Цифровой вольтметр постоянного тока

stify">   140УД17 - прецизионный усилитель с малым напряжением смещения и высоким коэффициентом усиления напряжения. Имеет внутреннюю частотную коррекцию. Обладает отличным сочетанием параметров входных напряжений и тока шума. Предназначен для применения в высокоточных измерительных цепях с большим коэффициентом усиления. Иногда при построении различных электронных схем требуются усилительные каскады, имеющие (по модулю) единичные коэффициенты усиления (повторители).

   Наиболее  часто за основу их проектирования используют схему неинвертирующего усилителя без входного резистивного делителя, что обеспечивает очень  большое входное сопротивление. Повторитель, при (К_дел = 1) можно реализовать 3-мя способами:

   R_ОС = 0 (непосредственное соединение выхода с инвертирующим входом);

   R₁ = ¥ (разрыв цепи, в которую включен R1) и, наконец,

   R_ОС = 0 и одновременно R₁ = ¥.

   Наиболее  просто реализуется схема повторителя  в третьем случае однако и другие варианты неинвертирующих повторителей также находят применение на практике. Обратите внимание на то, что величина оставшегося резистора в схемах совершенно не влияет на единичный коэффициент усиления повторителя. 
 

   5.3 АЦП

   Микросхема  КР572ПВ2 работает по принципу двухтактного интегрирования, широко применяемому в цифровых измерительных приборах. Идея метода состоит в том, что в начале интегрирующий конденсатор заряжают строго определенное время током, пропорциональным измеряемому напряжению, затем разряжают строго определенным током до нуля. Время, в течение которого происходит заряд конденсатора, получается пропорциональным измеряемому напряжению. Это время измеряется при помощи счетчика, выходные сигналы которого подаются на индикатор.

     

                                                Рис20. Принципиальная схема АЦП КР572ПВ2 
 

   Назначение  выводов ИС КР572ПВ2: 1—напряжение питания Uип1; 2—цифровой выход d1; 3—цифровой выход C1;4—цифровой выход b1; 5—цифровой выход a1; 6—цифровой выход f1; 7—цифровой выход g1; 8— цифровой выход e1; 9—цифровой выход d10; 10—цифровой выход C10 11—цифровой выход b10; 12—цифровой выход а10; 13—цифровой выход f10 14—цифровой выход е10; 15—цифровой выход d100; 16—цифровой выход b100 17-—цифровой выход f100; 18—цифровой выход e100; 19—цифровой выход bc1000 20—цифровой выход g1000; 21—общий; 22—цифровой выход g100 23—цифровой выход а100; 24—цифровой выход С100; 25—цифровой выход g10 26—напряжение питания Uи.п; 27—конденсатор интегратора; 28—резистор интегратора; 29—конденсатор автокоррекции; 30—аналоговый вход Uвх (—) 31—аналоговый вход Uвх (+); 32—общий аналоговый выход; 33—опорный конденсатор; 34—опорный конденсатор; 35—опорное напряжение (—); 36— опорное напряжение (+); 37—контрольный вход; 38—конденсатор генератора ТИ; 39—резистор генератора ТИ; 40—генератор ТИ.

     

   Основные параметры микросхемы КР572ПВ2

 

   Номинальные значения элементов  микросхемы КР572ПВ2

 

   При нажатии кнопки «пуск» 5 В через  резистор подается на вход S RS – триггера, при этом триггер устанавливается в положение «1», что соответствует напряжению более 2,5 В на выход Q. Это напряжение подается на затвор (подложка – заземляется) МОП – транзистора с n-каналом, ключ открывается и напряжение на 1 входе логического ключа &₁, так как это соответствует «1», на 2 вход логического ключа &₁ подается напряжение прямоугольных импульсов с тактового генератора (кварцевого). Напряжение с выхода логического ключа &₁ подается на схему &₃. Так как напряжение с выхода генератора больше «0», то на выходе компаратора будет «1», счетчик начинает считать и считает до тех пор, пока не заполнится. Он заполняется и RS-триггер переходит в «0» состояние.

   Напряжение  U_X поступает на интегратор, τ – подбирается, чтобы за время первого такта напряжение не выходило из области линейного участка 5-6 В. t₁ – время первого такта выбирается кратным периоду 50 Гц, в целях борьбы с сетевой помехой.

   Напряжение интегратора в первом и втором тактах, на различных пределах при:

   

   

    , тогда возьмем t₁=20 мс

   Напряжение  интегратора в первом такте:

   

   

   Частота генератора, за время первого такта t₁=20мс, емкость N_m=10 000:

   

   В момент переключения RS-триггера на входе R устанавливается «0», т.е. на выходе не Q установится «1», что соответствует напряжению 2,5 В. Это подается на затвор Моп транзистора с n-каналом, ключ К2 – открывается, а К1 – закрывается и напряжение с выхода не Q RS-триггера подается на первый вход логического ключа &₂, а на 2 вход логического ключа &₂ подается напряжение  прямоугольных импульсов  с тактового генератора. Напряжение с выхода логического ключа &₂ подается на схему &₃, так как напряжение с выхода генератора больше 0, то на выходе компаратора будет «1»,  счетчик начинает считать. Счетчик перестает считать когда компаратор не перейдет через «0», следовательно на выходе компаратора «0», т.е. логический ключ &₃ закроется.

   Число импульсов, которое вмещает счетчик определяется:

   

   Время интегрирования во втором такте:

   

   

   Напряжение  на выходе интегратора во втором такте:

   

     

   5.4 Расчет блока питания 

   

   

   Выбор стабилизаторов

   Выберем  стабилизатор К142ЕН6 с параметрами:

 

   Выберем 2 стабилизатора К142ЕН1 с параметрами:

 

   

   Возьмем Ш-пластину с параметрами:

   a=20 мм

   b=20 мм

   c=20 мм

   h=50 мм

   

   

   

     

   Выбор диодного моста:

   3 моста  КЦ103А

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   6 Анализ и расчет погрешностей

   Прибор  имеет две составляющие погрешности: мультипликативную и аддитивную. Аддитивная погрешность определяется погрешностью смещения нуля и погрешностью дискретизации, поскольку структурная схема прибора последовательная, то аддитивная погрешность определяется формулой:

    , где напряжение смещения

   

   

   

   Суммарная мультипликативная погрешность преобразователей, а именно, делителя, повторителя и АЦП определяется через полный дифференциал.

   

   Так как значение погрешностей ±, то суммарная погрешность определяется:

     
 
 

   Расчет погрешности входного делителя:

   Мультипликативная погрешность делителя на первом пределе:

    , т.к. коэффициент передачи  const

   Мультипликативная погрешность делителя на втором пределе: 

     

   Мультипликативная погрешность делителя на третьем пределе:

     
 
 
 
 

   Расчет  погрешности повторителя

   

   Расчет  погрешности АЦП

     

   Исходя  из полученных выше данных, определяем полный дифференциал:

     
 

   Суммарная погрешность прибора:

        ;           

   

     

 

   Заключение

   В данной работе спроектировали вольтметр постоянного тока для трех пределов 1В, 10В, 100В.  Описали методы измерения напряжения постоянного тока.

 

   Список  литературы: 

   1.Гутников  В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. – 2-е изд., перераб. и доп.Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988.-304стр.: ил.

   2.Электрические измерения: Учебник для ВУЗов: под ред. Фремке А.В. и И.Е. Душина. – 5-е изд., перераб. и доп.Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние 1980. -392с., Ил.

   3.Москатов  Е. А. Справочник по полупроводниковым  приборам. – М.: Журнал

   “Радио”, 2005. – 208 с.

   4.Резистор: Справочник / Дубровский В.В., Иванов Д.М., Пратусевич Н.Я. и др.; Под общ. ред. И.И.Четверткова и В.М. Терехова. – М.: Радио связь, 1987. – 352 с.

   5.Федорков  Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП  и АЦП: функционирование, параметры,  применение. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 320 с.:ил.

   6.Интегральные  микросхемы: Справочник / Б.В. Тарабарин,  Л.Ф. Лунин, Ю.Н. Смирнов и  др.; Под ред. Б.В. Тарабарин. – М.: Радио и связь, 1983. – 528 с.:ил.