Разработка цифрового вольтметра с точностью измерения 0.4 % и временем измерения 2.8 с, страница 3

Входное устройство состоит из делителя входного напряжения, защиты от перенапряжения, защиты от обратной полярности и операционного усилителя.

     Делитель напряжения выполнен на резисторах R1 – R2. Этот делитель напряжения обеспечивает два предела измерения –1000…0В и –100…0В. Выходное напряжение делителя при максимальном значении входного сигнала равно –10В.

      После делителя напряжения следует защита от перенапряжения.      В качестве защиты от перенапряжения используется стабилитрон VD1 – Д811, для которого I_ст.min=5мА, U_с=11В. Подберём R4 в следующем виде:

     Таким образом напряжение на входе операционного усилителя не превысит 11В. В случае превышения напряжения -10В произойдёт переполнение счётчика старшего разряда схемы счёта и индикации, дальнейший счёт заблокируется и загорится VD4, индицируя перегрузку.

     Для защиты от обратной полярности используется диод VD2 – КД522Б, параметры которого: I_пр.min=100мА, U_пр=1.1В. Рассчитаем сопротивление R5:

    

Повторитель напряжения выполнен на операционном усилителе К140УД6.

Резистор R6 применен для балансировки выхода операционного усилителя, т.е. при отсутствии измеряемого напряжения напряжение выхода усилителя должно быть равным нулю.

Делитель напряжения выполнен на резисторах R1,R2 и R3. Для расчета R2 надо принять R3 равное 100 кОм. Расчет номинала резистора R1 и R2 производится по формуле:

  

Рисунок 3 – Входное устройство

Схема входного устройства изброжена на рисунке 3.

3.2  Генератор счётных импульсов и генератор управляющих

       импульсов

Рисунок 5 - Генератор счетных импульсов

В данной схеме резистор R7 используется для начального запуска генератора, примем его значение равным 100 кОм. Частота генератора  выбрана  357 Гц. То есть за 2.8 секунды с генератора на счётчик поступает 1000 импульсов. Так как резонаторов с такой частотой нет, был создан генератор DD17.4-DD14.6 на частоту 100 кГц, для этого возьмём кварцевый резонатор ZQ1 на эту частоту. Далее частоту делит делитель частоты DD18, в его состав входят двоичный счетчик и JK-триггер. Двоичный счетчик собран на базе микросхемы К555ИЕ19. Данная микросхема – два двоичных четырехразрядных счетчика. Эти счетчики включены последовательно, тем самым образуя восьми разрядный счетчик. Логический элемент 3И выдает импульс сброса (обнуления) при кодовой комбинации 1000110, что в десятеричной форме счисления соответствует 140. Это коэффициент деления делителя собранного на счетчике DD18. После счетчиков образуются импульсы частотой 714 Гц. Длительность импульса равный длительности импульса вырабатываемый генератором DD14.4-DD14.6, а пауза – 140 импульсов этого генератора. Эти импульсы, с выхода делителя, подаются на триггер, на выходе которого образуются меандр с частотой 357 Гц. Генератор счетных импульсов приведен на рисунке 5.

Для формирования управляющих импульсов используем мультивибратор, дающий последовательность с частотой в 0.357 Гц. На рисунке 6 приведена схема устройства управления.

Чтобы получить такую частоту, нужно собрать отдельный генератор. Для экономии средств, в схеме используется тактовый генератор счетчика импульсов. Полученную частоту нужно разделить в 560000 раз. Принцип работы делителя описан выше.

Рисунок 6 - Устройство управления

3.3  Генератор линейно изменяющегося напряжения

Генератор линейно изменяющегося напряжения предназначен для формирования аналогового сигнала с линейно нарастающим участком. Типовая схема ГЛИН, взятая из литературы [10], представлена на рисунке 7.