Dārga akumulatora priekšlaicīgas atteices iespēja autobraucējam liek rūpīgi uzraudzīt sprieguma regulatora releja darbību un automašīnas borta elektrotīkla stāvokli. Spriegums tajā nedrīkst atšķirties vairāk kā par ± 3% no optimālās vērtības, kas noteikta attiecīgajiem akumulatora darbības apstākļiem un ir atkarīga no klimatiskās zonas, akumulatora atrašanās vietas un tā tehniskā stāvokļa, kā arī no akumulatora darbības režīma. automašīnas darbība. Jo precīzāk tiek uzturēts optimālais spriegums, uzlādējot akumulatoru, jo ilgāk tas kalpos.
Liela nozīme ir pareizai automašīnas ģeneratora darbībai. Palielinoties ģeneratora spriegumam virs optimālā par 10-12% (apmēram 0,15 V), akumulatora un elektrisko spuldžu kalpošanas laiks tiek samazināts 2-2,5 reizes.
Lai precīzi veiktu visus nepieciešamos regulējumus, nepieciešams īpašs voltmetrs, kas mēra spriegumu diapazonā no 13-15 V ar precizitāti līdz 0,1 V. Šādu ierīci ir grūti iegādāties, taču daudzi varēs veikt līdzīgs ar skalu, kas izstiepts 10-15 V diapazonā. Paaugstināta mērījumu precizitāte, lineāra skala visā mērījumu diapazonā, sava barošanas avota neesamība, paaugstināta uzticamība (sakarā ar ierīcē nodrošinātajiem aizsardzības elementiem, kas neietekmē mērījumu precizitāti), iespēja pielāgot "stiepuma" zonu. skalas ir šīs ierīces atšķirīgās iezīmes. Tas ir izgatavots uz darbības pastiprinātāja bāzes un ir sprieguma starpības mērītājs.
Voltmetra specifikācijas
- Mērīto spriegumu diapazons, V. . . 10 līdz 15
Sasniedzamā mērījumu kļūda pie temperatūras 20±5°C, ne sliktāk, % ...0,5
Diskrētība, V. . . 0,05
Ieejas pretestība, ne mazāka par, kOhm. . . 0,75
Darba temperatūras diapazons, °C. . . -10 līdz +35
Izmēri (ar M906 mikroampermetru), mm. . . 65x105x120
Voltmetrs tiek darbināts tieši no mērīšanas objekta. Sākotnējo nobīdi, attiecībā pret kuru tiek veikts mērījums, nosaka rezistoru ķēdes R3, R4 pretestība (sk. shēmas shēmu 1. attēlā) un atgriezeniskās saites vērtību (kas nosaka OUDA1 pastiprinājumu un attiecīgi diapazona "izstiepuma" pakāpi) nosaka rezistoru ķēdes R5, R6 pretestība.
Atsauces sprieguma avots uz Zener diodes VD3 nodrošina arī potenciāla nobīdi neinvertējošā ieejā DA par summu, kas vienāda ar aptuveni pusi no izmērītā sprieguma krituma, kas nepieciešams op-amp darbībai ar vienpolu barošanu.
Rezistora R7 pretestība ir atkarīga no mikroampērmetra PA jutības un darbības pastiprinātāja maksimālā izejas sprieguma vērtības attiecībā pret Zenera diodes VD3 katodu.
Diodes VD1, VD2 aizsargā op-amp, un VD4, VD5 aizsargā mikroampermetru no pārslodzes. VD1 aizliedz negatīvas strāvas pāreju caur rezistoru R1 un darbības pastiprinātāju. Ir iespējams izlaist strāvu caur Zener diodi VD3, kas ir nospriegota uz priekšu, diodi VD2 un rezistoriem R2-R4. Tādējādi starp DA ieejām (3.2. tapām) tiks izveidota potenciāla starpība, kas nepārsniedz 0,7 V. Līdzīgs sprieguma kritums būs pie 3. kontaktdakšas attiecībā pret operētājsistēmas pastiprinātāja 4. tapu.
Tas nodrošina drošu operētājsistēmas pastiprinātāja aizsardzību pret kļūdām, pievienojot polaritāti.
Voltmetrs izmanto MLT tipa fiksētos rezistorus, kā noregulētus rezistorus vēlams izmantot vairāku apgriezienu tipus SP5-2, SP5-3, SP5-14. Ir atļauts izmantot cita veida darbības pastiprinātājus, piemēram, K140UD7 vai K140UD1A, K553UD1 ar atbilstošām korekcijas shēmām. Diodes - jebkurš mazjaudas silīcijs. Zenera diodi KS147A var aizstāt ar KS156A, taču, iespējams, tad pasliktināsies voltmetra temperatūras stabilitāte un būs jāprecizē rezistoru R1-R3 vērtības. Mikroampermetrs - M906 vai M24 ar kopējo novirzes strāvu 50 μA un skalu, kas atbilst izvēlētajai mērījumu zonai. Ir iespējams izmantot arī citas rādītāju ierīces ar kopējo novirzes strāvu līdz 1 mA, taču šajā gadījumā ir jāizvēlas rezistora R5 vērtība, pamatojoties uz izvēlēto sprieguma krituma vērtību pār to (apmēram 1,5). V). Varat arī izmantot avometru mikroampermetra režīmā. Tad šī ierīce tiks izgatavota kā prefikss testerim.
Ja nav bojātu elementu un uzstādīšanas kļūdu, voltmetra regulēšana tiek samazināta līdz tā kalibrēšanai. Šo darbību veic, izmantojot regulējamu barošanas avotu ar izejas spriegumu 9-16 V un paraugmetru, vēlams digitālu, piemēram, B7-16, FZO, VR-11.
Trimmera rezistori ir iestatīti vidējā stāvoklī, un voltmetra ieejai tiek pievienots spriegums 12-13 V, kontrolējot to, izmantojot standarta instrumentu. Noregulētā voltmetra rādītājam vajadzētu novirzīties no nulles. Pēc tam strāvas avota izejā tiek iestatīts 10 V (± 0,05 V) spriegums, un voltmetra adata tiek iestatīta uz skalas nulles dalījumu ar rezistoru R4. Pēc tam, palielinot izmērīto spriegumu līdz 15 ± 0,05 V, bultiņa tiek iestatīta uz skalas galīgo sadalījumu ar rezistoru R6. Atkārtojot šīs darbības 10 V un 15 V, tiek sasniegts visprecīzākais voltmetra iestatījums darbības diapazonā no 13 līdz 14,5 V.
Releja-regulatora izveides laikā spriegums tiek mērīts tieši uz akumulatora spailēm.
2. attēlā parādīta iespiedshēmas plate ar elementu izkārtojumu. Plāksne ir uzstādīta uz M906 mikroampermetra kontaktskrūvēm un ievietota kopā ar to kastē.
Rīsi. 2
V. Bakanovs, E. Kačanovs, Čerņivci, Modeļu dizainers Nr. 12, 1990, 27. lpp.
Radio elementu saraksts
| Apzīmējums | Tips | Denominācija | Daudzums | Piezīme | Veikals | Mans piezīmju bloks |
|---|---|---|---|---|---|---|
| DA | OU | K140UD6 | 1 | K140UD7, K140UD1A, K553UD1 | Uz piezīmju grāmatiņu | |
| VD1, VD2, VD4, VD5 | Diode | KD521V | 4 | Uz piezīmju grāmatiņu | ||
| VD3 | Zenera diode | KS147A | 1 | Uz piezīmju grāmatiņu | ||
| C1 | elektrolītiskais kondensators | 4.7uF 20V | 1 | Uz piezīmju grāmatiņu | ||
| C2 | Kondensators | 0.1uF | 1 | Uz piezīmju grāmatiņu | ||
| R1 | Rezistors | 510 omi | 1 | Uz piezīmju grāmatiņu | ||
| R2 | Rezistors | 15 kOhm | 1 | Uz piezīmju grāmatiņu | ||
| R3 | Rezistors | 8,2 kOhm | 1 | MLT, atlase | Uz piezīmju grāmatiņu | |
| R4 | Trimmera rezistors | 4,7 kOhm | 1 |
Man bieži kaut kas sāka uzdot jautājumus par analogo elektroniku. Vai studentu sesija paņēma bumbas? ;) Labi, laiks pārcelt nelielu izglītības programmu. Jo īpaši par darbības pastiprinātāju darbību. Kas tas ir, ar ko to ēd un kā to aprēķināt.
Kas tas ir
Op-amp ir divu ieeju pastiprinātājs, nevie... uhm... liels signāla pastiprinājums un viena izeja. Tie. mums ir U ārā \u003d K * U iekšā, un K ideālā gadījumā ir vienāds ar bezgalību. Praksē, protams, ir pieticīgāki skaitļi. Teiksim, 1000000. Bet pat šādi skaitļi eksplodē smadzenēs, mēģinot tos pielietot tieši. Tāpēc kā jau bērnudārzā viena eglīte, divas, trīs, daudzas eglītes - mums te ir daudz pastiprinājuma;) Un viss.
Un ir divas ieejas. Un viens no tiem ir tiešs, bet otrs ir apgriezts.
Turklāt ieejām ir augsta pretestība. Tie. to ieejas pretestība ir bezgalība ideālā gadījumā un ĻOTI augsta reālajā. Konts ir simtiem megaohu un pat gigaohu. Tie. tas mēra spriegumu pie ieejas, bet tas tiek ietekmēts minimāli. Un mēs varam pieņemt, ka strāva op-amp neplūst.
Izejas spriegumu šajā gadījumā aprēķina šādi:
U ārā \u003d (U 2 -U 1) * K
Acīmredzot, ja spriegums tiešajā ieejā ir lielāks nekā apgrieztajā, tad izeja ir plus bezgalība. Pretējā gadījumā tas būs mīnus bezgalība.
Protams, reālā shēmā plus un mīnus bezgalības nebūs, un tās tiks aizstātas ar pastiprinātāja augstāko un zemāko barošanas spriegumu. Un mēs iegūsim:
Salīdzinātājs
Ierīce, kas ļauj salīdzināt divus analogos signālus un pieņemt spriedumu – kurš no signāliem ir lielāks. Jau interesanti. Tam var izdomāt daudz lietojumprogrammu. Starp citu, tas pats salīdzinājums ir iebūvēts lielākajā daļā mikrokontrolleru, un es parādīju, kā to izmantot, izmantojot AVR kā piemēru rakstos par . Arī salīdzinātājs tiek lieliski izmantots, lai izveidotu .
Bet lieta neaprobežojas tikai ar vienu salīdzinātāju, jo, ja jūs ieviešat atsauksmes, tad no op-amp var izdarīt daudz.
Atsauksmes
Ja mēs ņemam signālu no izejas un nosūtām to tieši uz ieeju, tad radīsies atgriezeniskā saite.
pozitīvas atsauksmes
Ņemsim un virzīsim signālu tieši no izejas uz tiešo ieeju.
- Spriegums U1 ir lielāks par nulli - izeja ir -15 volti
- Spriegums U1 ir mazāks par nulli - pie izejas +15 volti
Kas notiek, ja spriegums ir nulle? Teorētiski izvadei jābūt nullei. Bet patiesībā spriegums NEKAD nebūs nulle. Galu galā, pat ja labā lādiņš par vienu elektronu atsver kreisā lādiņu, ar to jau ir pietiekami, lai potenciālu novirzītu uz izeju ar bezgalīgu pastiprinājumu. Un pie izejas sāksies veidota elle - signāls lec šurpu turpu nejaušu traucējumu ātrumā, kas tiek izraisīti komparatora ieejās.
Lai atrisinātu šo problēmu, tiek ieviesta histerēze. Tie. sava veida plaisa starp pārslēgšanos no viena stāvokļa uz otru. Lai to izdarītu, ievadiet pozitīvas atsauksmes, piemēram:
 |
Mēs uzskatām, ka pie apgrieztās ieejas šajā brīdī +10 volti. Operētājsistēmas pastiprinātāja izejā mīnus 15 volti. Tiešajā ieejā tā vairs nav nulle, bet gan neliela daļa no dalītāja izejas sprieguma. Aptuveni -1,4 volti Tagad, kamēr spriegums pie apgrieztās ieejas nokrītas zem -1,4 voltiem, operētājsistēmas pastiprinātāja izeja nemainīs spriegumu. Un tiklīdz spriegums noslīdēs zem -1,4, tad op-amp izeja strauji uzlēks līdz +15 un tiešajā ieejā jau būs +1,4 voltu nobīde.
Un, lai mainītu spriegumu pie salīdzinājuma izejas, signālam U1 būs jāpalielina pat par 2,8 voltiem, lai nokļūtu augšējā joslā +1,4.
Ir sava veida sprauga, kur nav jutīguma, no 1,4 līdz -1,4 voltiem. Spraugas platumu kontrolē R1 un R2 rezistoru attiecības. Sliekšņa spriegums tiek aprēķināts kā Uout/(R1+R2) * R1 Pieņemsim, ka no 1 līdz 100 būs +/-0,14 volti.
Tomēr op-amp biežāk tiek izmantots negatīvās atgriezeniskās saites režīmā.
negatīvas atsauksmes
Labi, formulēsim citā veidā:
 |
Negatīvu atsauksmju gadījumā operētājsistēmas pastiprinātājam ir interesanta īpašība. Tas vienmēr mēģinās noregulēt izejas spriegumu tā, lai spriegumi pie ieejām būtu vienādi, kā rezultātā starpība ir nulle.
Kamēr es to neizlasīju lieliskajā biedru Horovica un Hila grāmatā, es nevarēju iesaistīties OU darbā. Bet viss izrādījās vienkārši.
Atkārtotājs
Un mēs saņēmām atkārtotāju. Tie. pie ieejas U 1 , pie apgrieztās ieejas U ārā = U 1 . Nu, izrādās, ka U ir \u003d U 1.
Jautājums ir par to, kāpēc mēs esam tik laimīgi? Varēja vadu iemest tieši un nekāds op-amp nebūtu vajadzīgs!
Tas ir iespējams, bet ne vienmēr. Iedomājieties šādu situāciju, ir sensors, kas izgatavots pretestības dalītāja formā:
 |
Zemāka pretestība maina tā vērtību, mainās izejas sprieguma izkārtojums no dalītāja. Un mums no tā jānolasa rādījumi ar voltmetru. Bet voltmetram ir sava iekšējā pretestība, lai arī liela, taču tas mainīs sensora rādījumus. Turklāt, ja mēs nevēlamies voltmetru, bet vēlamies, lai spuldze mainītu spilgtumu? Šeit nav iespējams pieslēgt spuldzi! Tāpēc izeja tiek buferizēta ar darbības pastiprinātāju. Tā ieejas pretestība ir milzīga, un tam būs minimāls efekts, un izeja var nodrošināt diezgan taustāmu strāvu (desmitiem miliamperu vai pat simtiem), kas ir pilnīgi pietiekami, lai spuldze darbotos.
Vispār pieteikumus atkārtotājam var atrast. Īpaši precīzās analogajās shēmās. Vai arī, ja viena posma shēma var ietekmēt otra darbību, tās atdalīt.
Pastiprinātājs
Un tagad izdarīsim viltību ar ausīm — ņemsim mūsu atsauksmes un noliksim tās zemē caur sprieguma dalītāju:
 |
Tagad puse no izejas sprieguma tiek pielietota apgrieztajai ieejai. Un pastiprinātājam joprojām ir jāizlīdzina spriegumi tā ieejās. Kas viņam būs jādara? Tieši tā – paceliet spriegumu pie izejas divreiz augstāk nekā iepriekš, lai kompensētu radušos dalītāju.
Tagad uz taisnes būs U 1. Apgrieztajā U izeja /2 \u003d U 1 vai U izeja \u003d 2 * U 1.
Liksim dalītāju ar citu attiecību - situācija mainīsies tāpat. Lai prātā negrieztu sprieguma dalītāja formulu, uzreiz iedošu:
U ārā \u003d U 1 * (1 + R 1 / R 2)
Mnemoniski atceras to, kas ir sadalīts ļoti vienkārši:
Izrādās, ka ieejas signāls iet caur rezistoru ķēdi R 2 , R 1 in U out . Šajā gadījumā pastiprinātāja tiešā ieeja ir iestatīta uz nulli. Mēs atgādinām op-amp ieradumus - tas mēģinās ar āķi vai ķeksi, lai pārliecinātos, ka tā apgrieztajā ieejā veidojas spriegums, kas vienāds ar tiešo ieeju. Tie. nulle. Vienīgais veids, kā to izdarīt, ir pazemināt izejas spriegumu zem nulles, lai 1. punktā būtu nulle.
Tātad. Iedomājieties, ka U out = 0. Kamēr vienāds ar nulli. Un, piemēram, ieejas spriegums ir 10 volti attiecībā pret U izeju. R 1 un R 2 dalītājs to sadalīs uz pusēm. Tādējādi 1. punktā ir pieci volti.
Pieci volti nav vienādi ar nulli, un darbības pastiprinātājs samazina savu jaudu, līdz 1. punktā ir nulle. Lai to izdarītu, izvadei jābūt (-10) voltiem. Šajā gadījumā starpība būs 20 volti attiecībā pret ieeju, un dalītājs mums nodrošinās tieši 0 punktā 1. Mēs saņēmām invertoru.
Bet jūs varat izvēlēties arī citus rezistorus, lai mūsu dalītājs izdalītu citus koeficientus!
Kopumā šāda pastiprinātāja pastiprinājuma formula būs šāda:
U ārā \u003d - U iekšā * R 1 / R 2
Nu, mnemoniska bilde, lai ātri iegaumētu xy no xy.
Pieņemsim, ka U 2 un U 1 katrs būs 10 volti. Tad 2. punktā būs 5 volti. Un izejai būs jākļūst tādai, lai 1. punktā kļūtu arī 5 volti. Tas ir, nulle. Tātad izrādās, ka 10 volti mīnus 10 volti ir vienādi ar nulli. Viss ir pareizi :)
Ja U 1 kļūst par 20 voltiem, izejai būs jāsamazinās līdz -10 voltiem.
Aprēķiniet paši - starpība starp U 1 un U izeju būs 30 volti. Strāva caur rezistoru R4 būs (U 1 -U out) / (R 3 + R 4) = 30/20000 = 0,0015 A, un sprieguma kritums pāri rezistoram R 4 būs R 4 * I 4 = 10000 * 0,0015 = 15 volti. Atņemiet 15 voltu kritumu no ieejas 20 un iegūstiet 5 voltus.
Tādējādi mūsu op-amp atrisināja aritmētisko uzdevumu no 10 atņemts 20, iegūstot -10 voltus.
Turklāt uzdevumā ir koeficienti, ko nosaka rezistori. Vienkārši vienkāršības labad rezistori ir vienādas vērtības, un tāpēc visi koeficienti ir vienādi ar vienu. Bet patiesībā, ja mēs ņemam patvaļīgus rezistorus, tad izejas atkarība no ieejas būs šāda:
U ārā \u003d U 2 * K 2 - U 1 * K 1
K 2 \u003d ((R 3 + R 4) * R 6) / (R 6 + R 5) * R 4
K 1 \u003d R 3 / R 4
Koeficienta aprēķina formulas iegaumēšanas mnemonika ir šāda:
Tieši uz diagrammu. Daļas skaitītājs atrodas augšpusē, tāpēc mēs pievienojam augšējos rezistorus strāvas plūsmas ķēdē un reizinām ar apakšējo. Saucējs atrodas apakšā, tāpēc pievienojiet apakšējos rezistorus un reiziniet ar augšējo.
Šeit viss ir vienkārši. Jo punkts 1 tiek pastāvīgi samazināts līdz 0, tad mēs varam pieņemt, ka tajā ieplūstošās strāvas vienmēr ir vienādas ar U / R, un strāvas, kas nonāk mezglā ar numuru 1, tiek summētas. Ieejas rezistoru attiecība pret atgriezeniskās saites rezistoru nosaka ienākošās strāvas svaru.
Zaru var būt cik gribi, bet es uzzīmēju tikai divus.
U out \u003d -1 (R 3 * U 1 / R 1 + R 3 * U 2 / R 2)
Ievades rezistori (R 1 , R 2 ) nosaka strāvas daudzumu un līdz ar to arī ienākošā signāla kopējo svaru. Ja jūs padarāt visus rezistorus vienādus, piemēram, manējos, tad svars būs vienāds, un katra vārda reizināšanas koeficients būs vienāds ar 1. Un U out \u003d -1 (U 1 + U 2)
Papildinātājs neinvertē
Viss ir nedaudz sarežģītāk, bet šķiet.
 |
Uout \u003d U 1 * K 1 + U 2 * K 2
K 1 \u003d R 5 / R 1
K 2 \u003d R 5 / R 2
Turklāt atgriezeniskās saites rezistoriem jābūt tādiem, lai tiktu ievērots vienādojums R 3 / R 4 \u003d K 1 + K 2
Parasti darbības pastiprinātājos varat izveidot jebkuru matemātiku, saskaitīt, reizināt, dalīt, skaitīt atvasinājumus un integrāļus. Un gandrīz uzreiz. Analogie datori tiek ražoti OU. Es pat redzēju vienu tādu SUSU piektajā stāvā — muļķi istabas grīdas lielumā. Vairāki metāla skapji. Programma tiek drukāta, savienojot dažādus blokus ar vadiem :)
Šajā rakstā uzmanība tiek pievērsta diviem voltmetriem, kas ieviesti mikrokontrollerī PIC16F676. Viena voltmetra sprieguma diapazons ir no 0,001 līdz 1,023 voltiem, otrs ar atbilstošu 1:10 pretestības dalītāju var izmērīt spriegumu no 0,01 līdz 10,02 voltiem. Visas ierīces strāvas patēriņš ar stabilizatora izejas spriegumu +5 volti ir aptuveni 13,7 mA. Voltmetra ķēde ir parādīta 1. attēlā.
Divu voltmetru ķēde
Digitālais voltmetrs, ķēdes darbība
Lai ieviestu divus voltmetrus, tiek izmantotas divas mikrokontrollera izejas, kas konfigurētas kā digitālā pārveidošanas moduļa ieeja. RA2 ieeja tiek izmantota zemu spriegumu mērīšanai volta apgabalā, un 1:10 sprieguma dalītājs ir pievienots RA0 ieejai, kas sastāv no rezistoriem R1 un R2, kas ļauj izmērīt spriegumus līdz 10 voltiem. Šis mikrokontrolleris izmanto desmit bitu ADC modulis un, lai veiktu sprieguma mērīšanu ar precizitāti 0,001 volts 1 V diapazonā, bija nepieciešams pielietot ārēju atsauces spriegumu no DA1 K157XP2 mikroshēmas ION. Kopš varas UN VIŅŠ mikroshēma ir ļoti maza, un, lai izslēgtu ārējo ķēžu ietekmi uz šo ION, shēmā tika ievadīts bufera op-amp uz DA2.1 mikroshēmas. LM358N. Šis ir neinvertējošs sprieguma sekotājs ar 100% negatīvu atgriezenisko saiti - OOS. Šī operētājsistēmas pastiprinātāja izeja ir noslogota ar slodzi, kas sastāv no rezistoriem R4 un R5. No trimmera rezistora R4 atsauces spriegums 1,024 V tiek pievadīts mikrokontrollera DD1 kontaktam 12, kas konfigurēts kā atsauces sprieguma ieeja darbībai. ADC modulis. Pie šāda sprieguma katrs digitalizētā signāla bits būs vienāds ar 0,001 V. Lai samazinātu trokšņa efektu, mazo sprieguma vērtību mērīšanai tika izmantots cits sprieguma sekotājs, kas tika ieviests DA2 mikroshēmas otrajā darbības pastiprinātājā. Šī pastiprinātāja OOS krasi samazina izmērītā sprieguma vērtības trokšņa komponentu. Samazinās arī izmērītā sprieguma impulsa trokšņa spriegums.
Informācijas par izmērītajām vērtībām attēlošanai tika izmantots divu rindiņu LCD, lai gan šim dizainam pietiktu ar vienu rindiņu. Bet arī iespēja parādīt vēl kādu informāciju rezervē nav slikta. Indikatora fona apgaismojuma spilgtumu regulē rezistors R6, parādīto rakstzīmju kontrasts ir atkarīgs no sprieguma dalītāja R7 un R8 rezistoru vērtības. Ierīci darbina sprieguma regulators, kas samontēts uz DA1 mikroshēmas. +5 V izejas spriegumu iestata rezistors R3. Lai samazinātu kopējo strāvas patēriņu, paša regulatora barošanas spriegumu var samazināt līdz vērtībai, pie kuras indikatora kontrolleris turpinātu darboties. Pārbaudot šo ķēdi, indikators vienmērīgi strādāja pie mikrokontrollera barošanas sprieguma 3,3 volti.
Voltmetra iestatījums
Lai iestatītu šo voltmetru, ir nepieciešams vismaz digitālais multimetrs, kas spēj izmērīt 1,023 voltus, lai iestatītu atsauces atsauces spriegumu. Un tā, izmantojot vadības voltmetru, mēs iestatām 1,024 voltu spriegumu DD1 mikroshēmas 12. tapā. Pēc tam operētājsistēmas pastiprinātāja DA2.2 ieejā, kontaktā 5, mēs pieliekam zināmas vērtības spriegumu, piemēram, 1000 voltu. Ja vadības un regulējamo voltmetru rādījumi nesakrīt, tad apgriešanas rezistors R4, mainot atsauces sprieguma vērtību, sasniedz līdzvērtīgus rādījumus. Pēc tam ieejai U2 tiek pielikts zināmas vērtības vadības spriegums, piemēram, 10,00 volti, un, izvēloties rezistora R1 pretestības vērtību, ir iespējams un R2, vai abi var sasniegt līdzvērtīgus abu voltmetru rādījumus. Tas pabeidz regulēšanu.
Salīdzinātāji
Ja izmantojat darbības pastiprinātāju bez negatīvām atsauksmēm (NFB), tad noteikti varat pateikt, kas notiek. Lai saprastu, kā tas darbojas, varat veikt dažus vienkāršus, bet vizuālus eksperimentus. Lai to izdarītu, jums ir nepieciešams nedaudz: faktiskais darbības pastiprinātājs, barošanas avots ar spriegumu 9 ... 25 V, vairāki rezistori, pāris gaismas diožu un voltmetrs ().
Vienkāršākā loģiskā zonde ir samontēta no gaismas diodēm un rezistoriem, kā parādīts 1. attēlā.
Kad zondes ieejai tiek pielikts pozitīvs spriegums (var pat pielikt + U), iedegas sarkanā gaismas diode, un, ja ieeja ir savienota ar kopēju vadu, iedegas zaļā. Ar šādas zondes palīdzību pārbaudāmā operētājsistēmas pastiprinātāja izejas stāvoklis kļūst skaidrs un saprotams.
Kā eksperimentālais "zaķis" der jebkurš ne pārāk kvalitatīvs un dārgs, piemēram, KR140UD608 (708) plastmasas maciņos vai K140UD6 (7) apaļajos metāla maciņos.
1. attēls. Vienkāršas loģikas zondes diagramma
Jāņem vērā, ka, neskatoties uz dažādajiem gadījumiem, šo mikroshēmu kontaktdakšas ir vienādas un atbilst zemāk redzamajās diagrammās parādītajai. Bieži gadās, ka plastmasas un metāla korpusu spraudnis nesakrīt, lai gan patiesībā tās ir vienas un tās pašas mikroshēmas. Tagad lielākā daļa operacionālo pastiprinātāju, it īpaši importētie, tiek ražoti plastmasas korpusos, un viss strādā labi un perfekti, un ar pinoutiem nav jaukšanas. Un agrāk šādas "plastmasas" mikroshēmas speciālisti nicinoši sauca par "Širpotrebovski".
2. attēls. Operacionālā pastiprinātāja ķēde
Pirmajiem eksperimentiem mēs saliksim shēmu, kas parādīta 2. attēlā. Šeit nav daudz izdarīts: pats darbības pastiprinātājs un loģiskā zonde, kas parādīta 1. attēlā, ir savienota ar vienpolu barošanas avotu. Barošanas spriegums + U vienpolāra vērtība 9 ... 30V. Sprieguma lielumam mūsu eksperimentos nav īpašas nozīmes.
Šeit var rasties pilnīgi pamatots jautājums: "Kāpēc zonde ir loģiska, jo darbības pastiprinātājs ir analogs elements?". Jā, bet šajā gadījumā darbības pastiprinātājs nedarbojas pastiprināšanas režīmā, bet gan salīdzinājuma režīmā, un izejā ir tikai divi līmeņi. Spriegumu, kas ir tuvu 0 V, sauc par loģisko nulli, un spriegumu, kas ir tuvu +U, sauc par loģisko. Bipolāra barošanas avota gadījumā loģiskā nulle atbilst spriegumam, kas ir tuvu -U.
Kad tiek pieslēgts barošanas spriegums, vienai no gaismas diodēm obligāti jāiedegas. Nav iespējams atbildēt uz jautājumu, kurš no tiem, sarkans vai zaļš, jo viss ir atkarīgs no konkrētā darbības pastiprinātāja parametriem un ārējiem apstākļiem, piemēram, no tīkla traucējumiem. Ja lietojat vairākus viena veida darbības pastiprinātājus, rezultāti būs ļoti atšķirīgi.
Operacionālā pastiprinātāja izejas spriegumu kontrolē voltmetrs: ja deg sarkanā gaismas diode, voltmetrs rādīs spriegumu, kas ir tuvu + U, un, ja deg zaļā gaismas diode, spriegums būs gandrīz nulle.
Tagad varat mēģināt pielikt spriegumu ieejām un apskatīt indikatorus un voltmetru, kā darbosies darbības pastiprinātājs. Vienkāršākais veids, kā pieslēgt spriegumu, ir pēc kārtas pieskarties katrai operacionālā pastiprinātāja ieejai ar vienu pirkstu, bet ar otru - vienam no strāvas vadiem. Šajā gadījumā zondes spīdumam un voltmetra rādījumiem vajadzētu mainīties. Bet šīs izmaiņas var nenotikt.
Lieta ir tāda, ka daži darbības pastiprinātāji ir paredzēti ieejas spriegumam noteiktās robežās: nedaudz augstāks par spriegumu 4. kontaktā un nedaudz zemāks par barošanas spriegumu kontaktā 7. Šis "nedaudz zemāks, augstāks" ir 1…2 V. Lai turpinātu eksperimentus, izpildot norādīto nosacījumu, jums būs jāsamontē nedaudz sarežģītāka ķēde, kas parādīta 3.
3. attēls
Tagad spriegums tiek pievadīts ieejām, izmantojot mainīgos rezistorus R1, R2, kuru slīdņus pirms mērījumu sākšanas vajadzētu iestatīt tuvu vidējai pozīcijai. Voltmetrs tagad ir pārvietots uz citu vietu: tas parādīs sprieguma starpību starp tiešo un apgriezto ieeju.
Labāk, ja šis voltmetrs ir digitāls: sprieguma polaritāte var mainīties, uz digitālās ierīces indikatora parādīsies mīnusa zīme, un rādītāja ierīce vienkārši izslēgsies no skalas pretējā virzienā. (Var izmantot rādītāja voltmetru ar vidējas skalas punktu.) Turklāt digitālā voltmetra ieejas pretestība ir daudz augstāka nekā rādītājmērītājam, tāpēc mērījumu rezultāti būs precīzāki. Izvades statusu noteiks LED indikators.
Šeit ir lietderīgi sniegt šādu padomu: labāk ir veikt šos vienkāršos eksperimentus ar savām rokām, nevis tikai lasīt un izlemt, ka viss ir vienkāršs un skaidrs. Tas ir tāpat kā lasīt ģitāras pamācību, vienreiz nepaņemot ģitāru rokās. Tātad, sāksim.
Pirmā lieta, kas jādara, ir iestatīt mainīgo rezistoru slīdņus apmēram vidējā stāvoklī, savukārt spriegums operacionālā pastiprinātāja ieejās ir tuvu pusei no barošanas sprieguma. Voltmetra jutība ir jāpalielina, bet varbūt ne uzreiz, bet pakāpeniski, lai nesadedzinātu ierīci.
Pieņemsim, ka operētājsistēmas pastiprinātāja jauda ir zema un deg zaļā gaismas diode. Ja tas tā nav, tad šo stāvokli var panākt, pagriežot mainīgo rezistoru R1 tā, lai dzinējs kustētos pa ķēdi uz leju - gandrīz līdz 0V.
Tagad, izmantojot mainīgo rezistoru R1, mēs sāksim pievienot spriegumu operatīvā pastiprinātāja tiešajai ieejai (kontakts 3), ievērojot voltmetra rādījumus. Tiklīdz voltmetrs uzrāda pozitīvu spriegumu (spriegums tiešajā ieejā (kontakts 3) ir lielāks nekā apgrieztajā ieejā (kontakts 2)), iedegsies sarkanā gaismas diode. Tāpēc spriegums pie operacionālā pastiprinātāja izejas ir augsts vai, kā iepriekš norunāts, loģiska vienība.
Neliela palīdzība
Precīzāk, pat ne loģiskā vienība, bet augsts līmenis: loģiskā vienība norāda signāla patiesumu, viņi saka, notikums ir noticis. Bet šo patiesību, šo loģisko vienību var izteikt arī zemā līmenī. Kā piemēru varam atsaukties uz RS-232 interfeisu, kurā loģiskais atbilst negatīvam spriegumam, bet loģiskajai nullei ir pozitīvs spriegums. Lai gan citās shēmās loģiskā vienība visbiežāk tiek izteikta ar augstu līmeni.
Turpināsim zinātnisko eksperimentu. Sāksim uzmanīgi un lēnām pagrieziet rezistoru R1 pretējā virzienā, sekojot voltmetra rādījumiem. Noteiktā brīdī tas rādīs nulli, bet sarkanā gaismas diode joprojām degs. Maz ticams, ka izdosies noķert pozīciju, kurā abas gaismas diodes ir nodzisušas.
Turpinot rezistora rotāciju, voltmetra rādījumu polaritāte mainīsies arī uz negatīvu. Tas norāda, ka spriegums apgrieztajā ieejā (2) ir augstāks absolūtajā vērtībā nekā tiešajā ieejā (3). Iedegsies zaļā gaismas diode, kas norāda uz zemu darbības pastiprinātāja izejas līmeni. Pēc tam jūs varat turpināt griezt rezistoru R1 tajā pašā virzienā, taču nekādas izmaiņas nenotiks: zaļā gaismas diode neizdziest un pat nemainīs spilgtumu.
Šī parādība rodas, ja darbības pastiprinātājs darbojas salīdzinājuma režīmā, t.i. bez negatīvām atsauksmēm (dažreiz pat ar PIC). Ja op-amp darbojas lineārā režīmā, uz ko attiecas negatīva atgriezeniskā saite (NFB), tad, kad rezistora R1 dzinējs griežas, izejas spriegums mainās proporcionāli griešanās leņķim, nolasa sprieguma starpību ieejās un nepavisam nav solis. Šajā gadījumā gaismas diodes spilgtumu var mainīt vienmērīgi.
No visa iepriekš minētā varam secināt, ka spriegums pie operatīvā pastiprinātāja izejas ir atkarīgs no spriegumu starpības ieejās. Gadījumā, ja spriegums tiešajā ieejā ir augstāks nekā apgrieztajā, izejas spriegums ir augsts. Pretējā gadījumā (apgrieztā spriegums ir augstāks nekā tiešajā), izeja ir loģiskā nulles līmenī.
Pašā šī eksperimenta sākumā tika ieteikts rezistoru R1, R2 slīdņus iestatīt aptuveni vidējā stāvoklī. Un kas notiks, ja sākotnēji tos noteiksiet uz trešdaļu no apgrozījuma vai divām trešdaļām? Jā, patiesībā nekas nemainīsies, viss darbosies tāpat, kā aprakstīts iepriekš. No tā mēs varam secināt, ka signāls operacionālā pastiprinātāja izejā nav atkarīgs no spriegumu absolūtās vērtības tiešajā un apgrieztajā ieejā. Tas ir atkarīgs tikai no sprieguma starpības.
No visa iepriekš minētā var izdarīt vēl vienu svarīgu secinājumu: darbības pastiprinātājs bez atgriezeniskās saites ir salīdzināšanas ierīce - salīdzināšanas ierīce. Šajā gadījumā vienai ieejai tiek pievienots atsauces vai paraugspriegums, bet otrai tiek piegādāts spriegums, kura vērtība ir jākontrolē. Kurai ieejai pielietot atsauces spriegumu, tiek izlemts ķēdes projektēšanas laikā.
Piemēram, 4. attēlā ir parādīta ķēde, kuras ieejā vienlaikus ir 2 iekšējie komparatori DA1 un DA2.
4. attēls NE555 integrētā taimera shēma
Viņu mērķis ir pārvaldīt iekšējo. Vadības loģika ir diezgan vienkārša: loģiskā vienība no DA2 komparatora izejas iestata sprūda uz vienu, un loģiskā vienība no DA1 komparatora izejas atiestata sprūda.
Uz rezistoriem R1 ... R3 ir samontēts dalītājs, kas piegādā atskaites spriegumus komparatoru ieejām. Visiem trim rezistoriem ir vienāda pretestība (5Kom), veidojot spriegumus 2/3 un 1/3 no barošanas sprieguma, kas tiek pievadīti attiecīgi invertējošajai ieejai DA1 un neinvertējošajai ieejai DA2.
Runājot par to, kas rakstīts iepriekš, izrādās, ka loģiskā vienība pie DA1 komparatora izejas izrādīsies, ja ieejas spriegums tiešajā ieejā pārsniegs atsauci apgrieztā virzienā (2 / 3Upit.), Sprūda tiks atiestatīta. uz nulli.
Lai iestatītu sprūda uz 1, iekšējā salīdzinājuma DA2 izejā jāiegūst augsts līmenis. Šis stāvoklis tiks sasniegts, ja sprieguma līmenis apgrieztajā ieejā DA2 ir mazāks par 1/3Upit. Tieši šis atsauces spriegums tiek pielietots salīdzinājuma DA2 tiešajai ieejai.
Šeit nav iestatīts NE555 integrētā taimera aprakstīšanas mērķis, tāpat kā operētājsistēmas pastiprinātāja izmantošanas piemērs, ieejas komparatori tiek parādīti paslēpti mikroshēmas iekšpusē. Tiem, kurus interesē 555 taimera izmantošana, varat ieteikt izlasīt rakstu.
RF voltmetrs ar lineāro skalu
Roberts AKOPovs (UN7RX), Žezkazgana, Karagandas apgabals, Kazahstāna
Viena no nepieciešamajām ierīcēm īsviļņu radioamatieru arsenālā, protams, ir augstfrekvences voltmetrs. Atšķirībā no zemfrekvences multimetra vai, piemēram, kompakta LCD osciloskopa, šāda ierīce pārdošanā ir reti sastopama, un jaunas firmas izmaksas ir diezgan augstas. Tāpēc, kad radās nepieciešamība pēc šādas ierīces, tā tika uzbūvēta, turklāt ar skalu miliammetru kā indikatoru, kas atšķirībā no digitālā ļauj ērti un vizuāli novērtēt rādījumu izmaiņas kvantitatīvi, nevis salīdzinot rezultātus. Tas ir īpaši svarīgi, uzstādot ierīces, kurās pastāvīgi mainās izmērītā signāla amplitūda. Tajā pašā laikā ierīces mērījumu precizitāte, izmantojot noteiktu shēmu, ir diezgan pieņemama.
Diagrammā žurnālā ir drukas kļūda: R9 pretestībai jābūt 4,7 MΩ
RF voltmetrus var iedalīt trīs grupās. Pirmie ir veidoti uz platjoslas pastiprinātāja bāzes ar diodes taisngrieža iekļaušanu negatīvās atgriezeniskās saites ķēdē. Pastiprinātājs nodrošina taisngrieža elementa darbību strāvas-sprieguma raksturlīknes lineārajā daļā. Otrās grupas ierīcēs tiek izmantots vienkāršs detektors ar augstas pretestības līdzstrāvas pastiprinātāju (HPA). Šāda RF voltmetra skala pie apakšējām mērījumu robežām ir nelineāra, kas prasa izmantot īpašas kalibrēšanas tabulas vai individuālu ierīces kalibrēšanu. Mēģinājums nedaudz linearizēt skalu un novirzīt jutīguma slieksni uz leju, izlaižot nelielu strāvu caur diodi, problēmu neatrisina. Pirms I–V raksturlieluma lineārās sadaļas sākuma šie voltmetri faktiski ir indikatori. Tomēr šādas ierīces gan gatavu dizainu, gan digitālo multimetru pielikumu veidā ir ļoti populāras, par ko liecina daudzas publikācijas žurnālos un internetā.
Trešā instrumentu grupa izmanto mēroga linearizāciju, kad linearizējošais elements ir iekļauts DCF shēmā, lai nodrošinātu nepieciešamās pastiprinājuma izmaiņas atkarībā no ieejas signāla amplitūdas. Šādus risinājumus bieži izmanto profesionālās iekārtās, piemēram, platjoslas augstas lineārās instrumentācijas pastiprinātājos ar AGC vai platjoslas RF ģeneratoru AGC blokos. Pēc šī principa tiek veidota aprakstītā ierīce, no kuras ķēde ar nelielām izmaiņām ir aizgūta.
Ar visu acīmredzamo vienkāršību RF voltmetram ir ļoti labi parametri un, protams, lineāra skala, kas novērš kalibrēšanas problēmas.
Mērītais sprieguma diapazons ir no 10 mV līdz 20 V. Darbības frekvenču josla ir 100 Hz…75 MHz. Ieejas pretestība ir vismaz 1 MΩ ar ieejas kapacitāti ne vairāk kā dažas pikofaradas, ko nosaka detektora galvas konstrukcija. Mērījumu kļūda nav sliktāka par 5%.
Linearizācijas vienība ir izgatavota uz DA1 mikroshēmas. Diode VD2 negatīvās atgriezeniskās saites ķēdē palīdz palielināt šī UPT posma pastiprinājumu pie zemiem ieejas spriegumiem. Detektora izejas sprieguma samazināšanās tiek kompensēta, kā rezultātā ierīces rādījumi iegūst lineāru atkarību. Kondensatori C4, C5 novērš UPT pašaizdegšanos un samazina iespējamos uztveršanu. Mainīgais rezistors R10 kalpo, lai pirms mērījumu veikšanas mērīšanas ierīces PA1 rādītāju iestatītu uz skalas nulles atzīmi. Šajā gadījumā detektora galviņas ieeja ir jāaizver. Ierīces barošanas avotam nav īpašu funkciju. Tas ir izgatavots uz diviem stabilizatoriem un nodrošina 2 × 12 V bipolāru spriegumu darbības pastiprinātāju barošanai (tīkla transformators parasti nav parādīts diagrammā, bet ir iekļauts montāžas komplektā).
Visas ierīces daļas, izņemot mērzondes daļas, ir uzstādītas uz divām iespiedshēmu platēm, kas izgatavotas no vienpusējas folijas stikla šķiedras. Zemāk ir UPT plates, strāvas paneļa un mērīšanas zondes fotoattēls.
Miliammetrs RA1 - M42100, ar adatas pilnas novirzes strāvu 1 mA. Slēdzis SA1 - PGZ-8PZN. Mainīgais rezistoris R10 - SP2-2, visi tūninga rezistori - importēti daudzpagriezieni, piemēram, 3296W. Nestandarta jaudas R2, R5 un R11 rezistori var sastāvēt no diviem virknē savienotiem. Darbības pastiprinātājus var aizstāt ar citiem ar augstu ieejas pretestību un vēlams ar iekšējo korekciju (lai nesarežģītu ķēdi). Visi fiksētie kondensatori ir keramikas. Kondensators C3 ir uzstādīts tieši uz ievades savienotāja XW1.
D311A diode RF taisngriežā tika izvēlēta no optimālā maksimāli pieļaujamā RF sprieguma un taisnošanas efektivitātes viedokļa augšējā mērītās frekvences robežās.
Daži vārdi par instrumenta mērīšanas zondes konstrukciju. Zondes korpuss ir izgatavots no stiklplasta caurules formā, uz kuras ir uzlikts vara folijas ekrāns.
Korpusa iekšpusē ir plāksne, kas izgatavota no folijas stikla šķiedras, uz kuras ir montētas zondes daļas. Aptuveni korpusa vidū ir paredzēts alvētas folijas sloksnes gredzens, lai izveidotu kontaktu ar noņemamā sadalītāja kopējo vadu, kuru var pieskrūvēt zondes uzgaļa vietā.
Ierīces regulēšana sākas ar op-amp DA2 balansēšanu. Lai to izdarītu, slēdzis SA1 ir iestatīts pozīcijā "5 V", mērīšanas zondes ieeja ir aizvērta, un ierīces PA1 rādītājs ir iestatīts uz skalas nulles atzīmi ar apgriešanas rezistoru R13. Pēc tam ierīce tiek pārslēgta pozīcijā “10 mV”, tās ieejai tiek pielikts tāds pats spriegums, un RA1 ierīces bultiņa tiek iestatīta uz skalas pēdējo sadalījumu ar rezistoru R16. Pēc tam voltmetra ieejai tiek pievienots 5 mV spriegums, ierīces bultiņai jābūt aptuveni skalas vidū. Rādījumu linearitāte tiek panākta, izvēloties rezistoru R3. Vēl labāku linearitāti var panākt, izvēloties rezistoru R12, tomēr jāpatur prātā, ka tas ietekmēs UPT pastiprinājumu. Pēc tam ierīce tiek kalibrēta visos apakšdiapazonos ar atbilstošajiem regulēšanas rezistoriem. Kā atskaites spriegumu, kalibrējot voltmetru, autors izmantoja Agilent 8648A ģeneratoru (kuram izejai pieslēgts 50 Ohm slodzes ekvivalents), kuram ir digitālais izejas signāla līmeņa mērītājs.
Visu rakstu no žurnāla Radio Nr.2, 2011 var lejupielādēt šeit
LITERATŪRA:
1. Prokofjevs I., Milivoltmetrs-Q-metrs. - Radio, 1982, 7.nr., lpp. 31.
2. Stepanovs B., RF galva digitālajam multimetram. - Radio, 2006, 8.nr., lpp. 58, 59.
3. Stepanovs B., Šotkija diodes RF voltmetrs. - Radio, 2008, 1.nr., 1. lpp. 61, 62.
4. Pugach A., Augstas frekvences milivoltmetrs ar lineāro skalu. - Radio, 1992, 7.nr., lpp. 39.
Iespiedshēmu plates (zonde, galvenā plate un barošanas avota plate) ar masku un marķējumu izmaksas: 80 UAH
