Brangaus akumuliatoriaus per anksti gedimo galimybė verčia automobilio savininką atidžiai stebėti įtampos relės reguliatoriaus veikimą ir transporto priemonės borto elektros tinklo būklę. Įtampa jame neturi skirtis daugiau kaip ±3% nuo optimalios vertės, kuri yra nustatyta tam tikroms akumuliatoriaus veikimo sąlygoms ir priklauso nuo klimato zonos, akumuliatoriaus įrengimo vietos ir jo techninės būklės bei darbo režimo. transporto priemonės. Kuo tiksliau bus palaikoma optimali įtampa kraunant akumuliatorių, tuo ilgiau jis tarnaus.
Didelę reikšmę turi teisingas automobilio generatoriaus veikimas. Generatoriaus įtampai 10-12% (apie 0,15 V) padidėjus virš optimalios, baterijos ir elektros lempų tarnavimo laikas sumažėja 2-2,5 karto.
Norint tiksliai atlikti visus reikiamus reguliavimus, reikia specialaus voltmetro, kuris matuoja įtampą 13-15 V diapazone 0,1 V tikslumu. Tokį įrenginį sunku nusipirkti, bet daugelis galės padaryti panašų. kurių skalė ištempta 10–15 V diapazone. Padidėjęs matavimo tikslumas, tiesinė skalė visame matavimo diapazone, nuosavo maitinimo šaltinio nebuvimas, padidėjęs patikimumas (dėl įrenginyje esančių apsaugos elementų, kurie neturi įtakos matavimo tikslumui), galimybė reguliuoti „tempimą“ skalės zona – išskirtiniai šio įrenginio bruožai. Jis pagamintas operacinio stiprintuvo pagrindu ir yra įtampos skirtumo matuoklis.
Voltmetro specifikacijos
- Išmatuotų įtampų diapazonas, V. . . nuo 10 iki 15
Pasiekiama matavimo paklaida esant 20±5°С temperatūrai, ne blogiau, % ...0,5
Diskretiškumas, V. . . 0,05
Įvesties varža, ne mažesnė kaip kOhm. . . 0,75
Darbinės temperatūros diapazonas, °C. . . nuo -10 iki +35
Matmenys (su mikroampermetru M906), mm. . . 65x105x120
Voltmetras maitinamas tiesiai iš matavimo objekto. Pradinis poslinkis, kurio atžvilgiu atliekamas matavimas, nustatomas pagal rezistorių R3, R4 grandinės varžą (žr. schemą 1 pav.) ir grįžtamojo ryšio vertę (kuri nulemia OUDA1 stiprinimą ir atitinkamai , diapazono „ištempimo“ laipsnis) nustatomas pagal rezistorių R5, R6 grandinės varžą.
Etaloninis įtampos šaltinis ant zenerio diodo VD3 taip pat suteikia potencialo poslinkį neinvertuojančiame įėjime DA tokiu dydžiu, kuris yra lygus maždaug pusei išmatuoto įtampos kritimo, kuris reikalingas operacinės sistemos stiprintuvui su vieno poliaus maitinimo šaltiniu.
Rezistoriaus R7 varža priklauso nuo mikroampermetro RA jautrumo ir didžiausios operacinio stiprintuvo išėjimo įtampos, palyginti su zenerio diodo VD3 katodu.
Diodai VD1, VD2 užtikrina operatyvinio stiprintuvo apsaugą, o VD4, VD5 - mikroampermetrą nuo viršsrovių. VD1 neleidžia neigiamai srovei praeiti per rezistorių R1 ir operacinį stiprintuvą. Srovė gali praeiti per į priekį nukreiptą zenerio diodą VD3, diodą VD2 ir rezistorius R2-R4. Taigi tarp DA įėjimų (3,2 kontaktų) bus nustatytas ne didesnis kaip 0,7 V potencialų skirtumas. Panašus įtampos kritimas bus 3 kaištyje, palyginti su operacinio stiprintuvo kištuku 4.
Tai užtikrina patikimą operatyvinio stiprintuvo apsaugą nuo poliškumo jungties klaidų.
Voltmetre naudojami fiksuoti MLT tipo rezistoriai, o kaip reguliuojamus rezistorius patartina naudoti SP5-2, SP5-3, SP5-14 tipo daugiapakopius rezistorius. Taip pat leidžiama naudoti kitų tipų operatyvinius stiprintuvus, pavyzdžiui, K140UD7 arba K140UD1A, K553UD1 su atitinkamomis korekcijos grandinėmis. Diodai - bet kokie mažos galios silicio. KS147A zenerio diodas gali būti pakeistas KS156A, tačiau greičiausiai tada voltmetro temperatūros stabilumas pablogės ir reikės patikslinti rezistorių R1-R3 reikšmes. Mikroampermetras - M906 arba M24, kurio bendra nuokrypio srovė yra 50 μA ir skalė, atitinkanti pasirinktą matavimo zoną. Taip pat galima naudoti kitus rodyklės įtaisus, kurių bendra nukreipimo srovė yra iki 1 mA, tačiau tokiu atveju reikia pasirinkti rezistoriaus R5 reikšmę pagal pasirinktą įtampos kritimo jame reikšmę (apie 1,5 V). . Avometrą taip pat galite naudoti mikroampermetro režimu. Tada šis prietaisas bus pritvirtintas prie testerio.
Jei nėra sugedusių elementų ir montavimo klaidų, voltmetro nustatymas priklauso nuo jo kalibravimo. Ši operacija atliekama naudojant reguliuojamą maitinimo šaltinį, kurio išėjimo įtampa yra 9–16 V, ir standartinį voltmetrą, pageidautina skaitmeninį, pavyzdžiui, V7-16, FZO, VR-11.
Apipjaustymo rezistoriai nustatomi į vidurinę padėtį, o voltmetro įvesties įtampa yra 12-13 V, valdant jį standartiniu prietaisu. Reguliuojamo voltmetro adata turi nukrypti nuo nulinės vertės. Tada įtampa maitinimo šaltinio išėjime nustatoma į 10 V (±0,05 V) ir rezistorius R4 perkelia voltmetro adatą į nulinės skalės padalijimą. Po to, padidinus išmatuotą įtampą iki 15 ± 0,05 V, rezistorius R6 nustato rodyklę į galutinį skalės padalijimą. Kartodami aukščiau nurodytus veiksmus 10 V ir 15 V, pasiekiame tiksliausią voltmetro nustatymą 13-14,5 V veikimo diapazone.
Montuojant relės reguliatorių, įtampa matuojama tiesiai prie akumuliatoriaus gnybtų.
2 paveiksle parodyta spausdintinė plokštė su elementų išdėstymo schema. Plokštė montuojama ant M906 mikroampermetro kontaktinių varžtų ir kartu su ja dedama į dėžę.
Ryžiai. 2
V. Bakanovas, E. Kachanovas, Černivcai, Modeliuotojas-konstruktorius Nr.12, 1990, p. 27
Radioelementų sąrašas
| Paskyrimas | Tipas | Denominacija | Kiekis | Pastaba | Parduotuvė | Mano užrašų knygelė |
|---|---|---|---|---|---|---|
| D.A. | OU | K140UD6 | 1 | K140UD7, K140UD1A, K553UD1 | Į užrašų knygelę | |
| VD1, VD2, VD4, VD5 | Diodas | KD521V | 4 | Į užrašų knygelę | ||
| VD3 | Zenerio diodas | KS147A | 1 | Į užrašų knygelę | ||
| C1 | Elektrolitinis kondensatorius | 4,7 µF 20 V | 1 | Į užrašų knygelę | ||
| C2 | Kondensatorius | 0,1 µF | 1 | Į užrašų knygelę | ||
| R1 | Rezistorius | 510 omų | 1 | Į užrašų knygelę | ||
| R2 | Rezistorius | 15 kOhm | 1 | Į užrašų knygelę | ||
| R3 | Rezistorius | 8,2 kOhm | 1 | MLT, atranka | Į užrašų knygelę | |
| R4 | Trimerio rezistorius | 4,7 kOhm | 1 |
Jie dažnai pradėjo manęs klausinėti apie analoginę elektroniką. Ar sesija studentus laikė savaime suprantamu dalyku? ;) Gerai, pats laikas nedidelei edukacinei veiklai. Visų pirma, dėl operacinių stiprintuvų veikimo. Kas tai yra, su kuo jis valgomas ir kaip jį apskaičiuoti.
Kas čia
Operacinis stiprintuvas – tai stiprintuvas su dviem įėjimais, neve... hmm... dideliu signalo stiprumu ir vienu išėjimu. Tie. turime U out = K*U in ir K idealiu atveju lygus begalybei. Praktiškai, žinoma, skaičiai yra kuklesni. Tarkime, 1 000 000. Tačiau net ir tokie skaičiai išmuša galvą, kai bandote juos pritaikyti tiesiogiai. Todėl kaip darželyje viena eglutė, dvi, trys, daug eglučių - pas mus čia daug pastiprinimo;) Ir viskas.
Ir yra du įėjimai. Ir vienas iš jų yra tiesioginis, o kitas yra atvirkštinis.
Be to, įėjimai yra didelės varžos. Tie. jų įvesties varža idealiu atveju yra begalybė, o realiu atveju LABAI didelė. Skaičius ten siekia šimtus megaomų ar net gigaohų. Tie. jis matuoja įtampą įėjime, bet turi minimalų poveikį. Ir galime daryti prielaidą, kad operaciniame stiprintuve neteka srovė.
Išėjimo įtampa šiuo atveju apskaičiuojama taip:
U out =(U 2 -U 1)*K
Akivaizdu, kad jei įtampa tiesioginiame įėjime yra didesnė nei atvirkštinėje, tada išėjimas yra plius begalybė. Priešingu atveju bus minus begalybė.
Žinoma, tikroje grandinėje begalybės pliuso ir minuso nebus, o juos pakeis kuo aukštesnė ir mažiausia stiprintuvo maitinimo įtampa. Ir mes gausime:
Palyginimo priemonė
Įrenginys, leidžiantis palyginti du analoginius signalus ir priimti verdiktą – kuris signalas didesnis. Jau įdomu. Tam galite sugalvoti daugybę programų. Beje, tas pats komparatorius yra įmontuotas į daugumą mikrovaldiklių, o kaip juo naudotis, parodžiau naudodamas AVR pavyzdį straipsniuose apie kūrybą. Palyginimo priemonė taip pat puikiai tinka kuriant .
Tačiau reikalas neapsiriboja vienu lyginamuoju prietaisu, nes jei pateikiate atsiliepimus, daug galima nuveikti iš op-amp.
Atsiliepimas
Jei paimsime signalą iš išvesties ir nusiųsime jį tiesiai į įvestį, atsiras grįžtamasis ryšys.
Teigiami atsiliepimai
Paimkime ir nukreipkime signalą tiesiai iš išvesties į tiesioginį įvestį.
- Įtampa U1 yra didesnė už nulį - išėjimas yra -15 voltų
- Įtampa U1 yra mažesnė už nulį - išėjimas yra +15 voltų
Kas atsitiks, jei įtampa lygi nuliui? Teoriškai išvestis turėtų būti lygi nuliui. Tačiau iš tikrųjų įtampa NIEKADA nebus lygi nuliui. Galų gale, net jei dešiniojo krūvis viršija kairiojo krūvį vienu elektronu, tada to jau pakanka, kad potencialas būtų nukreiptas į išėjimą su begaliniu padidėjimu. O išėjime prasidės visas pragaras – signalas šokinėja šen bei ten atsitiktinių trikdžių, sukeliamų komparatoriaus įėjimais, greičiu.
Norėdami išspręsti šią problemą, įvedama histerezė. Tie. savotiškas atotrūkis tarp perjungimo iš vienos būsenos į kitą. Norėdami tai padaryti, pateikiami teigiami atsiliepimai, tokie kaip:
 |
Manome, kad šiuo metu atvirkštinėje įėjime yra +10 voltų. Op-amp išvestis yra minus 15 voltų. Tiesioginiame įėjime jis nebėra nulis, o nedidelė daliklio išėjimo įtampos dalis. Apytiksliai -1,4 volto Dabar, kol įtampa atvirkštinėje įėjime nenukris žemiau -1,4 volto, operacinės stiprintuvo išvestis nepakeis savo įtampos. O kai tik įtampa nukris žemiau -1,4, operacinės stiprintuvo išėjimas smarkiai pašoks iki +15 ir tiesioginiame įėjime jau bus +1,4 volto poslinkis.
O norint pakeisti įtampą komparatoriaus išėjime, U1 signalas turės padidėti net 2,8 volto, kad pasiektų viršutinį +1,4 lygį.
Ten, kur nėra jautrumo, atsiranda savotiškas tarpas tarp 1,4 ir -1,4 voltų. Tarpo plotis reguliuojamas R1 ir R2 rezistorių santykiais. Slenkstinė įtampa apskaičiuojama kaip Uout/(R1+R2) * R1 Tarkime, nuo 1 iki 100 duos +/-0,14 voltų.
Tačiau vis tiek operatyviniai stiprintuvai dažniau naudojami neigiamo grįžtamojo ryšio režimu.
Neigiamas atsiliepimas
Gerai, pasakykime kitaip:
 |
Neigiamų atsiliepimų atveju op-amp turi įdomią savybę. Jis visada stengsis reguliuoti savo išėjimo įtampą taip, kad įtampos įėjimuose būtų vienodos, todėl skirtumas būtų nulinis.
Kol neperskaičiau šios puikioje draugų Horowitzo ir Hillo knygoje, negalėjau įsitraukti į OU darbą. Bet tai pasirodė paprasta.
Kartotuvas
Ir mes turime kartotuvą. Tie. prie įėjimo U 1, prie atvirkštinio įėjimo U out = U 1. Na, pasirodo, kad U out = U 1.
Kyla klausimas, kam mums reikia tokios laimės? Buvo galima tiesiogiai prijungti laidą ir nereikės jokio op-amp!
Tai įmanoma, bet ne visada. Įsivaizduokime šią situaciją: yra jutiklis, pagamintas varžinio daliklio pavidalu:
 |
Mažesnė varža keičia savo vertę, keičiasi skirstytuvo išėjimo įtampų pasiskirstymas. Ir mums reikia iš jo paimti rodmenis voltmetru. Bet voltmetras turi savo vidinę varžą, nors ir didelę, tačiau ji pakeis jutiklio rodmenis. Be to, ką daryti, jei nenorime voltmetro, bet norime, kad lemputė pakeistų ryškumą? Čia nebėra galimybės prijungti lemputės! Todėl išvestį buferizuojame operaciniu stiprintuvu. Jo įėjimo varža didžiulė, o įtaka minimali, o išėjimas gali suteikti gana pastebimą srovę (dešimtis miliamperų ar net šimtus), kurios visiškai pakanka lemputei veikti.
Apskritai galite rasti kartotuvo programų. Ypač tiksliose analoginėse grandinėse. Arba kai vienos pakopos grandinės gali turėti įtakos kito etapo veikimui, siekiant jas atskirti.
Stiprintuvas
Dabar apgaukime ausimis – gaukite atsiliepimą ir prijunkite jį prie žemės per įtampos daliklį:
 |
Dabar pusė išėjimo įtampos tiekiama į atvirkštinę įvestį. Tačiau stiprintuvas vis tiek turi išlyginti įtampą savo įėjimuose. Ką jis turės daryti? Teisingai – pakelkite išėjimo įtampą dvigubai didesnę nei anksčiau, kad kompensuotumėte susidariusį daliklį.
Dabar tiesėje bus U 1. Atvirkščiai U out /2 = U 1 arba U out = 2 * U 1.
Jei įdėsime daliklį su skirtingu santykiu, situacija pasikeis taip pat. Kad nereikėtų mintyse sukti įtampos daliklio formulės, iš karto pateiksiu:
U out = U 1 * (1 + R 1 / R 2)
Mnemoniška prisiminti, kas yra suskirstyta į labai paprastą:
Pasirodo, įvesties signalas eina per rezistorių grandinę R 2, R 1 į U out. Šiuo atveju tiesioginė stiprintuvo įvestis yra nustatyta į nulį. Prisiminkime operatyvinio stiprintuvo įpročius – jis bandys, užkabindamas ar sukdamas, užtikrinti, kad jo atvirkštinėje įvestyje būtų generuojama įtampa, lygi tiesioginei įėjimui. Tie. nulis. Vienintelis būdas tai padaryti yra sumažinti išėjimo įtampą žemiau nulio, kad taške 1 atsirastų nulis.
Taigi. Įsivaizduokime, kad U out = 0. Tai vis dar nulis. Pavyzdžiui, įvesties įtampa yra 10 voltų U išėjimo atžvilgiu. R 1 ir R 2 daliklis padalins jį per pusę. Taigi 1 taške yra penki voltai.
Penki voltai nėra nulis, o operacinės stiprintuvas sumažina savo išvestį, kol taškas 1 yra nulis. Norėdami tai padaryti, išvestis turėtų tapti (-10) voltų. Šiuo atveju, palyginti su įėjimu, skirtumas bus 20 voltų, o daliklis taške 1 suteiks mums tiksliai 0. Turime keitiklį.
Bet mes taip pat galime pasirinkti kitus rezistorius, kad mūsų daliklis sukurtų skirtingus koeficientus!
Apskritai tokio stiprintuvo stiprinimo formulė bus tokia:
U out = - U į * R 1 / R 2
Na, mnemoninis paveikslėlis, skirtas greitai įsiminti xy iš xy.
Tarkime, U 2 ir U 1 yra po 10 voltų. Tada 2 taške bus 5 voltai. Ir išėjimas turės tapti toks, kad 1 taške taip pat būtų 5 voltai. Tai yra, nulis. Taigi paaiškėja, kad 10 voltų atėmus 10 voltų yra lygus nuliui. Teisingai :)
Jei U 1 tampa 20 voltų, tada išėjimas turės sumažėti iki -10 voltų.
Suskaičiuokite patys – skirtumas tarp U 1 ir U išėjimo bus 30 voltų. Srovė per rezistorių R4 bus (U 1 -U out)/(R 3 +R 4) = 30/20000 = 0,0015A, o įtampos kritimas rezistoriuje R4 bus R 4 *I 4 = 10000 * 0,0015 = 15 voltų. Atimkite 15 voltų kritimą iš 20 įvesties kritimo ir gaukite 5 voltus.
Taigi mūsų operacinės sistemos stiprintuvas išsprendė aritmetinę užduotį iš 10 atėmus 20, todėl buvo -10 voltų.
Be to, užduotyje yra koeficientai, kuriuos nustato rezistoriai. Tiesiog dėl paprastumo aš pasirinkau tos pačios vertės rezistorius, todėl visi koeficientai yra lygūs vienetui. Bet iš tikrųjų, jei imsime savavališkus rezistorius, tada išvesties priklausomybė nuo įvesties bus tokia:
U out = U 2 *K 2 - U 1 *K 1
K 2 = ((R 3 + R 4) * R 6) / (R 6 + R 5) * R 4
K 1 = R 3 / R 4
Koeficientų skaičiavimo formulės prisiminimo mnemoninė technika yra tokia:
Teisingai pagal schemą. Trupmenų skaitiklis yra viršuje, todėl sumuojame viršutinius srovės srauto grandinės rezistorius ir padauginame iš apatinio. Vardiklis yra apačioje, todėl sudedame apatinius rezistorius ir padauginame iš viršutinio.
Čia viskas paprasta. Nes taškas 1 nuolat mažinamas iki 0, tada galime manyti, kad į jį įtekančios srovės visada lygios U/R, o srovės, patenkančios į mazgą numeris 1, sumuojamos. Įvesties rezistoriaus ir grįžtamojo ryšio rezistoriaus santykis lemia įeinančios srovės svorį.
Šakų gali būti kiek nori, bet aš nupiešiau tik dvi.
U out = -1 (R 3 * U 1 / R 1 + R 3 * U 2 / R 2)
Rezistoriai prie įėjimo (R 1, R 2) nustato srovės dydį, taigi ir bendrą gaunamo signalo svorį. Jei padarysite visus rezistorius lygius, kaip ir mano, tada svoris bus toks pat, o kiekvieno nario dauginimo koeficientas bus lygus 1. Ir U out = -1(U 1 +U 2)
Neinvertuojantis sumatorius
Čia viskas šiek tiek sudėtingiau, bet panašiai.
 |
Uout = U 1 * K 1 + U 2 * K 2
K 1 = R 5 / R 1
K 2 = R 5 / R 2
Be to, grįžtamojo ryšio rezistoriai turi būti tokie, kad būtų laikomasi lygties R 3 / R 4 = K 1 + K 2
Apskritai, naudodamiesi operaciniais stiprintuvais galite atlikti bet kokią matematiką, sudėti, dauginti, padalyti, skaičiuoti išvestines ir integralus. Ir beveik akimirksniu. Analoginiai kompiuteriai gaminami naudojant operatyvinius stiprintuvus. Vieną tokį net mačiau penktame SUSU aukšte – pusės kambario dydžio kvailį. Kelios metalinės spintos. Programa spausdinama sujungiant skirtingus blokus laidais :)
Šis straipsnis skirtas dviem voltmetrams, įdiegtiems PIC16F676 mikrovaldiklyje. Vienas voltmetras turi įtampos diapazoną nuo 0,001 iki 1,023 voltų, kitas, su atitinkamu 1:10 varžiniu dalikliu, gali matuoti įtampą nuo 0,01 iki 10,02 voltų. Viso įrenginio srovės suvartojimas esant +5 voltų stabilizatoriaus išėjimo įtampai yra maždaug 13,7 mA. Voltmetro grandinė parodyta 1 paveiksle.
Dviejų voltmetrų grandinė
Skaitmeninis voltmetras, grandinės veikimas
Norint įgyvendinti du voltmetrus, naudojami du mikrovaldiklio kaiščiai, sukonfigūruoti kaip skaitmeninio konvertavimo modulio įvestis. Įvestis RA2 naudojama mažoms įtampoms, maždaug voltams, matuoti, o 1:10 įtampos daliklis, susidedantis iš rezistorių R1 ir R2, yra prijungtas prie įėjimo RA0, leidžiantis matuoti įtampą iki 10 voltų. Šis mikrovaldiklis naudoja dešimties bitų ADC modulis ir norint realizuoti įtampos matavimą 0,001 volto tikslumu 1 V diapazone, reikėjo naudoti išorinę atskaitos įtampą iš ION lusto DA1 K157HP2. Nuo valdžios IR JIS Mikroschema yra labai maža, o norint pašalinti išorinių grandinių įtaką šiam ION, į grandinę įvedamas buferinis DA2.1 mikroschemos veikimo stiprintuvas. LM358N. Tai neinvertuojantis įtampos sekiklis su 100% neigiamu grįžtamuoju ryšiu – OOS. Šio operatyvinio stiprintuvo išėjimas yra apkrautas apkrova, kurią sudaro rezistoriai R4 ir R5. Iš trimerio rezistoriaus R4 1,024 V etaloninė įtampa tiekiama į mikrovaldiklio DD1 12 kontaktą, sukonfigūruotą kaip etaloninės įtampos įvestis darbui. ADC modulis. Esant tokiai įtampai, kiekvienas skaitmenizuoto signalo skaitmuo bus lygus 0,001 V. Triukšmo įtakai sumažinti, matuojant mažas įtampos vertes, naudojamas kitas įtampos sekiklis, įdiegtas antrajame DA2 lusto operatyviniame stiprintuve. Šio stiprintuvo OOS smarkiai sumažina išmatuotos įtampos vertės triukšmo komponentą. Taip pat sumažinama išmatuotos įtampos impulsinio triukšmo įtampa.
Informacijai apie išmatuotas vertes rodyti naudojamas dviejų eilučių LCD, nors šiam dizainui užtektų ir vienos eilutės. Tačiau turėti galimybę rodyti bet kokią kitą informaciją sandėlyje taip pat nėra blogai. Indikatoriaus foninio apšvietimo ryškumą valdo rezistorius R6, rodomų simbolių kontrastas priklauso nuo įtampos daliklio rezistorių R7 ir R8 vertės. Įrenginys maitinamas įtampos stabilizatoriumi, surinktu ant DA1 lusto. +5 V išėjimo įtampa nustatoma rezistorius R3. Norint sumažinti bendrą srovės suvartojimą, paties valdiklio maitinimo įtampą galima sumažinti iki tokios vertės, kuriai esant būtų palaikomas indikatoriaus valdiklio funkcionalumas. Bandant šią grandinę, indikatorius stabiliai veikė esant 3,3 volto mikrovaldiklio maitinimo įtampai.
Voltmetro nustatymas
Norėdami nustatyti šį voltmetrą, jums reikia bent skaitmeninio multimetro, galinčio išmatuoti 1,023 voltus, kad būtų nustatyta ION atskaitos įtampa. Taigi, naudodami bandomąjį voltmetrą, mes nustatėme 1,024 voltų įtampą DD1 mikroschemos 12 kaištyje. Tada į operacinės stiprintuvo DA2.2 įvestį, 5 kontaktą, taikome žinomos vertės įtampą, pavyzdžiui, 1000 voltų. Jei valdymo ir reguliuojamo voltmetro rodmenys nesutampa, tada naudojant apipjaustymo rezistorių R4, keičiant etaloninės įtampos vertę, pasiekiami lygiaverčiai rodmenys. Tada į įvestį U2 įvedama žinomos vertės valdymo įtampa, pavyzdžiui, 10,00 voltų, ir pasirinkus rezistoriaus R1, R2 arba abiejų varžos reikšmę, gaunami lygiaverčiai abiejų voltmetrų rodmenys. Tai užbaigia koregavimą.
Palygintojai
Jei naudojate operacinį stiprintuvą be neigiamo grįžtamojo ryšio (NFB), tuomet tikrai galite pasakyti, kas nutiks. Norėdami suprasti, kaip tai veikia, galite atlikti kelis paprastus, bet aiškius eksperimentus. Norėdami tai padaryti, jums reikės šiek tiek: paties operacinio stiprintuvo, maitinimo šaltinio, kurio įtampa yra 9...25 V, kelių rezistorių, poros šviesos diodų ir voltmetro ().
Paprastas loginis zondas yra surinktas iš šviesos diodų ir rezistorių, kaip parodyta 1 paveiksle.
Kai į zondo įvestį įvedama teigiama įtampa (galite pritaikyti net +U), užsidega raudonas šviesos diodas, o jei įėjimas prijungtas prie bendro laido, užsidega žalias šviesos diodas. Tokio zondo pagalba tiriamo operacinio stiprintuvo išėjimo būsena tampa aiški ir suprantama.
Eksperimentiniam „zuikiui“ tiks bet koks ne itin kokybiškas ir brangus, pavyzdžiui KR140UD608(708) plastikiniuose dėkluose arba K140UD6(7) apvaliuose metaliniuose dėkluose.
1 pav. Paprasto loginio zondo grandinė
Reikėtų pažymėti, kad nepaisant skirtingų korpusų, šių mikroschemų kontaktas yra toks pat ir atitinka parodytą toliau pateiktose diagramose. Dažnai pasitaiko, kad plastikinių ir metalinių korpusų kaiščiai nesutampa, nors iš tikrųjų tai yra tos pačios mikroschemos. Šiais laikais dauguma operacinių stiprintuvų, ypač importinių, gaminami plastikiniuose dėkluose ir viskas veikia puikiai ir nepriekaištingai, o su pinoutais nepainiojasi. Anksčiau tokias „plastikines“ mikroschemas ekspertai paniekinamai vadindavo „vartojimo prekėmis“.
2 pav. Op-amp grandinė
Pirmiesiems eksperimentams surinksime 2 pav. parodytą grandinę. Čia nelabai kas padaryta: pats operacinis stiprintuvas ir 1 paveiksle parodytas loginis zondas yra prijungti prie vienpolio maitinimo šaltinio. Maitinimo įtampa +U yra vienpolis, 9…30V. Įtampos dydis mūsų eksperimentuose nėra ypač svarbus.
Čia gali kilti visiškai teisėtas klausimas: „Kodėl zondas yra logiškas, nes operacinis stiprintuvas yra analoginis elementas? Taip, bet šiuo atveju operacinis stiprintuvas veikia ne stiprinimo režimu, o lyginamuoju režimu, o išėjime turi tik du lygius. 0V artima įtampa vadinama loginiu nuliu, o artima +U – loginiu. Dvipolio maitinimo šaltinio atveju loginis nulis atitinka įtampą, artimą -U.
Įjungus maitinimo įtampą, turi užsidegti vienas iš šviesos diodų. Į klausimą, kuris raudonas ar žalias, atsakyti negalima, nes viskas priklauso nuo konkretaus operacinio stiprintuvo parametrų ir nuo išorinių sąlygų, pavyzdžiui, tinklo trikdžių. Jei paimsite kelis to paties tipo operatyvinius stiprintuvus, rezultatai bus labai skirtingi.
Įtampa operacinio stiprintuvo išėjime valdoma voltmetru: jei užsidega raudonas šviesos diodas, voltmetras rodys įtampą, artimą +U, o jei žalias šviesos diodas, įtampa bus beveik lygi nuliui.
Dabar galite pabandyti įvestis įvesti tam tikrą įtampą ir pamatyti, kaip veiks operacinis stiprintuvas, naudodami indikatorius ir voltmetrą. Lengviausias būdas pritaikyti įtampą yra vienu pirštu paeiliui paliesti kiekvieną operacinio stiprintuvo įvestį, o kitu – vieną iš maitinimo kontaktų. Tokiu atveju zondo švytėjimas ir voltmetro rodmenys turėtų pasikeisti. Tačiau šie pokyčiai gali neįvykti.
Reikalas tas, kad kai kurie operatyviniai stiprintuvai yra suprojektuoti taip, kad įtampa įėjimuose būtų tam tikrose ribose: šiek tiek didesnė už įtampą 4 kaištyje ir šiek tiek mažesnė už maitinimo įtampą 7 kaištyje. Tai "šiek tiek žemesnė, didesnė" yra 1 …2V. Norėdami tęsti eksperimentus, įvykdę nurodytą sąlygą, turėsite surinkti šiek tiek sudėtingesnę grandinę, parodytą 3 paveiksle.
3 pav.
Dabar įtampa į įėjimus tiekiama naudojant kintamuosius rezistorius R1, R2, kurių slankiklius prieš pradedant matavimus reikia nustatyti netoli vidurinės padėties. Voltmetras dabar perkeltas į kitą vietą: jis parodys įtampos skirtumą tarp tiesioginio ir atvirkštinio įėjimų.
Geriau, jei šis voltmetras yra skaitmeninis: gali pasikeisti įtampos poliškumas, skaitmeninio įrenginio indikatoriuje pasirodys minuso ženklas, o rodyklės įtaisas tiesiog nukryps nuo skalės priešinga kryptimi. (Galite naudoti dialinį voltmetrą su viduriniu skalės tašku.) Be to, skaitmeninio voltmetro įėjimo varža yra daug didesnė nei renkamo voltmetro, todėl matavimo rezultatai bus tikslesni. Išvesties būsena bus nustatoma pagal LED indikatorių.
Čia tikslinga duoti tokį patarimą: geriau šiuos paprastus eksperimentus atlikti savo rankomis, o ne tik skaityti ir nuspręsti, kad viskas paprasta ir suprantama. Tai tarsi gitaros pamokos skaitymas niekada nepaėmus gitaros. Taigi, pradėkime.
Pirmas dalykas, kurį reikia padaryti, yra nustatyti kintamo rezistoriaus slankiklius į maždaug vidurinę padėtį, o įtampa operacinio stiprintuvo įėjimuose yra beveik pusė maitinimo įtampos. Voltmetro jautrumas turėtų būti padidintas, bet galbūt ne iš karto, o palaipsniui, kad nesudegintumėte prietaiso.
Darant prielaidą, kad operacinės stiprintuvo išvestis yra maža, dega žalias šviesos diodas. Jei taip nėra, šią būseną galima pasiekti sukant kintamąjį rezistorių R1 taip, kad slankiklis judėtų grandinėje žemyn - beveik iki 0 V.
Dabar, naudodami kintamąjį rezistorių R1, mes pradėsime pridėti įtampą į tiesioginį operacinio stiprintuvo įvestį (3 kontaktą), stebėdami voltmetro rodmenis. Kai tik voltmetras parodys teigiamą įtampą (tiesioginio įėjimo (3 kontakto) įtampa yra didesnė nei atvirkštinėje įėjime (2 kontaktas)), užsidegs raudonas šviesos diodas. Todėl operacinio stiprintuvo išėjimo įtampa yra aukšta arba, kaip susitarta anksčiau, loginis vienetas.
Šiek tiek informacijos
Tiksliau, net ne loginis vienetas, o aukštas lygis: loginis vienetas rodo signalo teisingumą, sako, įvyko įvykis. Tačiau ši tiesa, šis loginis vienetas gali būti išreikštas ir žemu lygiu. Kaip pavyzdį galime prisiminti RS-232 sąsają, kurioje loginis atitinka neigiamą įtampą, o loginis nulis turi teigiamą įtampą. Nors kitose grandinėse loginis vienetas dažniausiai išreiškiamas kaip aukštas lygis.
Tęskime mokslinį eksperimentą. Pradėkime atsargiai ir lėtai sukti rezistorių R1 priešinga kryptimi, stebėdami voltmetro rodmenis. Tam tikru momentu jis rodys nulį, bet raudonas šviesos diodas vis tiek švies. Mažai tikėtina, kad pavyks užfiksuoti padėtį, kurioje abu šviesos diodai yra išjungti.
Toliau sukant rezistorių, voltmetro rodmenų poliškumas taip pat pasikeis į neigiamą. Tai rodo, kad įtampa atvirkštiniame įėjime (2) yra didesnė absoliučia verte nei tiesioginiame įėjime (3). Užsidegs žalias šviesos diodas, rodantis, kad operacinės stiprintuvo išvestis yra maža. Po to galite toliau sukti rezistorių R1 ta pačia kryptimi, tačiau jokių pokyčių nebus: žalias šviesos diodas neužges ir net visiškai nepakeis ryškumo.
Šis reiškinys atsiranda operaciniam stiprintuvui veikiant lyginamuoju režimu, t.y. be neigiamų atsiliepimų (kartais net su PIC). Jei operacinis stiprintuvas veikia tiesiniu režimu, padengtas neigiamu grįžtamuoju ryšiu (NFB), tada, kai rezistoriaus R1 variklis sukasi, išėjimo įtampa keičiasi proporcingai sukimosi kampui, nuskaitykite įtampos skirtumą įėjimuose ir visai ne žingsniu. Tokiu atveju šviesos diodo ryškumą galima keisti sklandžiai.
Iš viso to, kas pasakyta, galime daryti išvadą: įtampa operacinio stiprintuvo išėjime priklauso nuo įtampų skirtumo įėjimuose. Tuo atveju, kai įtampa tiesioginiame įėjime yra didesnė nei atvirkštinėje, išėjimo įtampa yra aukšto lygio. Priešingu atveju (atvirkštinės įtampa yra didesnė nei į priekį), išėjimas yra loginiame nuliniame lygyje.
Pačioje šio eksperimento pradžioje rezistorių slankiklius R1, R2 buvo rekomenduota nustatyti maždaug į vidurinę padėtį. Kas atsitiks, jei iš pradžių nustatysite juos iki trečdalio apsisukimo ar dviejų trečdalių? Taip, iš tikrųjų niekas nepasikeis, viskas veiks taip pat, kaip aprašyta aukščiau. Iš to galime daryti išvadą, kad signalas operacinio stiprintuvo išėjime nepriklauso nuo absoliučios įtampų vertės tiesioginiuose ir atvirkštiniuose įėjimuose. Ir tai priklauso tik nuo įtampos skirtumo.
Iš viso to, kas pasakyta, galima padaryti dar vieną svarbią išvadą: operacinis stiprintuvas be grįžtamojo ryšio yra lyginamoji priemonė – lyginamasis įrenginys. Šiuo atveju į vieną įėjimą tiekiama etaloninė arba etaloninė įtampa, o į kitą – įtampa, kurios reikšmę reikia valdyti. Kuriam įėjimui taikyti etaloninę įtampą, nusprendžiama projektuojant grandinę.
Kaip pavyzdys, 4 paveiksle parodyta grandinė, kurios įėjimas turi du vidinius komparatorius DA1 ir DA2.
4 pav. NE555 integruota laikmačio grandinė
Jų tikslas – valdyti vidų. Valdymo logika gana paprasta: loginis iš komparatoriaus DA2 išvesties nustato trigerį į vieną, o loginis iš lyginamojo DA1 išvesties iš naujo nustato trigerį.
Ant rezistorių R1…R3 sumontuotas skirstytuvas, tiekiantis etaloninę įtampą į komparatorių įėjimus. Visi trys rezistoriai turi vienodą varžą (5Kohm), sudarydami 2/3 ir 1/3 maitinimo įtampos, kurios atitinkamai tiekiamos į invertuojamąjį įėjimą DA1 ir į neinvertuojamąjį įėjimą DA2.
Kalbant apie tai, kas parašyta aukščiau, paaiškėja, kad loginis lygintuvo DA1 išvestyje bus gautas, jei įėjimo įtampa tiesioginiame įėjime viršys atskaitos įtampą atvirkštinėje (2/3Umaitinimas), gaidukas bus nustatytas iš naujo. iki nulio.
Norėdami nustatyti trigerį į 1, turite gauti aukštą lygį vidinio lygintuvo DA2 išvestyje. Ši būsena bus pasiekta, kai įtampos lygis ties atvirkštine DA2 įvestimi yra mažesnis nei 1/3Utiekimo. Būtent ši atskaitos įtampa tiekiama į tiesioginį komparatoriaus DA2 įvestį.
Tai nėra NE555 integruoto laikmačio apibūdinimo tikslas, o tiesiog parodo lusto viduje paslėptus įvesties lygintuvus kaip operatyvinio stiprintuvo naudojimo pavyzdį. Tiems, kurie domisi 555 laikmačio naudojimu, rekomenduojame perskaityti straipsnį.
HF voltmetras su tiesine skale
Robertas AKOPOVAS (UN7RX), Žezkazganas, Karagandos sritis, Kazachstanas
Vienas iš būtinų prietaisų trumpųjų bangų radijo mėgėjų arsenale, be abejo, yra aukšto dažnio voltmetras. Skirtingai nuo žemo dažnio multimetro ar, pavyzdžiui, kompaktiško LCD osciloskopo, toks prietaisas parduodamas retai, o naujo firminio įrenginio kaina yra gana didelė. Todėl atsiradus poreikiui tokiam įrenginiui buvo pastatytas ciferblatas miliametras kaip indikatorius, kuris, skirtingai nei skaitmeninis, leidžia lengvai ir aiškiai įvertinti rodmenų pokyčius kiekybiškai, o ne lyginant rezultatus. Tai ypač svarbu nustatant įrenginius, kuriuose nuolat kinta matuojamo signalo amplitudė. Tuo pačiu metu prietaiso matavimo tikslumas naudojant tam tikrą grandinę yra gana priimtinas.
Žurnalo diagramoje yra rašybos klaida: R9 varža turėtų būti 4,7 MOhm
RF voltmetrus galima suskirstyti į tris grupes. Pirmieji yra pastatyti plačiajuosčio ryšio stiprintuvo pagrindu, į neigiamo grįžtamojo ryšio grandinę įtraukiant diodinį lygintuvą. Stiprintuvas užtikrina lygintuvo elemento veikimą srovės-įtampos charakteristikos tiesinėje atkarpoje. Antrosios grupės įrenginiuose naudojamas paprastas detektorius su didelės varžos nuolatinės srovės stiprintuvu (DCA). Tokio HF voltmetro skalė prie apatinių matavimo ribų yra netiesinė, todėl reikia naudoti specialias kalibravimo lenteles arba individualiai kalibruoti įrenginį. Bandymas tam tikru mastu tiesinti skalę ir perkelti jautrumo slenkstį žemyn, praleidžiant nedidelę srovę per diodą, problemos neišsprendžia. Prieš prasidedant tiesinei srovės ir įtampos charakteristikos sekcijai, šie voltmetrai iš tikrųjų yra indikatoriai. Nepaisant to, tokie įrenginiai, tiek pilnų konstrukcijų, tiek priedų prie skaitmeninių multimetrų pavidalu, yra labai populiarūs, kaip rodo daugybė publikacijų žurnaluose ir internete.
Trečioji įrenginių grupė naudoja mastelio linijavimą, kai į UPT OS grandinę įtraukiamas tiesinis elementas, kad būtų užtikrintas reikiamas stiprinimo pokytis, priklausomai nuo įvesties signalo amplitudės. Tokie sprendimai dažnai naudojami profesionalios įrangos komponentuose, pavyzdžiui, plačiajuosčio didelio linijinio prietaisų stiprintuvuose su AGC arba plačiajuosčio radijo dažnių generatorių AGC komponentuose. Būtent šiuo principu yra pastatytas aprašytas įrenginys, kurio grandinė su nedideliais pakeitimais yra pasiskolinta.
Nepaisant akivaizdaus paprastumo, HF voltmetras turi labai gerus parametrus ir, žinoma, linijinę skalę, kuri pašalina kalibravimo problemas.
Matuojamas įtampos diapazonas yra nuo 10 mV iki 20 V. Darbo dažnių juosta yra 100 Hz...75 MHz. Įėjimo varža yra ne mažesnė kaip 1 MOhm, o įėjimo talpa ne didesnė kaip keli pikofaradai, kurią lemia detektoriaus galvutės konstrukcija. Matavimo paklaida yra ne blogesnė nei 5%.
Linijavimo blokas pagamintas ant DA1 lusto. Diodas VD2 neigiamo grįžtamojo ryšio grandinėje padeda padidinti šios stiprintuvo pakopos stiprinimą esant žemai įėjimo įtampai. Detektoriaus išėjimo įtampos sumažėjimas yra kompensuojamas, todėl prietaiso rodmenys įgyja tiesinę priklausomybę. Kondensatoriai C4, C5 apsaugo nuo savaiminio UPT sužadinimo ir sumažina galimus trukdžius. Kintamasis rezistorius R10 naudojamas matavimo prietaiso PA1 adatai prieš atliekant matavimus nustatyti nulinę skalės ženklą. Tokiu atveju detektoriaus galvutės įėjimas turi būti uždarytas. Įrenginio maitinimo šaltinis neturi jokių ypatingų savybių. Jis pagamintas ant dviejų stabilizatorių ir tiekia 2x12 V bipolinę įtampą operaciniams stiprintuvams (tinklo transformatorius diagramoje nepavaizduotas, bet yra surinkimo komplekte).
Visos prietaiso dalys, išskyrus matavimo zondo dalis, sumontuotos ant dviejų spausdintinių plokščių, pagamintų iš vienpusio folijos stiklo pluošto. Žemiau yra UPT plokštės, maitinimo plokštės ir bandymo zondo nuotrauka.
Milimetras RA1 - M42100, su visa adatos nukreipimo srove 1 mA. Jungiklis SA1 - PGZ-8PZN. Kintamasis rezistorius R10 yra SP2-2, visi apipjaustymo rezistoriai yra importuoti kelių posūkių, pavyzdžiui, 3296W. Nestandartinių reikšmių R2, R5 ir R11 rezistoriai gali būti sudaryti iš dviejų nuosekliai sujungtų. Operacinius stiprintuvus galima pakeisti kitais, turinčiais didelę įėjimo varžą ir pageidautina su vidine korekcija (kad neapsunkintų grandinės). Visi nuolatiniai kondensatoriai yra keraminiai. Kondensatorius SZ montuojamas tiesiai ant įvesties jungties XW1.
D311A diodas RF lygintuve buvo parinktas atsižvelgiant į didžiausios leistinos RF įtampos ir ištaisymo efektyvumo optimalumą prie viršutinės išmatuoto dažnio ribos.
Keletas žodžių apie prietaiso matavimo zondo konstrukciją. Zondo korpusas pagamintas iš stiklo pluošto vamzdelio pavidalu, ant kurio viršaus uždedamas vario folijos ekranas.
Korpuso viduje yra plokštė iš folijos stiklo pluošto, ant kurios sumontuotos zondo dalys. Iš skarduotos folijos juostelės maždaug korpuso viduryje pagamintas žiedas skirtas kontaktui su bendra nuimamo skirstytuvo viela, kurią galima prisukti vietoje zondo antgalio.
Įrenginio nustatymas prasideda nuo DA2 operacinės stiprintuvo balansavimo. Norėdami tai padaryti, jungiklis SA1 nustatomas į „5 V“ padėtį, matavimo zondo įėjimas uždaromas, o PA1 įrenginio rodyklė nustatoma į nulinę skalės ženklą, naudojant apipjaustymo rezistorių R13. Tada prietaisas perjungiamas į „10 mV“ padėtį, į jo įvestį tiekiama tokia pati įtampa, o rezistorius R16 naudojamas įrenginio PA1 rodyklei nustatyti į paskutinį skalės padalijimą. Tada į voltmetro įvestį įvedama 5 mV įtampa; prietaiso rodyklė turi būti maždaug skalės viduryje. Rodmenų tiesiškumas pasiekiamas pasirinkus rezistorių R3. Dar geresnį tiesiškumą galima pasiekti pasirinkus rezistorių R12, tačiau atminkite, kad tai turės įtakos UPT stiprinimui. Tada prietaisas kalibruojamas visuose pogrupiuose, naudojant atitinkamus apipjaustymo rezistorius. Kaip atskaitos įtampą kalibruodamas voltmetrą autorius naudojo generatorių Agilent 8648A (prie jo išvesties prijungtas 50 omų apkrovos ekvivalentas), kuris turi skaitmeninį išėjimo signalo lygio matuoklį.
Visą 2011 m. Radijo Nr. 2 žurnalo straipsnį galite parsisiųsti iš čia
LITERATŪRA:
1. Prokofjevas I., Milivoltmetras-Q-metras. - Radijas, 1982, Nr.7, p. 31.
2. Stepanovas B., HF galvutė skaitmeniniam multimetrui. - Radijas, 2006, Nr.8, p. 58, 59.
3. Stepanovas B., RF voltmetras ant Schottky diodo. - Radijas, 2008, Nr.1, p. 61, 62.
4. Pugach A., Aukšto dažnio milivoltmetras su tiesine skale. - Radijas, 1992, Nr.7, p. 39.
Spausdintinių plokščių (zondo, pagrindinės plokštės ir maitinimo bloko) su kauke ir ženklais kaina: 80 UAH
