Вольтметр для лабораторных источников питания

Этот вольтметр предназначен для встраивания в регулируемые лабораторные источники питания. Он осуществляет измерение и индикацию на четырехразрядном цифровом светодиодном семисегментном индикаторе напряжения в пределах 0...99.9 В.

Этот интервал разбит на два поддиапазона: 0...9.99 В и 10,0...99,9 В, а их переключение осуществляется автоматически. В индикаторе не используются десятичные точки, поэтому разделение единиц и десятков вольт от десятых и сотых долей вольта осуществляется одним "погашенным" разрядом индикатора.

Измерение напряжения и преобразование в цифровой код осуществляет встроенный в микроконтроллер DD1 10-разрядный АЦП. Диод VD1 защищает его вход от напряжения минусовой полярности, а диод VD2 ограничивает напряжение на нем на уровне 3,1...3,3 В. Дроссель L1 совместно с конденсатором СЗ образуют фильтр питания аналоговой части микроконтроллера DD1. Конденсатор С1 снижает уровень помех на входе АЦП, а конденсатор С4 — на выходе РАЗ микроконтроллера, на котором присутствует образцовое напряжение для АЦП (2,56 В), заданное программно.

Пока входное напряжение менее 9,99 В, значение в регистрах данных АЦП меньше установленного порога и на выходе РАО микроконтроллера низкий уровень. Поэтому транзистор VT1 закрыт и резисторы R1—R3 образуют делитель напряжения с коэффициентом передачи 0,25. В этом случае "светятся" первый и второй разряды индикатора HG2, которые индицируют сотые и десятые доли вольта соответственно. Третий разряд погашен, так как он является разделительным, "светится" также первый разряд индикатора HG1, который является в данном случае третьим разрядом всего индикатора вольтметра, на нем отображаются единицы вольт.

Если входное напряжение достигнет значения 10 В и более, на выходе РАО микроконтроллера установится высокий уровень, транзистор VT1 откроется и параллельно резистору R3 через малое сопротивление сток—исток открытого транзистора будет подключен резистор R4, уменьшая коэффициент передачи резистивного делителя напряжения R1 — R4 в десять раз — 0,025. В этом случае "светятся" первый (десятые доли вольта) и третий (единицы вольт) разряды индикатора HG2 (второй является разделительным и погашен), а также первый разряд (десятки вольт) индикатора HG1.

Большинство деталей, кроме светодиодных индикаторов, монтируют на плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита. В устройстве применены оксидные конденсаторы К50-35 или импортные, резисторы - МЛТ, С2-23, транзисторы BSS88 заменимы на BS170P, КП504А. Можно применить один четырехразрядный, два двухразрядных или четыре одноразрядных светодиодных семиэлеменных индикатора с общим катодом. Дроссель L1 — ДМ-0,1 или импортный ЕС24, на плате он установлен между выводами 5 и 15 микроконтроллера со стороны печатных проводников. Питать устройство необходимо от стабилизированного источника напряжения, например, интегрального стабилизатора 78L05, подключив его к выходу выпрямителя источника питания. Но следует помнить, что максимальное входное напряжение стабилизатора 78L05 составляет 30 В. Средний ток, потребляемый устройством, — около 12 мА.

Налаживание сводится к подборке резисторов R1 и R4. Сначала, подав на вход напряжение около 5 В и контролируя его образцовым вольтметром, подборкой резистора R1 устанавливают на индикаторе необходимое значение. Затем увеличивают входное напряжение до 15...20 В и подборкой резистора R4 также устанавливают на индикаторе необходимое значение.

Источник: Радио №6, 2008 г., автор М. Озолин, с. Красный Яр Томской обл.