电压和电流表。方案、说明

电压和电流表。无线电电子电气工程百科全书

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业余无线电实验室的主要设备之一是可调电源。为了提高效率和操作便利性，可以补充一个内置的输出电压和负载电流表。在互联网和业余无线电杂志上经常可以找到此类仪表的描述。但碰巧发现的描述并不适合创建适合集成到特定电源中的仪表。毕竟，您必须考虑许多因素，例如安装的可用空间、必要部件的可用性。本文介绍了该仪表的一个版本，对于从头开始开发实验室电源的人员以及打算将其集成到现成电源中的人员都非常有用。

该装置可测量0～51,1 V的直流电压，分辨率为0,1 V；测量0～5,11 A的直流电流，分辨率为0,01 A。其原型为文献[1]中描述的仪表，设计十分简单，具有良好的参数。其中使用廉价微控制器的主要思想值得关注。然而，需要使用能够在输出电压接近于零的单极电源下工作的运算放大器，以及附加电源的存在，对其使用施加了一些限制。另外，原型板上的指示灯位置不方便，最好水平安装，并减小仪表前面板的尺寸，使其更接近所用指示灯的尺寸。

仪表原理图如图所示。 1、由于找不到[1]中使用的74HC595N芯片（带有存储寄存器的移位寄存器），所以使用了74HC164N芯片，其中没有存储寄存器。还使用了低电流下亮度更高的指示器，从而可以将仪表消耗的电流降至 20 mA，并且无需额外的 +5 V 稳压器。

米。一、仪表示意图（点击放大）

不幸的是，使用 74HC164N 有一个缺点 - 指示器元件在更新其状态时会产生寄生发光。但由于这种辉光的平均亮度微不足道，并且通常覆盖指示器的滤光片进一步削弱了这种辉光，因此这不能被视为严重缺陷。此外，微控制器的输出之一被释放，可用于连接温度传感器等。然而，在这种情况下，有必要对微控制器程序进行更改。

测量的电压通过电阻器 R0 和 R1 的分压器馈送到微控制器 DD7 的输入 GP9。电容器 C6 提高了电压表读数的稳定性 [1]。来自电流传感器（电阻器 R1）的信号通过运算放大器 DA1 上的反相放大器馈送到微控制器的输入 GP1。与[1]相反，这里使用+/-8 V的双极电源，因为并非所有运算放大器都具有“轨到轨”特性并且可以在单极电源和几乎为零的输出电压下正常工作。双极电源很容易解决这个问题，允许使用非常多种类型的运算放大器。

由于运算放大器输出的电压范围为 -8 至 +8 V，因此使用限制电路 R10VD9 来保护微控制器输入免受过载。增益通过微调电阻 R8 调节，运算放大器输出的零电压通过微调电阻 R11 设置。如果电流传感器发生故障，二极管 VD1 和 VD2 可以保护运算放大器输入免受过载影响。

由于电流传感器的电阻相对较低，负载电流从零到最大（5,11A）变化时电压测量结果的偏差不超过0,06V。如果仪表内置负极性电压源，电流传感器可以连接在其稳定器的输出分压器之前。在这种情况下，电流传感器的压降将由稳定器反馈电路补偿。由于分压电流通常较小，因此对电流表读数几乎没有影响，而且这种影响可以通过子串电阻R11来补偿。

电源整流器的输出电压通过晶体管 VT1 和 VT2 变换器为仪表供电。这比[1]中的情况要复杂一些，因为它需要制造脉冲变压器，但获得所有所需的电压额定值没有问题。电压转换器是最简单的推挽自激振荡器，其电路借鉴于文献[2]。转换频率约为80kHz。

由于转换器的输入和输出之间存在电流隔离，该仪表可以内置于任何极性的稳压器中。对于图中所示的晶体管，它可在 30 至 44 V 的输入电压下工作，而输出电压在大约 8 至 12 V 之间变化。由于电阻器 R5 和 R6 的电阻选择得相当大，转换器不怕输出短路。在这种情况下，这一代人就会崩溃。

使用 DA5 集成稳定器获得为仪表数字部分供电的 2 V 电压。不需要稳定运算放大器的电源电压，因为它本身对变化具有很强的抵抗力。微控制器 DD1 输入端的 RC 滤波器可抑制随转换频率变化的纹波电压。如果频率为100 Hz的脉动太大，建议采用[3]中描述的方法来减小脉动。

这里值得说一下所有数字仪表固有的测量结果最低有效位的不稳定性。它总是在真实值周围随机变化 XNUMX。这些波动并不是由于仪器故障造成的，但无法完全消除，只能通过对大量测量结果进行平均来减少。

仪表部件安装在三块印刷电路板上，该印刷电路板由一侧贴箔的绝缘材料制成。它们设计用于在 DIP 封装中安装微电路。指示器安装在一块板上（图 2），数字微电路和微控制器安装在第二块板上（图 3）。转换器、微控制器电源稳压器和电流传感器信号放大器安装在第三块板上（图4）。

电压电流表
米。 2. 安装指示灯的印刷电路板

电压电流表
米。 3. 安装有数字芯片和微控制器的印刷电路板

电压电流表
米。 4. 印刷电路板，其上安装有转换器、微控制器电源稳压器和电流传感器信号放大器

电路板上零件的放置和板对板连接如图 5 所示。 1. 上面的红色数字表示脉冲变压器T13的输出在与板子连接处的编号。变压器本身用绝缘安装线的夹子固定在其上。隔直电容器 C14 和 C2 直接焊接到 DD3 和 DDXNUMX 微电路的电源引脚。实践证明，在没有这些电容器的情况下，仪表可以正常工作。

米。 5. 板上零件的放置和板对板连接（点击放大）

微控制器和指示器的板通过0,5毫米厚的镀锌钢制成的支架连接。转换器和放大器板用两个M2螺钉固定。板之间的距离约为11毫米。该版本的设备设计（图 6）在必须内置该设备的电源前面板上占用的空间较少。

电压电流表
米。 6.设备的安装

例如，可以使用 KR140UD708 和许多其他类型的运算放大器来代替 OU KR140UD1408。

应该注意的是，它们可能需要除 KR140UD708 之外的其他校正电路。

在设计印刷电路板时应考虑到这一点。

您可以使用 74HC164 代替移位寄存器 74HC4015，但您必须更改电路板印刷电路导体的拓扑。二极管KD522B可用KD510A代替。微调电阻R8和R11-SP3-19，R9-进口。永久电容器也是进口的。

电阻器 R1（电流传感器）可以由镍铬合金线制成或使用现成的，如[1]中所做的那样。我用一块镍铬合金带制成，截面为 2,5x0,8 毫米，长度（包括镀锡端）约为 25 毫米，从 TRN 热继电器中提取。变压器 T1 缠绕在尺寸为 10x6x3mm 的铁氧体环上，该铁氧体环是从有故障的 CFL 上拆下的。所有绕组均采用直径为2毫米的PEV-0,18线绕制。绕组 2-3 包含 83 匝，绕组 1-2 和 4-5 - 各 13 匝，绕组 6-7-8 -

从中间轻敲 80 圈。如果整流器的输出电压低于 30V，则绕组 2-3 的匝数必须减少至每伏约 4 匝。

绕组1-2-3和4-5之间用一层0,1毫米厚的电容器纸绝缘，绕组6-7-8用两层这样的纸绝缘。检查功能后，用 XB-784 清漆浸渍变压器。

微控制器程序是在 MPLAB IDE v8.92 环境中使用 MPASM 汇编语言编写的。提供两种选择。第一个选项的文件位于“公共阴极”文件夹中，适用于带有公共放电阴极的 LED 指示器的设备，包括图 1 中的图表所示的设备。 4. 当将具有公共放电阳极的 LED 指示灯安装到设备中时，应使用“共阳极”文件夹中第二个选项的文件。不过，这个版本的程序还没有经过实际测试。微控制器的编程是使用 IC-prog 程序和 [XNUMX] 中描述的简单设备完成的。

设置仪表包括在被测电路中没有电流的情况下将运算放大器 DA11 输出处的微调电阻器 R1 设置为零。然后向该电路提供接近测量极限但小于测量极限的电流。

通过使用标准电流表和微调电阻器 R8 控制电流，我们实现了标准设备和调整设备的读数相等。

通过使用标准电压表施加并监测测量电压，使用微调电阻 R9 设置设备指示器上的相应读数。有关设置的更多详细信息请参阅 [1]。

两个版本的微控制器程序都可以从 ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/05/av-meter.zip 下载。

文学

Balaev B. PIC12F675 上的内置电流和电压表。 - 广播，2014 年，第 12 期，第 18 页20-XNUMX。
Yangaliev N. 基于电压转换器的电源，用于为卤素灯供电。 - 广播，2005 年，第 5 期，第 36 页37、XNUMX。
Loskutov I. 如何降低电源纹波。 - 广播，1996 年，第 4 期，第 54 页XNUMX.
Sizov A. 在 PonyProg 上对现代 PIC16、PIC12 进行编程。 - 广播，2004 年，第 2 期，第 31 页32、XNUMX。

作者：E. Gerasimov

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