Измерительные приборы для домашней лаборатории неизменно привлекают внимание радиолюбителей. Особенно это касается малогабаритных конструк¬ций с цифровой индикацией. Среди них пальма первенства, несомненно, принад¬лежит мультиметрам — цифровым авометрам с автономным питанием. С при¬менением микросхем большой степени интеграции (БИС) в качестве аналого-цифровых преобразователей размеры мультиметров по сравнению с их со¬братьями, выполненными на обычных МС, стали значительно меньше. Одновре¬менно повысилась и точность измерений. Предлагаем читателям описание мультиметра, собранного на основе БИС КР572ПВ2. Результаты измерений отображаются четырехразрядным жидко¬кристаллическим индикатором (ЖКИ), максимальное высвечиваемое число 1999. Цифровой авометр, по своим параметрам превосходящий широко распро¬страненный стрелочный тестер Ц4317, свободно умещается в кармане.
Особенность данного мультимет¬ра — электронный переключатель пре¬делов измерений и оригинальный узел согласования выходов БИС КР572ПВ2 с жидкокристаллическим индикатором. Питается прибор от одной батареи «Корунд», энергии которой хватает на 50 часов непрерывной работы. Мини¬мальное напряжение, при котором мультиметр еще работает — 6,5 В. При этой величине «гаснет» ЖКИ, хотя электронная часть авометра исправно функционирует при сниже¬нии напряжения питания до 5,6 В. Измерительный узел прибора вы¬полнен на операционном усилителе (ОУ) DA2 (см. принципиальную схе¬му) и на БИС DD6. Данная БИС структуры КМОП работает по прин¬ципу двойного интегрирования на 3,5 десятичных разряда с выходами для управления семисегментными све¬тодиодными индикаторами. Максимальный ток, потребляемый БИС серии КР572ПВ2 от обоих источ¬ников питания,— не более 1,8 мА, выходной ток старшего разряда — не менее 10 мА, остальных — не менее 5 мА. Коэффициент ослабления син¬фазного сигнала АЦП -. достигает 100 дБ, погрешность преобразования не превышает 1, 3 и 5 единиц счета соответственно для КР572ПВ2А, КР572ПВ2Б и КР572ПВ2В. Указан¬ные параметры гарантируются при температуре 25+10 С и питающих напряжениях +5 В (UПИТ1) и —5 В (UПИТ2) с нестабильностью + 1%. Нестабильность образцового напря¬жения,/ подаваемого на вывод 36, должна быть не хуже ±2,5Х 10-3 при UОБР. =1 В и ±0,25X10-3 при U ОБР. =0,1 В. Напряжение питания Uпит.1 может быть в пределах от +4,5 до +5,5 В, Uпит.2 от —8 до —4,5 В. Входное и образцовое напряжения не должны превышать напряжения источников питания. Чтобы БИС не вышла из строя, ее вначале соединяют с общим проводом (выводы 21 и 32), а затем последова¬тельно подают напряжения: питания (выводы 1 и 26), образцовое (выводы 35 и 36) и, наконец, входное (выводы 30 и 31). Снимают напряжения в об¬ратном порядке. При преобразовании входного сигнала, измеряемого отно¬сительно общего провода, выводы 30, 32 и 35 МС соединяют с общим прово¬дом. В данном мультиметре включение БИС КР572ПВ2 отличается от типо¬вого. Особенность — в работе на жид¬кокристаллический индикатор, выво¬ды сегментов которого подключены через диоды VD14—VD36 к выходам БИС и через резисторы R34—rR59 к общему проводу ЖКИ. На него пода¬ется импульсное напряжение частотой 1 кГц. Такое включение микросхемы КР572ПВ2 позволяет ей работать с ЖКИ, правда, в этом случае посто¬янная составляющая напряжения на сегментах индикатора несколь¬ко превышает допустимое значе¬ние. Частота следования импульсов так¬тового генератора, входящего в состав БИС, определяется элементами R71, С20 и равна 40 кГц. Измеряемое напряжение через пере¬ключатель SA1 поступает на электрон¬ный аттенюатор, образованный муль¬типлексором DD2 и ОУ DA1. Выбран¬ной шкале измерения соответствует определенный двоичный код на выводах 9 и 10 мультиплексора, который вводит в цепь обратной связи ОУ соот¬ветствующее сопротивление, образо¬ванное резисторами R25, R27, R29, R33. Эти резисторы в зависимости от управляющего кода мультиплексора обеспечивают следующие коэффици¬енты передачи от входной клеммы XI до выхода DA1:1; 0,1; 0,01; 0,001. Входное сопротивление мультимет¬ра при измерении напряжений опреде¬ляется резистором R8. Совместно с диодами VD4 и VD5 он обеспечивает защиту микросхемы DA1 от перегру¬зок при случайном превышении вход¬ным напряжением предельного значе¬ния выбранной шкалы. При измерении тока на пределах 1, 10, 100 мА коэффициент передачи электронного аттенюатора принимает значения: 100; 10; 1. Измерение то¬ка силой от 0,1 до 1А производится через гнездо Х4. В этом случае коэф¬фициент передачи входной цепи ра¬вен 1. В режиме измерения постоянного напряжения или тока сигнал на вход БИС АЦП поступает с выхода микро¬схемы DA1. При измерении перемен¬ных величин двуполярный сигнал с выхода DA1 преобразуется в однопо-лярный выпрямителем, собранным на ОУ DA2, и через сглаживающий фильтр подается на вход БИС. В дву-полярном выпрямителе стабильность выходного нулевого напряжения обес¬печивает резистор R62. Отрицатель¬ная обратная связь по переменному напряжению осуществляется конден¬сатором С15. При измерении сопротивлений через входные гнезда мультиметра и под¬ключенный к ним резистор протекает ток, величина которого не зависит от номинала измеряемого резистора. Его вырабатывает генератор стабильного тока, собранный на транзисторах VT2 — VT4. Мультиплексор DD1 в зависимости от выбранного предела подключает один из резисторов R12 — R15, задавая необходимое значение . стабильного тока. Устройство выбора предела измере¬ния выполнено на микросхемах DD4, DD5 и содержит два RS-триггера (DD4.1 и DD4.2), одновибратор (DD4.3) и реверсивный счетчик (DD5). Логические уровни на выходах Q1 и Q2 счетчика DD5 управляют ра¬ботой мультиплексоров DD1 и DD2 и определяют таким образом выбранный предел измерений. Коду 00 соответст¬вует предел измерения 2; 01—20; 10— 200; 11—2000 В (мА, кОм). При включении мультиметра на вы¬ходе счетчика DD5 устанавливается код 01 и включается предел 20 В (мА, кОм). Выбирают необходимый предел из¬мерений нажатием кнопки SB1 или SB2. В первом случае ( + 1) происхо¬дит переход на больший предел измерения, во втором (— 1) —на меньший. На ЖКИ это отображается перемеще¬нием запятой вправо или влево. Рас¬смотрим, как это происходит. При нажатии SB1 (SB2) ток заряда кон¬денсатора С5 (С6) вызывает появле¬ние положительного импульса на вхо¬де RS-триггера DD4.1 (DD4.2), и он срабатывает. Перепад напряжения на выходе DD4.1 (DD4.2) запускает одновибратор DD4.3, выходной им¬пульс которого поступает на счетный вход счетчика DD5 и изменяет его состояние на 1. Одновибратор DD4.3 через цепочку R32C11 воздействует на RS-триггеры DD4.1 и DD4.2, возвра¬щая их в исходное состояние через 100 мкс. Режим работы счетчика DD5 задает логический уровень на входе ± 1: если имеется логическая 1, то происходит суммирование, если логический 0 — вычитание. В мультиметре нулевой уровень присутствует на входе ±1 микросхемы DD5 постоянно, но при нажатии на кнопку SB1 ( + 1) на этом входе появляется логическая единица, она исчезает после того, как в счетчик будет записана 1. Длительность поло¬жительного импульса на входе +1 счетчика DD5 — около 101 мкс. Опи¬санный способ переключения пределов измерения выбран с перспективой создания на базе этого прибора муль¬тиметра с автоматическим выбором пределов. Питающие напряжения +5,5 В и —4,7 В вырабатывает узел питания, состоящий из стабилизатора и преоб¬разователя полярности. Положитель¬ное напряжение образует стабилиза¬тор, собранный на транзисторах VT1, VT5, VT6. Такой стабилизатор имеет коэффициент стабилизации по напря¬жению не менее 500 и защиту от корот¬кого замыкания. При включении муль¬тиметра цепь запуска, состоящая из элементов С1, VD1, R6, выводит стаби¬лизатор на рабочий режим. Падение напряжения на регулирующем тран¬зисторе VT1 стабилизатора состав¬ляет всего 0,05—0,1 В.
Напряжение отрицательной поляр¬ности —4,7 В получается в преобразо¬вателе, который содержит генератор, выходной, транзисторный каскад и емкостный умножитель напряжения. Выходное напряжение генератора, собранного на микросхеме DD3, пред¬ставляет собой последовательность импульсов с частотой около I кГц. Эти импульсы поступают на базы транзи¬сторов VT7 и VT8 выходного каскада и поочередно открывают и закрывают их. Когда открыт транзистор VT7, кон¬денсатор СЮ заряжается через него и диод VD8, а когда VT8 — конденса¬тор С10 разряжается через него и диод VD9, заряжая конденсатор С9, где устанавливается отрицательное на¬пряжение —4,7 В. Поскольку на выходной каскад пре¬образователя подается стабилизиро¬ванное напряжение и нагрузка по цепи —4,7 В неизменная, то отрицательное напряжение является стабильным. Амплитуда пульсаций отрицательного напряжения под нагрузкой не превы¬шает 10 мВ. Ток, потребляемый узлом питания без нагрузки, составляет 1,5—2 мА. В мультиметре применены в основ¬ном резисторы МЛТ с допуском ±5%, и лишь резистор R4 марки С1-8 имеет допуск ±1%- Номиналы резисторов, влияющих на точность измерения (R3, R4, R8, R9, R25, R27, R29, R33), необ¬ходимо подобрать по цифровому омметру с точностью не хуже ±0,1%. Такая операция значительно сократит время настройки мультиметра. Под-строечные резисторы — СПЗ-18.
Печатная плата цифрового тестера со схемой расположения элемен¬тов.
Основные технические параметры мультиметра Верхние пределы измерений: постоянного напря¬жения (В), тока (мА) и сопротивлений (кОм). . 2; 20; 200; 2000 переменного напря¬жения (В) и тока (мА).... 1; 10; 100; 1000 Входное сопротивление, МОм..........1 Основная погрешность при из¬мерении: постоянного напря¬жения, %........1 переменного напря¬жения, %........3 постоянного тока, %. . . 1 переменного тока, % . . 3 сопротивлений, %.... 1 Диапазон частот измерения: переменного напря¬жения, кГц.... 0,02-20 переменного тока, кГц.......0,02-10 Падение напряжения на входе при измерении тока на пределах 0,1 и 1 А, В.......не более 1 на остальных преде¬лах, В .... не более 0,1 Потребляемый ток, мА.......не более 8 Габариты, мм . . 130x63x25 Масса, г........185
В приборе применены оксидные кон¬денсаторы К.53-1 и К53-19, постоянные конденсаторы С4 — С8, СП — С20 марки КМ. Кнопками выбора пределов служат микропереключатели типа МП-9 или МП-12; тумблер включения пита¬ния— МТ-1; переключатели: SA1 — ПГ2-ЗП-ЗН, SA3 выполнен из двух тумблеров МП-12. Элементы мультиметра размещены на печатной плате, изготовленной из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм (см. рис.). Постоянные резисторы и МС DD7 установлены на плате вертикаль¬но. Элементы R3, R4, R8, R9 и FU2 монтируются на переключателе SA1.
Компоновка прибора.
Для уменьшения размеров прибора ЖКИ размещен над БИС. На рисунке платы необходимо свя¬зать между собой соответственно точ¬ки А — А, В — В, Г — Г и 7—7, а точ¬ку Д подсоединить к выводу 14 DD3. Резисторы R34 — R59 и диоды VD14 — VD36 не обозначены. Налаживание мультиметра начина¬ют с проверки узла питания. О его исправной работе свидетельствует наличие обоих выходных напряжений и потребляемый ток в отсутствии на¬грузки не более 2 мА. Выходное напря¬жение в пределах 5,2—5,5 В устанав¬ливают с помощью стабилитрона VD3. В режиме измерения постоянного тока при неподключенных выходных гнездах на табло ЖКИ должно по¬явиться число 000 или —000, которое сменяется показанием —1888, если подать напряжение -|-5 В на вывод 37 БИС DD6. Нажатием кнопок SB1 и SB2 прове¬ряют работу узла выбора предела измерения, контролируя правильность высвечивания запятых. При необходи¬мости проверяют по осциллографу RS-триггеры DD4.1 и DD4.2, одновиб-ратор DD4.3 и счетчик DD5. Затем переходят к испытанию элек¬тронного аттенюатора. Для этого в режиме измерения напряжения пода¬ют на вход мультиметра сигнал вели¬чиной 1 В и частотой 1 кГц. Выходной сигнал контролируют на выводе 6 мик¬росхемы DA1. Коэффициент передачи входного устройства зависит от вы¬бранного предела измерения и должен составлять соответственно 1; 0,1; 0,01; 0,001 на пределах 2; 20; 200; 2000 В (мА, кОм). Если электронный дели¬тель работает исправно, закорачивают входные гнезда и подстроечным рези¬стором R28 устанавливают 0 на выхо¬де ОУ DA1. Далее подсоединяют осциллограф к выходу микросхемы DA2 (вывод 6) и переменным резистором R63 произ¬водят его балансировку. В обоих слу¬чаях точность установки нуля состав¬ляет ±0,1 мВ. Для установки чувствительности мультиметр переводят в режим изме¬рения постоянного напряжения на пределе 2 В. Подав на вход калибро¬ванное постоянное напряжение 1000 мВ, подстроечным резистором R69 устанавливают на табло показа¬ние «1.000». В режиме измерения пере¬менного напряжения на вход прибора подают сигнал величиной 1000 мВ, частотой 1 кГц и подстроечным рези¬стором R65 устанавливают на табло число «1.000». Величины резисторов R12—R15 подбирают при подключен¬ных к входу образцовых резисторах сопротивлением 100 Ом, 10, 100 кОм и 1 МОм. Компоновка цифрового тестера при¬ведена на рисунке.
