Принципиальная схема вспомогательного уст ройства
Значительно упрощает окончательную настройку полностью изготовленного прибора наличие цифровых приборов: вольтметров постоянного и переменного токов, частотомера. Однако далеко не все радиолюбители имеют возможность работать с ними. Приходится изыскивать другие пути. Например, удобно воспользоваться для настройки высокостабильным источником постоянного тока — нормальным элементом. Это позволяет без применения цифрового вольтметра проще проверить настройку входного устройства вольтметра У5 и преобразователя напряжение — частота УЗ, уточнить установку калибровочных напряжений ± 1 В, подобрать номиналы сопротивлений входного делителя напряжения. Настройку прибора по нормальному элементу производят в следующей последовательности. Переводят прибор в режим измерения постоянного напряжения «Uх», устанавливают переключатель пределов S2 в положение «2000 мВ», ручкой «Уст. О» добиваются нулевого показания счетчика. Подключают ко входу «Uх» нормальный элемент. Меняя поочередно полярность подключения элемента, добиваются совпадения показаний счетчика с напряжением нормального элемента: при положительном входном сигнале регулировкой подстроечного резистора R8 узла УЗ, при отрицательном входном сигнале регулировкой резистора R22 узла У5. Затем нажимают .кнопку «Контр». С помощью резисторов R19 и R20, расположенных на плате узла У2, манипулируя переключателем «±1 В», устанавливают точные значения калибровочных напряжений. Отключают кнопку «Контр». При этом счетчик должен точно показывать напряжение нормального элемента как при положительном, так и при отрицательном сигнале. Операции «астройки повторяют несколько раз.
Автором был использован элемент с напряжением 1,0165 В. Следует иметь в виду, что этот элемент отдает очень малый ток и потому к нему можно подключать только высокоомную нагрузку не менее сотен килоом.
Если и нормальный элемент достать трудно, для настройки можно изготовить вспомогательное устройство, принципиальная схема которого приведена на рис. 35. Устройство состоит из эталонных резисторов сопротивлением 0,1; 1; 10; 100 и 1000 Ом, сдвоенного тумблера S2, переключением которого изменяют полярность выходного напряжения с точным сохранением его значения.
К гнездам XI и Х2 подключается любой гальванический элемент напряжением 1,5 В.
В положении переключателя «1000 мВ» на выходных гнездах ХЗ и Х4 переменным резистором устанавливают с возможно большей точностью напряжение 1 В. Декадный шаг 100, 10 и 1 мВ обеспечивается эталонными резисторами. Настройку прибора с помощью вспомогательного устройства в режиме «Uх» производят так же, как было описано выше при работе с нормальным элементом. Отключив гальванический элемент, вспомогательное устройство можно использовать для настройки первых поддиапазонов прибора в режиме «R*». Для настройки остальных поддиапазонов декадный шаг резисторов следует продолжить набором резисторов с сопротивлением 10, 100 и 1000 кОм.
Желательно также дополнить устройство набором конденсаторов. Все эталонные элементы должны быть предварительно измерены с точностью не менее четырех знаков. Сделать это можно с помощью промышленных приборов путем отбора из нескольких элементов одного, с наиболее близкими к выбранному шагу параметрами. Результаты измерений сводятся в таблицу.
Кажущаяся сложность вспомогательного устройства окупается существенным сокращением времени настройки прибора в целом.
Широкодиапазонный генератор У12, схема которого приведена на рис. 28, нужен далеко не всем, поэтому он не включен в состав комбинированного цифрового прибора. Однако для тех радиолюбителей, которые занимаются импульсной техникой, такой генератор окажется очень полезным. В этом случае в прибор вводят дополнительно переключатель формы сигнала S5 и переменный резистор «Длительность».
Так как выходные сигналы, снимаемые с узлов У10 и У12, различны по амплитуде, перед тем как подать их на вход широкополосного усилителя У11, их предварительно приводят к одному уровню ±1,65 В. Делают это с помощью подстраиваемых делителей, общим нижним плечом которых является резистор R29. При настройке положению счетчика «10 — 00» должен соответствовать размах сигнала на прямом выходе узла У11 (гнездо Х24), равный ±10 В. Слабый синусоидальный сигнал с выхода узла У10 предварительно усиливают маломощным усилителем A1, расположенным на плате У11.
Глава третья
Цифровые приборы с автономным питанием
Большинство цифровых измерительных приборов работает от сети переменного тока и имеет большие габаритные размеры и массу. В ряде случаев это создает определенные неудобства в работе. Поэтому понятен интерес радиолюбителей к созданию легких портативных цифровых измерительных приборов с автономным питанием.
Для увеличения длительности работы прибора с автономным питанием основной задачей, которую приходится решать при разработке такого прибора,является экономичность питания. Именно с этой точки зрения необходимо производить выбор активных элементов, в первую очередь таких, как устройства индикации, интегральные логические и аналоговые микросхемы.
В настоящее время выпускается большое количество разнообразных по принципу действия индикаторных устройств. Это вакуумные накальные и газоразрядные лампы, электролюминесцентные приборы, светоизлучающие диоды. Вакуумные накальные индикаторные лампы, например, ИВ-9, у которых нить накаливания одного сегмента потребляет ток около 20 мА при напряжении 3,15 В, просто не приемлемы для прибора с батарейным питанием. Основным недостатком электролюминесцентных и газоразрядных знаковых индикаторов являются высокие рабочие напряжения (около 200 — 250 В переменного напряжения для люминесцентных и 140 — 190 В постоянного напряжения для газоразрядных индикаторов). Эти напряжения слишком велики для непосредственного применения интегральных микросхем и требуют специальных переходных схем коммутации, а также громоздких преобразователей для получения высокого напряжения.
Вакуумные люминесцентные индикаторы типа ИВ-3 работают при более низком напряжении (20 — 25 В), но требуют второго источника для питания на-кальной нити напряжением 0,8 В с током 50 мА для одной лампы.
Современные светоизлучающие диоды, эффективно преобразующие электрическую энергию в световую, отличаются меньшим потреблением энергии: 5 — 10 мА на сегмент при напряжении 1,5 — 2 В. Их можно использовать в батарейном приборе, например, в таком режиме, когда индикация производится кратковременным нажатием кнопки, только на момент снятия результата, как это делают в некоторых электронных часах.
Однако в настоящее время все больший интерес специалистов привлекают жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ). Все перечисленные выше индикаторные приборы, кроме ЖКИ, преобразуют поступающий электрический сигнал в видимое свечение и являются активными излучателями света, а ЖКИ являются его пассивными отражателями. Кроме того, они потребляют малый ток (доли микроампер на знак) и требуют низкого напряжения возбуждения (5 — 10 В). Жидкокристаллические индикаторы можно использовать при самом ярком внешнем освещении, вплоть до прямого солнечного света, причем чем ярче свет, тем отчетливее изображение, в то время как все светоизлучающие индикаторы, наоборот, требуют ограничения внешней освещенности. К достоинствам ЖКИ следует также отнести малый объем плоской конструкции, который определяется в основном размерами индицируемых знаков; низкую стоимость; значительный срок службы, достигающий более 10000 ч. Все это делает применение ЖКИ особенно перспективным в цифровых приборах с батарейным питанием.
Работают ЖКИ при воздействии на них переменных напряжений. Возможна подача на электроды и постоянного напряжения, однако при этом значительно сокращается срок службы индикатора (примерно в 10 раз). Снижение срока службы при работе на постоянном токе происходит из-за деградации жидкокристаллического вещества, в результате падает контрастность, а для ее восстановления приходится увеличивать напряжение возбуждения. Поэтому в настоящее время в основном применяется возбуждение ЖКИ переменным током.
Для управления ЖКИ необходимо правильно прикладывать выбранные переменные напряжения к включенным и выключенным сегментам. Эти напряжения должны быть прямоугольной формы и сдвинуты по фазе на 180°. Выключенные сегменты соединяют с общим электродом. Частоту переключения выбирают не менее 25 Гц, чтобы предотвратить мигание изображения, но не более 200 Гц (чем выше частота, тем больше потребление мощности от источника питания).
При выборе логических интегральных микросхем из-за большой мощности потребления приходится ограничивать применение микросхем серии К155.Лучшими здесь следует признать интегральные микросхемы на КМОП транзисторах серий К176, К561, которые потребляют микроваттную мощность. Для аналоговой части прибора следует выбирать ОУ с током потребления 1,54-2,5 мА (К140УД7, К140УД6, К553УД2, К153УД4, К153УД5), снизив напряжение их питания до 6 — 9 В.
