Схемотехника узлов вольтметра. Входное устройство

3 Схемотехника узлов вольтметра

3.1 Входное устройство

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. Пределы измерения переключаются с помощью тумблера SA1.1, контактные пары SA1.2 входящие в тумблер отвечают за включение запятой на цифровом индикаторе при пределе измерения –100…0. Выходное напряжение делителя при максимальном значении входного сигнала равно –10В.

Делитель напряжения предназначен деления входного напряжения –1000В или –100В в –10В на выходе. Для расчета R2 и R1 надо принять R3 равное 100 кОм. Расчет номинала резистора R1 и R2 производится по формуле:

Устройство защиты от перенапряжения предназначено для защиты электронных элементов схемы цифрового вольтметра от попадания на их входы измеряемого напряжения, превышающего предельно допустимые значения, причем устройство работает по обеим полярностям. Устройство защиты состоит из резистора R8, диода VD1 и стабилитронов VD2 и VD3. Стабилитроны - Д814Г. Напряжение стабилизации лежит в пределах от 10 В до 12 В (номинальное значение равно 11 В), что не приведет к выходу вольтметра из строя от перенапряжения. Резистор R4 ограничивает ток через диод. При подаче напряжения обратной полярности, напряжение стабилизируется диодом VD3. Ток стабилизации стабилитрона имеет номинальное значение 5 мА (пределы – от 3 мА до 29 мА). Тогда резистор R4 будет равен:

=2 кОм.

Будем использовать резистор С5-60.

Так как сопротивление резистора R4 значительно меньше, чем входное сопротивление последующего каскада, то его влиянием на измеряемую величину можно пренебречь.

Устройство индикации перенапряжения прямой полярности состоит из светодиода АЛ341 (VD4). При превышении входным напряжением критической величины открывается стабилитрон VD2. Через него начинает протекать ток стабилизации, который зажигает светодиод VD4.

Устройство индикации перенапряжения обратной полярности состоит из светодиода VD6 и диода VD5.

Так как при подаче напряжения правильной полярности и не превышающего максимального значения для выбранного диапазона сопротивление стабилитрона составляет около 2 МОм, то мы пренебрегаем влиянием устройства защиты на измеряемый сигнал.

Повторитель напряжения необходим для уменьшения влияния входной цепи на последующие каскады, а также для увеличения входного сопротивления вольтметра. Повторитель построим на операционном усилителе, замкнув его выход с инвертирующим входом, т.е. обеспечив стопроцентную отрицательную обратную связь. Используем  для этих целей операционный усилитель К544УД2, обладающий высоким входным сопротивлением (около 1 ГОм) и малым выходным.

Рисунок 3 – Входное устройство

Схема входного устройства изброжена на рисунке 3.