Материал: МРБ 1073.(1984).[doc]
Настройку аналоговой части начинают с преобразователя напряжение — частота. Для этого необходимы цифровой вольтметр и осциллограф. В качестве
частотомера используют цифровую часть собственного прибора. Чтобы предшествующие каскады не влияли на настройку, временно отпаивают левый по схеме конец резистора R21 и подают на него постоянное напряжение отрицательной полярности — 0,5 В.
В оконечных каскадах преобразователя должен установиться автоколебательный процесс, который проверяют, подключив осциллограф к выходу микросхемы А5 (выводу 6). На экране осциллографа должно быть пилообразное напряжение. Просматривают также форму сигналов на коллекторах транзисторов V6 и VI. Если автоколебательный процесс не возникает, разрывают перемычку Б — Б между платами, подают в точку Б платы цифровой части напряжение + 9 В. В этом случае элемент D6.1 непрерывно пропускает частоту кварцевого генератора в делитель. Проверяют работу ключей на транзисторах V6 и V7, которые должны переключаться от полного закрытия до насыщения. При необходимости уточняют сопротивления резисторов R35 и R36.
Восстанавливают перемычку Б — Б. Снимают подачу отрицательного напряжения на вход преобразователя и соединяют отпаянный конец резистора R21 на общую шину. Подключив осциллограф к выходу микросхемы А5, наблюдают за изменением пилообразного напряжения при вращении движка резистора R27. При вращении движка в одну сторону частота возрастает, при вращении в другую — уменьшается, а при некотором положении — срывается. Устанавливают «нулевую» частоту преобразователя, т. е. минимальную устойчивую частоту, которую удается установить с помощью резистора R27. Практически она должна быть не более 1 Гц. Восстанавливают соединение резистора R21. Отпаивают левый (по схеме) конец резистора R10, повторяют установку «нулевой» частоты с помощью внешнего резистора R46 «Уст. О». Определитель полярности на микросхеме А2 балансируют по индикаторным диодам VS и V9. Поворотом движка резистора R16 стараются добиться такого положения, чтобы оба диода оказались погашенными. Соединяют резистор R10 по схеме; его подключение опять изменит «нулевую» частоту. Ее восстанавливают с помощью резистора R7.
Переводят прибор в режим измерения постоянного напряжения «5». Подают в точку соединения резисторов R40 и R41 постоянное напряжение + 1 В, точное значение которого контролируют по внешнему цифровому вольтметру постоянного тока. При этом должен загореться светодиод красного цвета. С помощью резистора R18 устанавливают на табло значение «10 — 00».
Подают на вход прибора (XI и Х2) точно + 10 В. Уточняют сопротивления входного делителя R41 и R42. Изменяют полярность входного напряжения с +10 на — 10 В, при этом должен загореться зеленый светодиод. Установку показания «.10 — 00» в этом случае производят резистором R9. Меняя напряжение от 10 мВ до 20 В, строят график зависимости показаний прибора от входного напряжения не менее чем в 12 — 15 точках отдельно для положительной и отрицательной полярностей. Если показания прибора отличаются от показаний внешнего цифрового вольтметра, контролирующего входное напряжение более чем на единицу, настройку следует повторить.
Измерение переменных напряжений производят при нажатой кнопке S1.5 «~». Подают на вход прибора синусоидальное напряжение с частотой 50 Гц амплитудой 1В, контролируя это напряжение цифровым вольтметром переменного тока. Регулировку прибора в этом режиме работы производят резистором R19.
Далее устанавливают прибор в режиме измерения сопротивлении «кОм». Вместо калибровочных напряжений ± 1 В сначала на вход источника тока подают 0 В и балансируют источник тока с помощью резистора R38, добиваясь при нажатой кнопке S3 «Измерение кОм, h2lЭ» восстановления «нулевой» частоты преобразователя напряжение — частота.
Подключают ко входным XI, Х2 резистор сопротивлением 10 кОм, предварительно измеренный до четырех знаков. Подают на вход источника тока + 1 В. Вращая движок подстроечного резистора R5, расположенного на плате стабилизаторов напряжения (рис. 39), добиваются установки на табло мульти-метра показания, равного значению сопротивления, измеренного до четырех знаков.
Нажимают кнопку S4 в положение «р-n-р»; на вход источника тока подается отрицательное напряжение. Установку показаний в этом случае производят с помощью резистора R6.
Авометр с автоматическим переключением диапазонов
Прибор предназначен для измерения постоянных и переменных напряжений и токов, активных сопротивлений, а также статического коэффициента передачи тока транзисторов. Напряжение питания подается на прибор от встроенных гальванических батарей.
Рис. 42. Принципиальная схема цифровой части авометра
Технические характеристики:
Верхние пределы измеряемых величин:
токов, мА . ............. 20 и 2000
сопротивлений, кОм............ 20 и 9000
постоянных напряжений....... 20 и 2000
переменных напряжений, В......... 20 и 350
коэффициента h21Э............1000
Входное сопротивление, МОм.......... 3
Число разрядов............... 3 1/2
Напряжение питания, В............ +9 и — 9
Мощность потребления, мВт..........350
Режим работы................ периодический запуск
Переключение диапазонов........... автоматическое
Рис. 43. Временные диаграммы авометра
Конструктивно авометр состоит, как и описанный выше мультиметр, в основном из двух частей: аналоговой и цифровой. Принципиальная схема аналоговой части (см. рис. 36) остается той же. Изменения коснулись только замены кнопочного переключателя S2 с ручным управлением на поляризованный дистанционный переключатель К1, который автоматически переключает диапазоны измерений.
Принципиальная схема цифровой части авометра приведена на рис. 42. Здесь изменения более существенны. Что-бы сохранить размеры печатной платы, исключено входное устройство частотомера, а на его месте собрано устройство автоматического переключения пределов измерения.
Элемент D4.1 и триггер D6.2 относятся к аналоговой части авометра (преобразователю напряжение-частота). На микросхеме D5 выполнены кварцевый генератор и делитель. Элемент D7.2 формирует импульс сброса длительностью 0,25 с, элемент D7.1 — измерительный интервал 0,25 с.
Автоматическое переключение диапазонов производится по числу импульсов, поступивших в счетчик за измерительный интервал: когда их менее 20 или более 2000.
Информация о числе импульсов, поступивших в счетчик, снимается с выходов микросхем D8 и D10 и дается после 5-го и 500-го импульсов, что не соответствует выбранным пределам. Для расширения счета (до 20 и 2000) применены триггеры на микросхемах D1 и D2.
Временные диаграммы, изображенные на рис. 43, иллюстрируют работу прибора в непрерывном режиме, а также автоматическом переключении диапазонов.
Рис. 44. Печатная плата авометра
При числе импульсов, поступивших в счетчик, менее 20 состояние на конечном выходе триггера D1 и RS-триггера, выполненного на элементах D3.1 и D3.2, не изменяется. На элементе D4.2 присутствует 1. После окончания измерительного интервала на второй вход элемента D4.2 также поступает 1. В результате их совпадения на выходе элемента D4.2 формируется отрицательный перепад напряжения, который через конденсатор С4 поступает на транзисторы VI и V2. Транзисторы открываются, через обмотки 1 — 5 и 3 — 7, включенные параллельно, проходит кратковременный импульс тока, который переключает переключатель К.1 в положение первого диапазона «20.00» или подтверждает его прежнее состояние.
Если в счетчик поступило более 20 импульсов, первый же перепад напряжения на выводе 1 триггера D1 переводит RS-триггер на элементах D3.1 и D3.2 в такое состояние, что на входе 5 элемента D4.2 устанавливается 0. Поступление последующих перепадов на выходе 1 триггера D1 не изменяет состояние R5-триггера. Элемент D4.2 оказывается закрытым и потому никаких сигналов на переключатель К.1 не подается.
Переключение прибора на верхнем пределе производится следующим образом. Если в счетчик прошло менее 2000 импульсов, элемент D4.3 закрыт, команды на переключатель не подается. Как только число импульсов превысит 2000, еще до окончания измерительного интервала, на выходе 13 триггера D2 устанавливается 1. На выходе элемента D4.3 формируется отрицательный перепад напряжения, который через конденсатор СЗ поступает на транзисторы V3 и V4. Теперь импульс тока проходит по обмоткам 2 — 6 и 4 — 8, переключатель Л7 перебрасывается в положение второго диапазона измерений «2000». Прибор будет находиться в этом положении до тех пор, пока число импульсов, поступивших в счетчик, не станет менее 20. В этом случае снова включается первый диапазон и т. д.
В качестве реле в приборе применен поляризованный дистанционный переключатель постоянного тока РПС24 с четырьмя элементами на переключение (паспорт РС4.521.914.П2). Питается авометр от двух батарей «Крона».
Чертеж печатной платы цифровой части авометра и расположение на ней деталей даны на рис. 44. При отсутствии ошибок в монтаже настройки цифровой части прибора не требуется.
Однако практически выполнить данный монтаж без ошибок довольно сложно. Дело в том, что печатные платы как аналоговая так и цифровая, при сравнительно малых размерах содержат большое число радиоэлементов. Печатный монтаж получается очень плотным.
К изготовлению такой платы следует отнестись как можно аккуратней, а после изготовления (до установки на нее деталей) тщательно проверить. Устранить ряд нарушений печати помогут увеличительное стекло и заостренный нож или большая игла, вставленная в цанговый карандаш. Сомнительные места лучше проверить на короткое замыкание с помощью омметра. Особое внимание следует уделить местам прохождения дорожек между близко расположенными контактными площадками микросхем. Чтобы не замкнуть две соседние конаактные площадки пайку элементов следует производить паяльником с острым жалам.
После установки на плату всех деталей не надо торопиться с подключением к ней питания. Следует еще раз внимательно проверить правильность выполнения монтажа, расположение и ориентацию деталей и только после того как будут устранены замеченные недостатки и ошибки можно включить питание и приступить к налаживанию.
На цифровой плате с целью сокращения печатных дорожек ЖКИ располагают над корпусами микросхем D8 — D11, поэтому во избежание всяких случайностей целесообразно сначала не ставить его на плату. С помощью осциллографа убеждаются в правильности работы счетных декад D8 — D11, а потом устанавливают индикатор на плату.
Можно вообще не устанавливать индикатор на цифровой плате, а вынести его на дополнительную, соединенную с основной тонкими проводниками. В этом же случае появляется реальная возможность замены ЖКИ на другие типы индикаторов, например, оветоизлучающие диоды.
Для цифровых приборов с автономным питанием желательно предусмотреть изготовление комбинированного питания с помощью выносного шнура с вмонтированными у вилки сетевым трансформатором и простым выпрямителем, как это делают у микрокалькуляторов для получения ±9 В нестабилизированного напряжения при токе нагрузки 50 — 100 мА.
Заключение
Вы познакомились со схемотехническими решениями построения радиолюбительских цифровых приборов и должны теперь сами определить и выбрать наиболее приемлемый вариант прибора, учитывая свои знания, опыт и возможности приобретения необходимых деталей.
Изготовление универсального цифрового прибора с высокими точностными характеристиками — процесс достаточно сложный и трудоемкий, а потому длительный. Его нельзя сделать за короткий срок. Чем сложнее прибор, тем больше требуется знаний и опыта. Ведь он должен удовлетворять современным требованиям и быть построен на современной элементной базе. Чем дефицитнее детали, тем чаще необходима их замена, что обычно приводит к отступлению от схемы и дополнительным трудностям. Отсутствие необходимых измерительных приборов для настройки также сказывается отрицательно. Все это приводит к тому, что изготовление сложных приборов часто не доводится до конца.
Предлагаемые приборы рассчитаны на подготовленных радиолюбителей, Это отнюдь не означает, что многочисленной армии радиолюбителей, -имеющих малый опыт работы, нельзя приступать к их изготовлению. В этом случае, опираясь на личный опыт, накопленный в течение многолетней радиолюбительской деятельности, автор считает уместным дать некоторые советы, в первую очередь, тем, кто впервые приступает к работе в области цифровой измерительной техники.
Самое главное — не пытайтесь делать весь прибор сразу. Если собирать сложный прибор на малогабаритных деталях с высокой плотностью монтажа, то он может оказаться по ряду причин неработоспособным, а настройка и налаживание его весьма трудоемкими. Вероятность удачного завершения изготовления такого прибора очень мала.
Схемотехнические решения приборов базируются на различных принципах и методах цифровой техники, которые освоить сразу очень трудно. Преодолеть эти трудности поможет разделение процесса изготовления прибора на ряд самостоятельных этапов (изготовления отдельных узлов), каждый из которых представляет несомненный интерес.
Узлы функционально закончены, имеют свои собственные входные и выходные характеристики. Каждый из них должен пройти полный цикл изготовления: монтаж, сборку и настройку.
Обычно с первыми этапами конструирования — монтажем и сборкой радиолюбители справляются более или менее успешно. Однако работа на этом не заканчивается: собранная плата нуждается в налаживании и настройке. Во многих случаях при первом опробовании обнаруживается, что изготовленный узел работает не так, как это предполагалось, или даже вообще бездействует. Нередко малоопытный радиолюбитель склонен полагать, что им сделано все правильно, а причина неудовлетворительной работы узла заключается в плохой схеме. Конечно, каждый узел можно выполнить не по одной схеме. При разработке приборов были опробованы различные принципы и схемотехнические решения отдельных узлов. Здесь предлагаются только те, которым автор по тем или иным причинам отдал предпочтение.
Типичная ошибка начинающих радиолюбителей — недостаточное уделение внимания настройке. При изготовлении цифровых измерительных приборов она занимает гораздо больше времени, чем монтаж и сборка и отнестись к ней надо со всей серьезностью. Чем тщательней произведена настройка узлов, тем более точные характеристики можно получить от прибора.
И еще один важный совет: взявшись за изготовление узла, доведите дело до конца. Не переходите к следующему, не закончив все работы с предыдущим. Не откладывайте работы на потом. Не справившись с отдельным узлом, нельзя изготовить прибор в целом. Совсем другое дело, если работа с отдельными узлами оканчивается успешно. Интерес к работе усиливается. От узла к узлу незаметно повышается практический опыт, накапливаются знания.
В данной книге затронуты далеко «е все вопросы, которые могут возникнуть при изготовлении приборов. Здесь, например, не дана конкретная компановка приборов: его художественного оформления, расположения органов управления с точки зрения удобства эксплуатации и простоты обращения, требований в отношении ограничения габаритов. Нет конструкторских чертежей шасси и корпуса. Естественно, что в процессе изготовления у читателей могут возникнуть и другие вопросы, не нашедшие отражения в книге. В таких случаях следует обращаться к рекомендованной литературе, из которой можно почерпнуть более глубокие и подробные сведения об изготовлении цифровых измерительных приборов.