3.Схемотехника основных узлов цифрового вольметра

3.1 Входное устройство

Входное устройство состоит из схемы защиты от перенапряжения и делителя напряжения.

Делитель предназначен для выбора пределов измерения за счет деления входного напряжения. В нашем случае три предела измерения:

Следовательно, будет три переключателя положений измерения SB1.1, SB2.1, SB3.1 и четыре резистора R1, R2, R3, R4.

Рисунок 3 - Схема входного делителя напряжения

Сопротивление на входе делителя напряжения примем равным целью снижения влияний вольтметра на измеряемую цепь входным сопротивлением вольтметра. Общее сопротивление делителя составит:

Рассчитаем номиналы резисторов:

Номинал резистора (

Номинал резистора

Номинал резистора

 

Номинал резистора

Мощность:

Мощность, рекомендуемая преподавателем:

Прямое напряжение:

 

Обратное напряжение:

Прямой ток:

Частота измерения:

Расчетное значение сопротивлений сверим с рядом E192 с учетом допуска . В качестве , , и будем использовать прецизионные резисторы типа С2-29B мощностью 0.25 Вт и с допуском . Предельное рабочее напряжение составляет 200 В., что обеспечит необходимый запас прочности по напряжению.

С2-29B - 0,25 - -

С2-29B - 0,25 - -

С2-29B - 0,25 - -

С2-29B - 0,25 - -

Суммарная максимальная погрешность делителя составляет:

Для защиты от перенапряжения воспользуемся двумя диодами , и резистором, ограничивающими ток на входе. Для данной схемы возьмём два диода типа КД212А, ток которого равен 1 А, максимальное прямое падение напряжения равно 1 В, максимальное обратное падение напряжения равно 500 В. Роль ограничительного резистора выполняет резистор делителя напряжения.

В схеме входного устройства для усиления напряжения воспользуемся прецизионным операционным усилителем К140УД25А.

Рисунок 4 - Цоколевка ИМС К140УД25А

Рисунок 5 - Схема включения усилителя напряжения ИМС К140УД25А

Коэффициент усиления составляет:

 

В данной схеме включения используется обратная отрицательная связь. Отрицательная обратная связь делает систему более устойчивой к случайному изменению параметров в случае возникновения помех. Так как усилитель применяется для усиления постоянного напряжения, то ее применение вполне оправдано.

Таблица 1 - Назначение выводов ИМС К140УД25А

Вывод Назначение

1 Не подключен

2 Инвертирующий вход

3 Прямой вход

4

5 Корректировка

6 Выход

7

8 Корректировка

Таблица 2 - Параметры усилителя ИМС К140УД25А

Параметр

Напряжение питания, В(13,5тАж16,5)В

Потребляемая мощность, мВт160

Коэффициент усиления, дБ88

Входной ток, нАне более 4

Входное сопротивление, МОм40

Напряжение смещения, мкВне более 75

Скорость наростания входного напряжения, В/мкс0,1

Граничная частота, МГцне менее 0,4

Рассчитаем сопротивления:

Примем номинал резистора равным:

Тогда получаем:

Номинал резистора :

Рисунок 6 - Схема входного устройства

3.2 Генератор тактовых импульсов

Рассмотрим схему генератора с кварцевым резонатором, выполненным на логических элементах 2И-НЕ. Элемент DD1.1 охвачен здесь 100 %-ной отрицательной обратной связью и, следовательно, представляет собой просто усилитель с коэффициентом передачи 1. Элемент DD1.3 представляет собой логический инвертор, который в моменты переключения из одного состояния в другое вносит в цепь небольшое усиление, достаточное для компенсации потерь в кварцевом резонаторе и, значит, для возникновения незатухающего колебательного процесса. Напряжение на выходе генератора имеет вид последовательности прямоугольных импульсов.

Основная задача генератора с кварцевым резонатором - получение колебаний с весьма стабильной частотой. Для этого, нужно в максимально возможной степени уменьшить влияние на работу кварцевого резонатора подсоединяемой к нему внешней электрической цепи. Частота автогенератора будет определяться только частотой кварца. Частота генерируемых колебаний 10кГц.

В качестве элементов 2И-НЕ используются элементы микросхемы КР1554ЛА3, описание которой представлено ниже.

Рисунок 7 - Цоколевка ИМС КР1554ЛА3

№ выв.	Назначение	№ выв.	Назначение
1	Вход	8	Выход
2	Вход	9	Вход
3	Выход	10	Вход
4	Вход	11	Выход
5	Вход	12	Вход
6	Выход	13	Вход
7	Общий	14

Таблица 3 - Назначение выводов ИМС КР1554ЛА3

Параметр	Величина
Напряжение питания, В	-0,5 … +18
Потребляемый ток, мкА	<4
Т, ºС	-45 … +85
Потребляемая мощность, мВт	300

Таблица 4 - Параметры ИМС КР1554ЛА3

Рисунок 8- Схема генератора тактовых импульсов (ГТИ)