к БП нагрузку и по контрольному амперметру выставить правильные показания на индикаторах и всё! Для питания амперметров в схеме двухполярных блоков питания оказалось, что лучше всего использовать отдельный небольшой сетевой трансформатор и стабилизаторы с общим проводом изолированным от общего провода самого блока питания. При этом входа амперметров можно подключать к измерительным шунтам "как попало" - м/сх будет измерять как "положительные", так и "отрицательные" падения напряжения на измерительных шунтах установленных в любом участке схемы БП. Особенно это важно тогда, когда оба стабилизатора в двухполярном блоке питания уже объединены по общему проводу без измерительных шунтов. Почему я хочу сделать отдельный такой себе маломощный блок питания для измерителей? Ну ещё потому, что если питать измерители от трансформатора самого блока питания, то при получении напряжения 5 В из 35 В нужно будет устанавливать дополнительный радиатор который будет тоже выделять много тепла, поэтому пускай лучше небольшие герметичные трансформаторы на небольшой платке. А в случае БП на напряжение больше чем 35 В, скажем 50 В, придётся дополнительные меры принимать, чтобы обеспечить для пяти Вольтовых стабилизаторов на входе напряжение не более 35 В. Можно применить высоковольтные импульсные стабилизаторы с низким тепловыделением, но при этом возрастает стоимость. Короче говоря, как не одно, так другое;-)
Схема вольтметра:
Схема амперметра:
Фотовид печатной платы вольтметра и амперметра (размер платы 122х41 мм) со светодиодными семисегментными индикаторами типа E10561 с цифрами высотой 14,2 мм. Питание вольтметра и амперметра раздельное! Это необходимо для обеспечения возможности измерения токов в двухполярном источнике питания. Шунт амперметра устанавливается отдельно - цементный резистор 0,1 Ом/5 Вт.
Схема самого простого сетевого блока питания для совместного и раздельного питания вольтметров и каждого из амперметров (может быть идея ерундовая, но рабочая):
И фотовид печатных плат с применением компактных герметичных трансформаторов 1,2...2 Вт (размер платы 85х68 мм):
Схема преобразователя полярности напряжения (как вариант получения -5 В из +5 В):
Видео работы вольтметра
Видео работы амперметра
Наборы и платы делать не буду, но если кого-нибудь заинтересовала данная конструкция, то чертежи печатных плат можете скачать .
Всем спасибо за уделённое внимание! Удачи, мира и добра Вашему дому! 73!
Уже несколько лет занимаюсь радиоэлектроникой, но стыдно признаться, у меня все еще нет нормального блока питания. Запитываю собранные устройства тем, что попадется под руку. От всяких полудохлых батареек и трансформаторов с диодным мостом без какой либо стабилизации напряжения и ограничения выходного тока. Такие извращения довольно опасны для собранной конструкции. Наконец-то решился собрать нормальный блок питания. А начал сборку с . Надо конечно было начинать с другого, но как уже есть. Поскольку понемногу занимаюсь говнокодерством, то решил сам разработать показометр. В качестве экрана стоит дисплей от Nokia-1202. Наверно я уже всех задолбал с этим дисплеем, но он в 3 раза дешевле, чем 2x16 HD44780 (по крайней мере у нас). Вполне паябельный разъем и вообще неплохие характеристики. Короче - хороший вариант для измерителя напряжения и тока.Электрическая схема цифрового ампервольтметра для БП
В первой и второй строчке отображается усредненное значение напряжения и тока из 300 замеров АЦП. Это сделано для большей точности измерения. В третьей строчке выводится сопротивление нагрузки, рассчитанное по закону Ома. Хотел сперва сделать, чтоб выводилась потребляемая мощность, но сделал сопротивление. Может позже переделаю на мощность. В четвертой строчке выводится температура измеряемая датчиком DS18B20
. Он запрограммирован измерять температуру от 0 до 99 градусов Цельсия. Его надо установить на радиатор выходного транзистора, или на какой нибудь другой элемент схемы, где есть сильный нагрев.
К микроконтроллеру можно так же подключить кулер для охлаждения радиатора транзистора. Он будет изменять свои обороты при изменении температуры измеряемой датчиком DS18B20
. На ножке PB3
присутствует ШИМ сигнал. Кулер подключается к этому выводу через силовой ключ. В качестве силового ключа лучше всего использовать MOSFET транзистор. При температуре в 90 градусов у вентилятора будут максимальные обороты. Датчик температуры можно и не устанавливать. В этом случае в четвертой строчке просто высветится надпись OFF
. Кулер подключаем на прямую. На выходе PB3
будет 0.
В архиве есть два варианта прошивки. Одна на максимально измеряемый ток в 5 ампер, а вторая до 10 ампер. Максимально измеряемое напряжение – 30 вольт. Коэффициент усиления ОУ LM358 по расчетам выбран 10. Для разных прошивок нужно подобрать шунт. Не у всех есть возможность измерять сотые доли ома и прецизионные резисторы. Поэтому в схеме есть два подстроечных резистора. Ними можно подкорректировать показания измерений.
Там-же в архиве есть и печатная плата. Есть небольшие различия на фото - там она немножко подправленная. Удалена одна перемычка и размер меньше по высоте на 5 мм. Стабильность показаний ампервольтметра высокая. Иногда плавает только на сотые доли. Хотя сравнивал всего лишь с моим китайским тестером. Для меня этого вполне хватит.
Всем спасибо за внимание. Все вопросы задаем на форуме. Показометр сделал Бухарь .
Обсудить статью ЦИФРОВОЙ АМПЕРВОЛЬТМЕТР
На рисунке 1 представлена схема цифрового амперметра и вольтметра, которая может быть использована, как дополнение к схемам блоков питания, преобразователей, зарядных устройств и т.д. Цифровая часть схемы выполнена на микроконтроллере PIC16F873A. Программа обеспечивает измерение напряжения 0... 50 В, измеряемый ток — 0... 5 А.
Для отображения информации используются светодиодные индикаторы с общим катодом. Один из операционных усилителей микросхемы LM358 используется в качестве повторителя напряжения и служит для защиты контроллера при внештатных ситуациях. Все-таки цена контроллера не так уж и мала. Измерение тока производится косвенным образом, при помощи преобразователя ток-напряжение, выполненного операционном усилителе DA1.2 микросхемы LM358 и транзисторе VT1 – КТ515В. Почитать о таком преобразователе еще можно и . Датчиком тока в этой схеме служит резистор R3. Преимуществом такой схемы измерения тока состоит в том, что здесь отпадает необходимость точной подгонки миллиомного резистора. Скорректировать показания амперметра можно просто триммером R1 и в довольно широких пределах. Сигнал тока нагрузки для дальнейшей оцифровки снимается с нагрузочного резистора преобразователя R2. Напряжение на конденсаторе фильтра стоящем после выпрямителя вашего блока (вход стабилизатора, точка 3 на схеме)питания не должно быть более 32 вольт, это обусловлено максимальным напряжением питания ОУ. Максимальное входное напряжение микросхемного стабилизатора КР142ЕН12А – тридцать семь вольт.
Регулировка вольтамперметра заключается в следующем. После всех процедур — сборки, программирования, проверки на соответствие на собранное вами произведение подают напряжение питания. Резистором R8 выставляют на выходе стабилизатора КР142ЕН12А напряжение 5,12 В. После этого вставляют в панельку запрограммированный микроконтроллер. Измеряют напряжение в точке 2 мультиметром, которому вы доверяете, и резистором R7 добиваются одинаковых показаний. После этого к выходу (точка 2) подключают нагрузку с контрольным амперметром. Равенства показаний обоих приборов в данном случае добиваются при помощи резистора R1.
Резистор-датчик тока можно изготовить самому, используя для этого, например, стальную проволоку. Для расчета параметров этого резистора можно использовать программу « » Программу скачали? Открыли? Значит так, нам нужен резистор номиналом в 0,05 Ом. Для его изготовления выберем стальную проволоку диаметром 0,7мм – у меня она такая, да еще и не ржавеющая. С помощью программы вычисляем необходимую длину отрезка, имеющего такое сопротивление. Смотрим скрин окна данной программы.
И так нам нужен отрезок стальной нержавеющей проволоки диаметром 0,7мм и длиной всего 11 сантиметров. Не надо этот отрезок свивать в спираль и концентрировать все тепло в одной точке. Вроде все. Что не понятно, прошу на форум. Успехов. К.В.Ю. Чуть не забыл про файлы.