Электрическая схема цифрового вольтметра и амперметра
В статье представлены рабочие электрические схемы цифровых вольтметра и амперметра, а также схемы их подключения, что позволит создать, подключить и наладить приборы самостоятельно.
В старых лабораторных блоках питания были стрелочные индикаторы, но сейчас используются цифровые. Сейчас радиолюбители чаще всего делают такие приборы на основе микроконтроллера или микросхем АЦП вроде КР572ПВ2, КР572ПВ5.
Микросхема СА3162Е для цифровых вольтметра и амперметра
Существуют и другие микросхемы аналогичного действия. Например, микросхема СА3162Е предназначена для создания измерителя аналоговой величины с отображением результата на трехразрядном цифровом индикаторе.
Микросхема СА3162Е представляет собой АЦП с максимальным входным напряжением 999 mV (при этом показания «999») и логической схемой, которая выдает сведения о результате измерения в виде трех поочередно меняющихся двоично-десятичных четырехразрядных кодов на параллельном выходе и трех выходах для опроса разрядов схемы динамической индикации.
Чтобы получить законченный прибор, нужно добавить дешифратор для работы на семисегментный индикатор и сборку из трех семисегментных индикаторов, включенных в матрицу для динамической индикации, а также, трех управляющих ключей.
Тип индикаторов может быть любым — светодиодные, люминесцентные, газоразрядные, жидкокристаллические, все зависит от схемы выходного узла на дешифраторе и ключах. Здесь используется светодиодная индикация на табло из трех семисегментных индикаторов с общими анодами.
Индикаторые включены по схеме динамической матрицы, то есть, все их сегментные (катодные) выводы включены параллельно. А для опроса, то есть, последовательного переключения, используются общие анодные выводы.
Принципиальная схема вольтметра
Принципиальная схема цифрового вольтметра до 100В на микросхемах СА3162, КР514ИД2
Выше можно увидеть электрическую схему вольтметра, измеряющего напряжение от 0 до 100V (0. 99,9V). Измеряемое напряжение поступает на выводы 11–10 (вход) микросхемы D1 через делитель на резисторах R1–R3.
Конденсатор СЗ исключает влияние помех на результат измерения. Резистором R4 устанавливают показания прибора на ноль, при отсутствии входного напряжения А резистором R5 выставляют предел измерения так, чтобы результат измерения соответствовал реальному, то есть, можно сказать, им калибруют прибор.
Теперь о выходах микросхемы. Логическая часть СА3162Е построена по логике ТТЛ, а выходы еще и с открытыми коллекторами. На выходах «1-2-4-8» формируется двоичнодесятичный код, который периодически сменяется, обеспечивая последовательную передачу данных о трех разрядах результата измерения.
Если используется дешифратор ТТЛ, как, например, КР514ИД2, то его входы непосредственно подключаются к данным входам D1. Если же будет применен дешифратор логики КМОП или МОП, то его входы будет необходимо подтянуть к плюсу при помощи резисторов. Это нужно будет сделать, например, если вместо КР514ИД2 будет использован дешифратор К176ИД2 или CD4056.
Выходы дешифратора D2 через токоограничивающие резисторы R7–R13 подключены к сегментным выводам светодиодных индикаторов Н1–НЗ. Одноименные сегментные выводы всех трех индикаторов соединены вместе. Для опроса индикаторов используются транзисторные ключи VT1–VT3, на базы которых подаются команды с выходов Н1–НЗ микросхемы D1.
Эти выводы тоже сделаны по схеме с открытым коллектором. Активный ноль, поэтому используются транзисторы структуры р-п-р.
Принципиальная схема амперметра
Принципиальная схема цифрового амперметра до 10А и более на микросхемах СА3162, КР514ИД2
Схема практически такая же, за исключением входа. Здесь вместо делителя стоит шунт на пятиваттном резисторе R2 сопротивлением 0,1 От. При таком шунте прибор измеряет ток до 10А (0. 9.99А). Установка на ноль и калибровка, как и в первой схеме, осуществляется резисторами R4 и R5.
Выбрав другие делители и шунты, можно задать другие пределы измерения, например, 0. 9.99V, 0. 999mA, 0. 999V, 0. 99.9А. Это зависит от выходных параметров того лабораторного блока питания, в который будут установлены эти индикаторы. Также, на основе данных схем можно сделать и самостоятельный прибор для измерения напряжения и тока (настольный мультиметр).
При этом нужно учесть, что даже используя жидкокристаллические индикаторы прибор будет потреблять существенный ток, так как логическая часть СА3162Е построена по ТТЛ-логике. Поэтому, хороший прибор с автономным питанием вряд ли получится. А вот автомобильный вольтметр (рис.4) выйдет неплохой.
Питаются приборы постоянным стабилизированным напряжением 5V. В источнике питания, в который будут они установлены, необходимо предусмотреть наличие такого напряжения при токе не ниже 150 mA.
Подключение прибора
На рисунке 3 показана схема подключения измерителей в лабораторном источнике.
Схема подключения вольтметра и амперметра в лабораторном источнике
Ниже отражена схема подключения измерителей в лабораторном источнике:
Схема подключения измерителей в лабораторном источнике
Самодельный автомобильный вольтметр на микросхемах
Рекомендации по подбору комплектующих для монтажа вольтметра и амперметра
Пожалуй, самое труднодоставаемое — это микросхемы СА3162Е. Из аналогов нам известна только NTE2054. Возможно есть и другие аналоги. С остальным значительно проще. Как уже сказано, выходную схему можно сделать на любом дешифраторе и соответствующих индикаторах. Например, если индикаторы будут с общим катодом, то нужно КР514ИД2 заменить на КР514ИД1 (цоколевка такая же), а транзисторы VТ1–VТЗ перетащить вниз, подсоединив их коллектора к минусу питания, а эмиттеры — к общим катодам индикаторов. Можно использовать дешифраторы КМОП-логики, подтянув их входы к плюсу питания при помощи резисторов.
Налаживание цифрового вольтметра и амперметра
В общем-то оно совсем несложное. Начнем с вольтметра. Сначала замкнем между собой выводы 10 и 11 D1, а подстройкой R4 выставим нулевые показания. Затем, убираем перемычку, замыкающую выводы 11–10 и подключаем к клеммам «нагрузка» образцовый прибор, например, мультиметр.
Регулируя напряжение на выходе источника, резистором R5 настраиваем калибровку прибора так, чтобы его показания совпадали с показаниями мультиметра. Далее налаживаем амперметр. Сначала, не подключая нагрузку, регулировкой резистора R5 устанавливаем его показания на ноль. Теперь потребуется постоянный резистор сопротивлением 20 От и мощностью не ниже 5W.
Устанавливаем на блоке питания напряжение 10V и подключаем этот резистор в качестве нагрузки. Подстраиваем R5 так чтобы амперметр показал 0,50 А.
Можно выполнить калибровку и по образцовому амперметру, но нам показалось удобнее с резистором, хотя конечно на качество калибровки очень влияет погрешность сопротивления резистора.
Таким же образом можно сделать и автомобильный вольтметр:
Самодельный автомобильный вольтметр на микросхемах
От первой схемы эта отличается только входом и схемой питания. Такой прибор теперь питается от измеряемого напряжения, то есть измеряет напряжение, поступающее на него как питающее.
Напряжение от бортовой сети автомобиля через делитель R1-R2-R3 поступает на вход микросхемы D1. Параметры этого делителя такие же как в первой схеме, то есть для измерения в пределах 0. 99.9V.
Но в автомобиле напряжение редко бывает более 18V (больше 14,5V уже неисправность). И редко опускается ниже 6V, разве только падает до нуля при полном отключении. Поэтому прибор реально работает в интервале 7. 16V. Питание 5V формируется из того же источника, с помощью стабилизатора А1.
ICL7107CPL (КР572ПВ2): цифровой вольтметр и амперметр для лабораторного блока питания
От Датагора:
Да простят меня адепты модной микроконтроллерной схемотехники!
Сейчас, когда микроконтроллеры ставят куда надо и не надо; когда в массовое сознание продвигается Идея, что микроконтроллер нужен даже в выключателе света в туалете; когда все чего-то «прошивают», часто не понимая, что делают, я с удовольствием представляю статью Александра Минченко о применении отличной специализированной микросхемы ICL7107CPL.
Микросхема ICL7107CPLZ (Intersil, USA. Отечественный аналог КР572ПВ2А) — интегрирующий АЦП с выходом на светодиодные семисегментные индикаторы, 3.5 десятичных разряда. Содержит семисегментные декодеры, драйвер дисплея, сравнивающий элемент и счетчик.
Это чип применим для построения цифровых измерительных приборов, термометров, вольтметров, амперметров и т.п. — смотри даташит.
Обвязка минимальная, результаты отличные. Достаточно сказать, что большинство цифровых мультиметров построены на базе чипов ICL710х. А яркая LED-индикация обеспечит Вам неповторимый внешний вид.
Содержание статьи / Table Of Contents
С исправлениями от 30/10/2011
↑ Итак, вольтметр. Вариант забугорный, «Т-образный»
↑ Вариант мой, «Сэндвич»
При сборке второго варианта платы в ход пошли ножки резисторов и конденсаторов, а также шестигранные стойки из плотного капрона с внутренней сквозной резьбой М3 и небольшой кусок плёнки-самоклейки Oracal матово-белого цвета.
На фото показана очерёдность сборки конструкции. В зависимости от количества диодов в схеме (2-3шт.) можно скорректировать яркость свечения индикаторов. Я установил 3шт. в вольтметре и 2шт. в амперметре (т.к. красный индикатор оказался значительно ярче зеленого).
Кто будет изготавливать платы без ЛУТ-технологии, может столкнутся с проблемой рисования лаком большого количества прямоугольных площадок с одинаковыми зазорами. Я печатал рисунок, затем приклеивал его к текстолиту с стороны меди и при помощи металлической линейки канцелярским ножом делал прорези. Между прорезями, после снятия бумаги и зачистки, лак очень хорошо заливается, не вытекая за границы.
↑ Сборка
затем на плату индикации:
Дальше впаиваем перемычки на плату индикации, отгибая каждую на расстоянии 4 мм от края на угол примерно 30-35 градусов. Я загибал одновременно все перемычки при помощи небольших тисков.
После этого складываем платы пайкой друг к другу, скрепляем на болтики с втулками. Лишние по длине перемычки аккуратно обрезаем маленькими бокорезами. После чего нужно пинцетом прижать каждую обрезанную перемычку к плате для дальнейшей припайки.
После установки микросхемы, индикаторов и оклейки их матовой самоклейкой получаем это:
Передохнули , поехали дальше – амперметр.
↑ Амперметр
В оригинале статьи, на схеме, были ещё два предела измерения — 2А и 10А
↑ Питание
Конвертор позволит питать схему от однополярного источника питания. Варианты конверторов для получения отрицательного напряжения из положительного см. ниже.
У меня же питание осуществляется от стабилизированного двуполярного источника питания 5В (7805, 7905), конструктивно выполненного на отдельной плате.
↑ Настройка
Настройка сводится к калибровке показаний напряжения и тока по показаниям образцового (поверенного) прибора, при помощи вращения движка построечного сопротивления. Учитывая, что в схеме установлен многооборотное сопротивление, калибровка показаний очень легка.
↑ Детали
Все резисторы 0,125-0,25Вт, конденсаторы — керамика на 50В, подстроечное сопротивление многооборотное.
Вместо панельки под микросхему и индикаторы использовал 40 pin цанговую линейку (резал пополам), можно применить и панельку, тогда необходимо внутри вырезать перемычки, диоды типа 1N4148, 1N4007. Индикаторы любые 7-и сегментные, зелёного и красного свечения с общим анодом. Я применил индикаторы с высотой знака 13 мм.
↑ Файлы
Наш файловый сервис предназначен для полноправных участников сообщества «Datagor Electronics».
Для получения файла зарегистрируйтесь и войдите на сайт с паролем.
В архиве все варианты печаток в LAY и схема в sPlan.
С исправлениями от 30/10/2011
��shemy-i-platy.7z 39.94 Kb ⇣ 717
Наш файловый сервис предназначен для полноправных участников сообщества «Datagor Electronics».
Для получения файла зарегистрируйтесь и войдите на сайт с паролем.
Кто соберёт на SMD-плате — если потребуется, откорректируйте её под размеры площадок и вместе с фото отправьте Игорю (Datagor) или мне для добавления в статью вашего варианта.
ВНИМАНИЕ, друзья. У кого есть свои проверенные варианты печаток — присылайте вкупе со схемами пожалуйста!
#23-10-2011 Варианты схем и печаток от FOLKSDOICH (исправлено)
��folksdoich-7107-ui-v.2.7z 52.75 Kb ⇣ 693
Наш файловый сервис предназначен для полноправных участников сообщества «Datagor Electronics».
Для получения файла зарегистрируйтесь и войдите на сайт с паролем.
↑ Дополнение от Датагора: конверторы отрицательного напряжения питания
Предлагаю два варианта конверторов для получения отрицательного напряжения питания схемы.
Оба варианта на широко распространенных чипах, без применения редких специализированных чипов типа MAX1044 или ICL7660.
Как собрать амперметр и вольтметр
Амперметр и вольтметр на ICL7107CPL (КР572ПВ2) для лабораторного блока питания.
Автор: Александр Минченко, alexandrminchenko@yandex.ru
Опубликовано 19.02.2013
Создано при помощи КотоРед.
Идея и схема не нова, но я хочу предложить оригинальную конструкцию. Схема практически взята с описания ICL7107CPL.
На просторах интернета была найдена статья, в которой я нашел фото готового устройства с Т-образной печатной платой вольтметра. Идея мне сразу понравилась тем, что отсутствует жгут проводов между основной платой и платой с индикацией.
Затем, не смотря на всю более менее компактность, я решил использовать по делу свободное место под микросхемой и развёл туда почти все элементы схемы.
Получилось очень даже компактно. Это получился мой первый вариант.
Повертевши плату в руках, прикинув место расположения в корпусе, я понял, что при установке двух таких плат, амперметра и вольтметра, внутреннее пространство для монтажа уменьшится не в мою пользу. Корпус большего размера мне не захотелось приобретать, тогда пришла мысль второго варианта сборки платы устройства – «сэндвич».
При сборке второго варианта платы в ход пошли ножки резисторов и конденсаторов, а также шестигранные стойки из плотного капрона с внутренней сквозной резьбой М3, втулки из детского набора для плетения всяких фенечек (2000шт. в упаковке, по цене 3$) и небольшой листик плёнки самоклейки матово-белого цвета (фирмы Oracal). На фото показана очерёдность сборки конструкции. В зависимости от количества диодов в схеме 2-3шт. можно скорректировать яркость свечения индикаторов. Я установил 3шт. в вольтметре и 2шт в амперметре (просто мне красный резал по глазам), вместо третьего установил перемычку.
Кто будет изготавливать платы без ЛУТ технологии как я, может столкнутся с проблемой рисования лаком прямоугольных площадок (под пайку перемычек или спайку Т-платы) с одинаковыми зазорами. Я делал так, печатал рисунок, затем приклеивал его к текстолиту с стороны меди и при помощи металлической линейки канцелярским ножом делал прорези. Между прорезями, после снятия бумаги и зачистки, лак очень хорошо заливается, не вытекая за границы.
Схема включения амперметра и вольтметра
В амперметрах ток, проходящий по прибору, создает вращающий момент, вызывающий отклонение его подвижной части на угол, зависящий от этого тока. По этому углу отклонения определяют величину тока амперметра.
Рис. 1. Схема включения амперметра и вольтметра
Для того чтобы по показанию вольтметра определить напряжение на зажимах приемника энергии или генератора, необходимо его зажимы соединить с зажимами вольтметра так, чтобы напряжение на приемнике (генераторе) было равно напряжению на вольтметре (рис. 1).
Сопротивление вольтметра должно быть большим по сравнению с сопротивлением приемника энергии (или генератора) с тем, чтобы его включение не влияло на измеряемое напряжение (на режим работы цепи).
Рис. 2. Схема включения вольтметра
При этом на первом приемнике напряжение U1 =80 В, а на втором U 2=40 В.
Если параллельно первому приемнику включить вольтметр с сопротивлением rv= 2000 ом для измерения напряжения на его зажимах, то напряжение как на первом, так и на втором приемниках будет иметь значение U ‘ 1 = U ‘ 2 =60 В.
Таким образом, включение вольтметра вызвало изменение напряжения на первом приемнике с U1= 80 В до U ‘ 1 = 60 В , т. е. погрешность в измерении напряжения, обусловленная включением вольтметра равна ((60 В — 80 В)/80 В) х 100% = -25%
Таким образом, сопротивление вольтметра должно быть большим и тем большим, чем больше его номинальное напряжение. При номинальном напряжении 100 В сопротивление вольтметра rv = (2000 — 50000) ом. Вследствие большого сопротивления вольтметра мала мощность потерь в нем .
При номинальном напряжении вольтметра 100 В мощность потерь Р v = ( Uv 2 /rv ) Ва.
Из изложенного следует, что амперметр и вольтметр могут иметь измерительные механизмы одинакового устройства, отличающиеся только своими параметрами. Но амперметр и вольтметр различным образом включаются в измеряемую цепь и имеют разные внутренние (измерительные) схемы.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!