電圧および電流計。スキーム、説明

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電圧および電流計。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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アマチュア無線実験室の主要なデバイスの 1 つは調整可能な電源です。操作の効率と利便性を高めるには、出力電圧と負荷電流用の内蔵メーターを追加すると便利です。このようなメーターの説明は、インターネットやアマチュア無線の雑誌でよく見られます。しかし、見つかった説明が、特定の電源への統合に適したメーターの作成には適していないことが起こります。結局のところ、設置に利用可能なスペース、必要な部品の入手可能性など、多くの要素を考慮する必要があります。この記事では、実験室用電源をゼロから開発している人にとっても、それを既製の電源に統合しようとしている人にとっても役立つバージョンのメーターを紹介します。

このデバイスは、0 V の分解能で 51,1 ～ 0,1 V の直流電圧と、0 A の分解能で 5,11 ～ 0,01 A の直流電流を測定します。そのプロトタイプは、[1] で説明されているメーターで、設計が非常に単純で、良いパラメータ。安価なマイクロコントローラーを使用するために実装された主なアイデアは注目に値します。ただし、ゼロに近い出力電圧で単極電源で動作できるオペアンプを使用する必要があること、および追加の電源が存在することにより、その使用にいくつかの制限が課されます。また、試作基板上のインジケーターの位置が不便なため、水平方向に一列に設置し、メーターのフロントパネルの寸法を小さくして、使用するインジケーターの寸法に近づけた方がよいでしょう。

メーターの概略図を図に示します。 1. [1]で使用した74HC595Nチップ（記憶レジスタ付きシフトレジスタ）が見つからなかったため、記憶レジスタのない74HC164Nチップを使用しました。低電流時の輝度がはるかに高いインジケーターも使用され、メーターの消費電流を 20 mA に削減し、追加の +5 V 電圧レギュレーターの必要性を排除することができました。

米。 1.メーターの模式図（クリックで拡大）

残念ながら、74NS164N の使用には欠点があります。それは、ステータスが更新されるときにインジケーター要素が寄生的に光るということです。しかし、そのようなグローの平均輝度はわずかであり、インジケーターを覆うために通常使用される光フィルターによってさらに弱められるため、これは重大な欠点とは見なされません。さらに、マイクロコントローラーのピンの XNUMX つが解放され、たとえば温度センサーの接続に使用できます。ただし、この場合は、マイクロコントローラーのプログラムを変更する必要があります。

測定された電圧は、抵抗 R0 と R1 の分圧器を介して DD7 マイクロコントローラーの GP9 入力に供給されます。コンデンサ C6 により、電圧計の読み取り値の安定性が向上します [1]。電流センサー (抵抗 R1) からの信号は、反転アンプ、オペアンプ DA1 を介してマイクロコントローラーの GP1 入力に供給されます。 [1] とは異なり、ここでは電圧 +/-8 V のバイポーラオペアンプ電源を使用します。これは、すべてのオペアンプが「レール to レール」特性を備えているわけではなく、単極電源およびほぼゼロで正しく動作するわけではないためです。出力電圧。バイポーラ電源を使用すると、この問題を簡単に解決でき、多くの種類のオペアンプを使用できるようになります。

オペアンプ出力の電圧は -8 ～ +8 V の範囲になる可能性があるため、マイクロコントローラー入力を過負荷から保護するために制限回路 R10VD9 が使用されます。ゲインはトリミング抵抗 R8 で調整され、オペアンプの出力のゼロ電圧はトリミング抵抗 R11 で設定されます。ダイオード VD1 および VD2 は、電流センサーが破損した場合にオペアンプ入力を過負荷から保護します。

電流センサーの抵抗が比較的低いため、負荷電流がゼロから最大 (5,11 A) に変化するときの電圧測定結果の偏差は 0,06 V を超えません。メーターが負極性の電圧源に組み込まれている場合、電流センサーは、そのスタビライザーの出力分圧器の前に接続できます。この場合、電流センサーでの電圧降下は安定化フィードバック回路によって補償されます。分圧器の電流は通常小さいため、電流計の測定値にはほとんど影響を与えません。さらに、この影響はサブストリング抵抗 R11 によって補償できます。

メーターは、トランジスタ VT1 および VT2 を使用したコンバータを介して、電源整流器の出力電圧で電力を供給されます。これは、パルス変圧器の製造が必要なため、[1] よりも多少複雑ですが、必要な電圧定格をすべて取得することに問題はありません。電圧コンバータは最も単純なプッシュプル自己発振器であり、その回路は [2] から借用したものです。変換周波数は約80kHzです。

コンバータの入力と出力間のガルバニック絶縁のおかげで、メーターは任意の極性の電圧安定器に組み込むことができます。図に示されているトランジスタでは、30 ～ 44 V の入力電圧で動作しますが、出力電圧は約 8 ～ 12 V で変化します。これは、抵抗 R5 と R6 の抵抗が非常に小さくなるように選択されているためです。大きい場合、コンバータは出力短絡を恐れません。このような場合、生成は単純に失敗します。

メーターのデジタル部分に電力を供給する 5 V 電圧は、DA2 統合スタビライザーを使用して得られます。オペアンプ自体はその変化に非常に強いため、オペアンプの電源電圧を安定させる必要はありません。変換周波数に伴うリップル電圧は、マイクロコントローラー DD1 の入力にある RC フィルターによって抑制されます。周波数 100 Hz の脈動が大きすぎる場合は、[3] に記載されている脈動を低減する方法を使用することをお勧めします。

ここで、すべてのデジタルメーターに固有の測定結果の最下位桁の固有の不安定性について少し述べておく価値があります。常に真値を中心に1ずつカオスに変化します。これらの変動はデバイスの誤動作の結果ではありませんが、完全に排除することはできず、多数の測定結果を平均することによってのみ低減できます。

メーター部品は、片面に箔がコーティングされた絶縁材で作られた2枚のプリント基板に実装されています。これらは、DIP パッケージに超小型回路を取り付けるように設計されています。インジケーターは 3 つのボード (図 4) に実装され、デジタルチップとマイクロコントローラーは XNUMX 番目のボード (図 XNUMX) に実装されます。コンバータ、マイコン供給電圧安定化装置、電流センサー信号増幅器は XNUMX 番目の基板に取り付けられます (図 XNUMX)。

電圧および電流計
米。 2. インジケータが実装されているプリント基板

電圧および電流計
米。 3. デジタルチップやマイコンが実装されたプリント基板

電圧および電流計
米。 4. コンバータ、マイコン電源電圧安定化装置、電流センサー信号増幅器が実装されているプリント基板

基板上の部品の配置と基板間の接続を図に示します。 5. 赤い数字はパルストランス T1 の基板接続箇所の端子番号を示します。変圧器自体は、絶縁された取り付けワイヤで作られたクランプで固定されています。ブロッキングコンデンサ C13 と C14 は、マイクロ回路 DD2 と DD3 の電源ピンに直接はんだ付けされています。実際にやってみるとわかるように、メーターはこれらのコンデンサがなくても正常に動作します。

米。 5. 基板への部品の配置と基板間の接続（クリックで拡大）

マイコンと表示器ボードは厚さ0,5mmの亜鉛メッキ鋼板製のブラケットで接続されています。コンバータとアンプ基板は2本のM11ネジで固定されています。基板間の距離は約6mmです。このバージョンのデバイス設計 (図 XNUMX) は、このデバイスを組み込む電源のフロントパネル上で占めるスペースが少なくなります。

電圧および電流計
米。 6. 装置の設置

KR140UD708 オペアンプの代わりに、たとえば KR140UD1408 や他の多くのタイプのオペアンプを使用できます。

KR140UD708とは異なる補正回路が必要になる場合があるので注意してください。

これは、プリント回路基板を設計する際に考慮する必要があります。

74HC164 シフトレジスタの代わりに 74HC4015 を使用することもできますが、プリント基板の導体のトポロジを変更する必要があります。 KD522B ダイオードは KD510A に置き換えることができます。トリマー抵抗器 R8 および R11 - SP3-19、R9 - 輸入。永久コンデンサも輸入されています。

抵抗器 R1 (電流センサー) はニクロム線で作ることも、[1] で行ったように既製のものを使用することもできます。 TRN サーマルリレーから取り出した、断面 2,5x0,8 mm、長さ (錫メッキ端を含む) 約 25 mm のニクロムテープから作成しました。トランス T1 は、故障した CFL から取り外したサイズ 10x6x3mm のフェライトリングに巻かれています。すべての巻線は直径 2 mm の PEV-0,18 ワイヤで巻かれています。巻線 2-3 には 83 ターンが含まれ、巻線 1-2 と 4-5 - はそれぞれ 13 ターン、巻線 6-7-8 -

途中からタップで80回転。整流器の出力電圧が 30 V 未満の場合、巻線 2 ～ 3 の巻数を 4 ボルトあたり約 XNUMX 巻の割合で減らす必要があります。

それらの間では、巻線1-2-3および4-5は厚さ0,1 mmのコンデンサ紙の6層で絶縁され、巻線7-8-784からはそのような紙のXNUMX層で絶縁されます。機能をチェックした後、トランスには XB-XNUMX ワニスが含浸されます。

マイクロコントローラープログラムは、MPLAB IDE v8.92 環境で MPASM アセンブリ言語で作成されます。 1 つのオプションが提供されます。最初のオプションのファイルは「Common cathode」フォルダにあり、図の図に示されているものも含め、共通の放電陰極を備えた LED インジケータを備えたデバイスを対象としています。 4. 共通放電陽極を備えた LED インジケータをデバイスに取り付ける場合は、「共通陽極」フォルダーの XNUMX 番目のオプションのファイルを使用する必要があります。ただし、このバージョンのプログラムは実際にはテストされていません。マイクロコントローラーのプログラミングは、IC-prog プログラムと [XNUMX] で説明されている簡単なデバイスを使用して行われました。

メーターのセットアップは、測定対象の回路に電流がないときにオペアンプ DA11 の出力でトリマ抵抗 R1 をゼロに設定することから構成されます。次に、測定限界に近いがそれよりも小さい電流がこの回路に供給されます。

標準電流計とトリミング抵抗 R8 を使用して電流を制御することにより、標準デバイスと調整デバイスの読み取り値が同等になります。

標準の電圧計で測定電圧を印加して監視し、トリミング抵抗 R9 を使用してデバイスのインジケーターの対応する読み取り値を設定します。設定の詳細については、[1] に記載されています。

マイクロコントローラープログラムの両方のバージョンは、ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/05/av-meter.zip からダウンロードできます。

文学

Balaev B. PIC12F675 に電流および電圧メーターが内蔵されています。 - ラジオ、2014 年、第 12 号、p. 18-20。
Yangaliev N. ハロゲンランプに電力を供給するための電圧コンバータをベースにした電源。 - ラジオ、2005 年、第 5 号、p. 36、37。
ロスクトフ I. 電源リップルを減らす方法。 - ラジオ、1996 年、第 4 号、p. 54.
Sizov A. PonyProg で最新の PIC16、PIC12 をプログラミング。 - ラジオ、2004 年、第 2 号、p. 31、32。

著者：E。ゲラシモフ

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