Р а з д е л 5
Е Н Н І
И З М Е Р Е Н И Я
Н.ПАКУЛОВ,
310202, г. Харьков,
пр. Л.Свободы, 31 — 365.
МУЛЬТИМЕТР
НА БАЗЕ УЦП
Цифровой мультиметр, собранный па базе УЦП [ 11, предназна-
чен.хля измерения сопротивлений резисторов, емкостей конденсато-
ров, электрических напряжений и токов.
Принцип измерения емкостей и сопротивлений основан на опре-
делении периода электрических колебаний автогенератора, в состав
времязадающей цепи которого входят измеряемые резистор или
конденсатор. Для этой цели подходит любой КС-генератор, частота
которого однозначно определяется простой функциональной зави-
симостью, не требующей сложного математического расчета.
К таким генераторам относятся ИС-генераторы, построенные на
операционных усилителях (ОУ). На рис. 1
представлена одна из
схем автогенератора (АГ) с минимальным количеством деталей. Не-
смотря на свою простоту, АГ имеет широкий диапазон генерируе-
мых частот (от сотых долей Гц до 1
МГц) при простой функциональ-
ной зависимости между частотой и параметрами времязадающей
цепи.
Период колебаний представленного АГ определяется формулой
[21:
Т-гИхСх/л (1«2+1Г2/Я2-1У2),
где 1?’2 — сопротивление той части потенциометра Й2, которая
включается между’ движком и общей шиной. Если с помощью потен-
циометра ІІ2 установить равенство
Іп
(ІЇ2+ІЇ’2/І?2-1?’2) -0,5, то рас-
четная формула для периода Т будет иметь вид:
Т-1?хСх.
Для дальнейшего упрощения расчетной формулы для Т необходи-
мо задать эталонные величины
и Сэ. равные 1
МОм и 1
МкФ соот-
ветственно или десятым (сотым) долям этих величин. Тогда измеря-
емые величины сопротивлений и емкостей будут равны:
Дх~Т при Сэ-1МкФ, Их-ЮТ при Сэ- 0,1 МкФ и йх“ 100Тпри
Сэ~0,01 мкФ.
Аналогично Сх-Т при Кэ—
1
МОм. Сх-10 Т при Іїз“ 0,1 МОм и
Сх“ 100Т при 1?э-О,01 МОм.
Установка потенциометра ІЇ2 (рис.1) производится следующим
образом. К одному из входов АГ подключается эталонный резистор
или конденсатор величиной, например, 1
МОм и 1
МкФ соответст-
венно. На второй вход АГ подключается конденсатор (резистор) с за-
ранее известной величиной. Затем с помощью потенциометра Й2 и
осциллографа устанавливается величина периода, равная известной
величине емкости конденсатора (сопротивления резистора).
При наличии отлаженной программы измерения периодов элект-
рических колебаний с помощью потенциометра ІЇ2 на индикаторах
УЦП устанавливается десятичное число, равное известной величине
емкости конденсатора (сопротивления резистора).
От точности установки потенциометра ІЇ2 и строгого соответствия
величин Из и Сэ номиналам зависит точность измерения неизвест-
ных величин сопротивлений и емкостей. Поэтому необходимо тща-
тельно выбрать величины эталонных резистора и конденсатора, а в
качестве потенциометра Й2 целесообразно использовать потенцио-
метр типа СП5-3.
Для повышения стабильности генерируемых частот и их мини-
мального отклонения от расчетной величины по приведенной фор-
2 0
Радиолюбитель 12/94
муле на выходе АГ ставится двусторонний ограничитель со стаби-
литроном СТ. Кроме того, ОУ в составе АГ должен обладать повы-
шенным входным сопротивлением (RbxSI МОм) и хорошей частот-
ной характеристикой (Fr < 1
МГц). Такие характеристики из низко-
вольтных ОУ имеют К157УД2, К574УД1. К140УДЖ12.
Диодный мост на выходе АГ может быть собран на любых малога-
баритных диодах (например, КД522), а стабилитрон СТ должен
иметь Ucr< Un (при напряжении питания АГ Un“5B и подходит стаби-
литрон типа КС 1ЗЗА).
При измерении неизвестных величин сопротивлений и емкостей
выходной сигнал АГ подключается через переключатель ПЗ на вход
усилителя (У С), соединенного с формирователем коротких импуль-
сов, выход которого подается на вход INT CPU [11.
При этом используется программа измерителя периодов электри-
ческих колебаний, приведенная в габл.2 [1 [.
Недостатком такого варианта измерителя сопротивлений и емко-
стей является узкий диапазон измеряемых величин.
Для увеличения нижнего предела диапазона измеряемых перио-
дов необходимо на выходе МС DD3.2 поставить десятичные делите-
ли (Д) .Так, при постановке трех десятичных делителей (например,
типа К155ИЕ1) нижний предел измеряемых периодов расширяется
до 2,5 секунд, т.е. нижний предел измерения сопротивлений и емко-
стей увеличивается до 2,5 МОм и 2.5 МкФ соответственно. При этом
погрешность измерения в верхней части каждого поддиапазона бу-
дет не хуже 0,4%.
Для дальнейшего расширения диапазона измеряемых величин и
увеличения точности измерения рекомендуется использовать внеш-
ний восьмиразрядный двоичный счетчик (например, КМ555ИЕ1 9),
который своими выходами подключается к порту Р1, а выходом по-
следнего разряда через элементы DD3.1 иППЗ.З — ковходуТ1 CPU,
т.е. ко входу внутреннего счетчика CPU. Счетчик CPU в этом случае
расширяется до 16 двоичных разрядов. Кроме того, внешний счетчик
с генератором одиночных импульсов (ГОИ) на входе заменяет кла-
вишные переключатели (КП) УЦП [ 1J, так как с помощью ГОИ и
переключателя П1 можно набрать любой цифровой код в пределах
восьми двоичных разрядов. Для индикации набранных кодов необ-
ходимо в точках А поставить светодиоды.
В качестве источника эталонной частоты в этом варианте можно
использовать отдельный кварцевый генератор (КГ) повышенной часто-
ты (максимальная допустимая частота зависит от типа выбранного счет-
Т аб л. 1
0000
04
09
00
04
00
00
04
97
35
15
65
27
ЗА
Л8
Л9
0010
ЛА
АС
AD
АЕ
62
ВВ
01
23
АО
ЗА
23
СС
02
23
20
0020
ЗА
56
80
05
25
45
00
00
04
26
ЕВ
2F
ЭА
00
93
15
0030
20
09
АЕ
42
AD
F8
03
01
57
А8
F9
13
00
57
ЛЭ
0040
Е6
47
FA
03
01
57
АА
FE
07
АЕ
96
36
2D
АЕ
96
36
0050
23
СС
02
14
63
FA
02
14
63
F9
02
14
63
F8
02
14
0060
63
04
50
27
00
00
00
00
17
96
64
23
А2
DE
С6
0070
78
23
FF
UE
96
63
04
7D
23
СС
02
04
71
27
АЕ
83
0080
FE
17
ЛЕ
С6
02
AD
ЗА
36
36
04
80
1D
AD
03
04
0090
С6
97
АЕ
04
85
00
00
23
60
ЗА
04
97
предыдущая страница 21 Радиолюбитель 1994-12 читать онлайн следующая страница 23 Радиолюбитель 1994-12 читать онлайн Домой Выключить/включить текст