Структурная схема цифрового вольтметра. Расчёт основных параметров и погрешностей. Схемотехника узлов цифрового вольтметра

Этот же генератор используется в качестве схемы запуска, производя сброс счётчиков схемы счёта и индикации.

Так как на выходе генератора частоты с кварцевой стабилизацией имеем 100кГц, то для получения частоты эталонных импульсов F_изм=50Гц, необходим делитель на 2000.  Этот делитель реализован на основе двоичного двенадцатиразрядного счётчика DD2 – КР1561ИЕ20, на вход которого подаются импульсы с генератора.

КР1561ИЕ20 – DD2, DD3                                                    Таблица 4

Uип,В	U(0)вых,В	U(1)вых,В	Iпот,мкА
10В±10%	£1.0	³9.0	£80

При достижении на выходе счётчика 1000 (01111010000), устанавливается R-S триггер, построенный на элементах DD1.4, DD1.5, DD6.1, DD6.2. 

1564ЛИ3 – DD4                                                                        Таблица 5

Uип,В	U(0)вых,В	U(1)вых,В	Iпот,мкА
10В±10%	£1.0	³9.0	£2

КР1561ЛИ2 – DD5                                                                 Таблица 6

Uип,В	U(0)вых,В	U(1)вых,В	Iпот,мкА
10В±10%	£1.0	³9.0	£2

К561ЛА7 – DD6, DD7                                                          Таблица 7

Uип,В	U(0)вых,В	U(1)вых,В	Iпот,мкА
10В±10%	£2.9	³7.2	£2

Когда на выходе счётчика значение 2000, триггер и счётчик сбрасываются – это необходимо, чтобы скважность выходных импульсов была равна 2.

Для получения периода задержки 4с необходим делитель полученной после первого делителя частоты на 200.  Импульсы с неинвертирующего выхода триггера подаются на вход счётчика DD3.  Этот счетчик сбрасывается, когда на выходе 200 (11001000).  Импульсы с выхода Q₆ дифференцируются и складываются с импульсами с выхода первого делителя частоты таким образом, чтобы форма импульсов, подаваемых на схему счёта и индикации, имела вид, показанный на диаграмме (4). 

     Элементы DD7.1, DD6.3, DD6.4 представляют собой элемент ИЛИ в базисе И-НЕ.  На  один из входов этого элемента ИЛИ подаются импульсы с дифференцирующей цепочки F_диф, на другой вход подаётся сигнал F, таким образом на выход пройдёт вместе с импульсом Fдиф только один эталонный импульс.  Рассчитаем дифференцирующую цепочку:

Примем из стандартного ряда R12=2кОм, С6=2.2нФ, отсюда следует

Это время сравнимо со временем нарастания переднего фронта импульсов F_изм, следовательно, можно считать их равными.

Схема формирования импульсов                              Рисунок 4

 

2.5 Схема счёта и индикации.

     В схеме ЦВ с преобразованием напряжения в частоту ключевую роль играет схема “И” – DD4.4, разрешающая работу схемы счёта только во время подачи на один из своих входов эталонного импульса T₀ (сигнал F). Логический элемент И-НЕ(DD7.2) предназначен для блокировки счёта в случае перенапряжения (переполнение самого старшего разряда) до тех пор, пока счётчики не сбросятся вместе с приходом следующего периода счёта. В случае перегрузки также загорается светодиод VD4 – АЛС362Е. Рассчитаем для него R14:

Переключатель SA1.3 служит для зажигания светодиода VD5 (“mV”) в случае коммутации первого предела измерения – -1..0В или зажигания десятичной точки в старшем разряде  – в случае предела –10..0В.

Схема счёта и индикации полностью реализована на микросхемах типа К490ИП1, которая представляет собой десятичный счётчик-индикатор арабских цифр от 0 до 9 красного цвета свечения.

К490ИП1 –DD8, DD9, DD10                                               Таблица 8

Uип,В	U(0)вых,В	U(1)вых,В	Iпот,мА в состоянии “8”	Iинд,мА
9В±10%	£0.3	³6.8	£0.95	£35

     Назначение выводов:  1 – напряжение питания; 2 – вход гашения; 4 – выход; 5 – напряжение питания индикаторов; 6 – установка нуля; 7 – счётный вход; 8 – общий; 9 – управление точкой.

Для построения счётчиков на несколько десятичных разрядов необходимо вывод 4 младшего разряда соединить с выводом 7 старшего разряда. Микросхемы по логическим уровням согласуются с микросхемами серий К176, К561, К564.

Для питания индикации на К490ИП1 необходимо 3.3В.  Для этого необходимо сопротивление R13=R14=470Ом.  Для стабилизации также установлен стабилитрон VD3 – КС433А.

Сброс счётчиков осуществляется дифференцированным сигналом F_диф, а гашение — импульсом T₀.

Схема счёта и индикации.                                             Рисунок 5

2.6 Блок питания.

     Рассчитаем необходимую мощность и ток вторичных обмоток трансформатора для питания цифрового вольтметра:

Исходя из расчётов, возьмём трансформатор ТПП 281-127/220-50 обеспечивающий выходное напряжение на вторичных обмотках 20В и обладающий следующими параметрами:

ТПП 281-127/220-50    – T1                                                  Таблица 9

Для получения выпрямленного пульсирующего напряжения на входе стабилизаторов применим диодные мосты К142НД1. В качестве стабилизатора используются микросхемы КР142ЕН15А.

КР142ЕН15А – DA5, DA6                                                      Таблица 10

Uвых,В при Uвх=±20В	Максимальное падение напряжения ,В	Нестабильность по напряжению, %/В	I+пот,мА	I-пот,мА
±(14.5В..15.5)	£3	³0.01	£5	£6

I_вых=2мА.

Назначение выводов: 1 – общий; 2 – балансировка U_вых; 3,12 – частотная коррекция; 4 – выход положительный (II); 5 – выход положительный (I); 6,8,13 – свободные; 7 – вход положительный; 8 – вход отрицательный; 10 – выход отрицательный (I); 11 – выход отрицательный (II); 14 – регулировка U_вых.

В микросхеме предусмотрена возможность регулировки выходного напряжения в диапазоне 8..23В при допустимых входных напряжениях, лежащих в диапазоне ±(10..30)В, с помощью резистора R15, R17.  Также предусмотрена возможность подстройки фиксированного и регулируемого выходного напряжения в пределах ±1В с помощью резистора R16, R18.

Конденсаторы C7,C13=C8,C14³1мкФ, C9,C15=C10,C16³0.01мкФ, C11,C17=C12,C18³1мкФ.  Рекомендуется выдерживать соотношения C11,C17 / C9,C15=C12,C18 / C10,C16=50:100; R15,R17 – резистор регулировки выходного напряжения; R16,R18 – резистор балансировки выходного напряжения; R15,R17=R16,R18=33кОм±10%.

Таким образом необходимо предварительно отрегулировать