Меню

Цифровой индикатор напряжения для блока питания



Цифровые индикаторы для блока питания

У каждого уважающего себя блока питания, имеются встроенные вольтметр и амперметр. В старых моделях устройств, индикаторы были стрелочными, однако прогресс не стоит на месте, и сейчас многим хочется видеть цифровую индикацию. Многие радиолюбители изготавливают такие индикаторы на базе микроконтроллера или применяя микросхемы АЦП, к примеру КР572ПВ2, КР572ПВ5. Однако есть и другие микросхемы, схожие по функционалу.

Одной из множества является микросхема СА3162Е, она предназначена для создания измерителя аналоговой величины с последующим отображением результата на трехразрядном цифровом индикаторе. Данная микросхема представляет собой АЦП, с максимальным входным напряжением 999 мВ и логической схемой, последняя выдает результат измерения в виде трех поочередно меняющихся двоично-десятичных четырехразрядных кодов на параллельном выходе и трех выходах для опроса разрядов схемы динамической индикации. Но чтобы получился законченный прибор, необходимо добавить дешифратор для работы семисегментного индикатора и сборку из трех семисегментных индикаторов, которые включены в матрицу для динамической индикации. А так же, трех управляющих ключей. Тип индикаторов можно применить любой, будь то светодиодные, люминесцентные, газоразрядные или даже жидкокристаллические, все будет зависеть от схемы выходного узла на дешифраторе и ключах. В данной схеме используется светодиодная индикация состоящая из трех семисегментных индикаторов с общими анодами. Они включены по схеме динамической матрицы, иными словами, все их сегментные выводы включены параллельно. А для опроса, то есть, последовательного переключения, используются общие анодные выводы.

На рисунке который мы видим выше, показана схема вольтметра, который может измерять напряжение от 0 до 100В. Измеряемое напряжение поступает на делитель, собранный на резисторах R1-R3, а затем далее на выводы 11-10 микросхемы D1. Конденсатор C3 служит для исключения помех, мешающих измерениям.

Резистор R4 служит для установки показания прибора на ноль, при отсутствии входного напряжения. А вот резистором R5, можно выставить предел измерения так, чтобы результат измерения соответствовал реальному, т. е. можно сказать что им калибруют прибор.

Логическая часть микросхемы СА3162Е построена по логике ТТЛ, а выходы еще и с открытыми коллекторами. На выходах «1-2-4-8» формируется двоично-десятичный 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, подключаются к сегментным выводам светодиодных индикаторов Н1-НЗ. Одноименные сегментные выводы всех трех индикаторов соединены вместе. Чтобы произвести опрос индикаторов, необходимо использовать транзисторные ключи VT1-VT3, на базы которых подаются команды с выходов Н1-НЗ микросхемы D1. Эти выводы сделаны по схеме, с открытым коллектором. Активный ноль, поэтому используются транзисторы структуры p-n-p.

Схема амперметра не сильно отличается от вольтметра. Вместо делителя здесь установлен шунт, на пятиваттном резисторе R2 сопротивлением которого 0,1 Ом. Благодаря такому шунту, прибор может измерять ток до 10А ( если уж совсем точно, то 0…9,99А). А установка на ноль и калибровка, как и в схеме вольтметра, осуществляется двумя резисторами R4 и R5.

Применяя другие делители и шунты можно задать другие пределы измерения. К примеру, 0…9,99В, 0…999 мА, 0…999В, 0…99,9А, все зависит от задач, поставленных перед изготовлением устройства. Да и вообще, на основе данных схем можно сделать и самостоятельный измерительный прибор для измерения напряжения и тока (проще говоря мультиметр). Однако стоит учесть, что даже применяя жидкокристаллические индикаторы прибор будет потреблять немалый ток, так как логическая часть СА3162Е построена на ТТЛ-логике.

Питание прибора осуществляется постоянным, стабилизированным напряжением 5В. В источнике питания, в который будут они установлены, необходимо предусмотреть наличие такого напряжения при токе не ниже 150 мА.

Налаживание устройства не представляет из себя ничего сложного. Итак, вольтметр. Сначала замкнем между собой выводы 10 и 11 D1, и крутя резистор R4 выставим нулевые показания. Далее, убираем перемычку, замыкающую выводы 11-10 и подключаем к клеммам «нагрузка» образцовый прибор, например, мультиметр. Регулируя напряжение на выходе источника, резистором R5 калибруем прибор так, чтобы его показания совпадали с показаниями мультиметра.

Амперметр. Сначала, не подключая нагрузку, регулировкой резистора R5 устанавливаем показания на ноль. Теперь потребуется постоянный резистор, сопротивлением 20 Ом и мощностью не ниже 5Вт. Устанавливаем на блоке питания напряжение 10В и подключаем этот резистор в качестве нагрузки. Крутим резистор R5 так, чтобы амперметр показал 0,5 А. Хотя никто не запрещает выполнять калибровку и по образцовому амперметру, просто автору показалось более удобным делать это с резистором. Хотя безусловно, на качество калибровки влияет погрешность сопротивления резистора.

Читайте также:  Виды изометрического напряжения мышц

Источник

Цифровые индикаторы для лабораторного блока питания

Обычно, у хорошего лабораторного блока питания есть встроенные приборы, — вольтметр и амперметр. Вольтметр позволяет точно установить выходное напряжение, а амперметр покажет ток через нагрузку. В старых лабораторных блоках питания были стрелочные индикаторы, но сейчас должны быть цифровые. Сейчас радиолюбители чаще всего делают такие приборы на основе микроконтроллера или микросхем АЦП вроде КР572ПВ2, КР572ПВ5.

Но существуют и другие микросхемы аналогичного действия. Например, есть микросхема СА3162Е, которая 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 семи 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.

Рис.1

Теперь ближе к схеме. На рисунке 1 показана схема 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 двоично-десятичный 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 токоограни-чивающие 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-ИЗ микросхемы D1. Эти выводы тоже сделаны по схеме с открытым коллектором. Активный ноль, поэтому используются транзисторы структуры р-п-р.

Схема амперметра показана на рисунке 2. 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. Так же, на основе данных схем можно сделать и самостоятельный измерительный 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 напичие такого напряжения при токе не ниже 150mA.

На рисунке 3 показана схема подключения измерителей в лабораторном источнике.
Теперь о деталях. Пожалуй, самое трудно-доставаемое, это микросхемы СА3162Е. Из аналогов мне известна только NTE2054. Возможно есть и другие аналоги, о которых мне не известно.
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 VT1-VT3 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.
Теперь о налаживании. В общем-то оно совсем несложное. Начнем с вольтметра. Сначала замкнем между собой выводы 10 и 11 D1, и 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 мульти-метра.
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 мне показалось удобнее с резистором, хотя конечно на качество калибровки очень влияет погрешность сопротивления резистора.

Читайте также:  Повысить напряжение генератора диодом тойота

Рис.4

По этой же схеме можно сделать и автомобильный вольтметр. Схема такого прибора показана на рисунке 4. Схема от показанной на рисунке 1 отличается только входом и схемой питания. Этот 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 схеме на рисунке 1, 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.

Источник

Блок питания 0…30В/5А с цифровой индикацией напряжения и тока

Описываемый блок питания предназначен для использования в радиолюбительской лаборатории. Несмотря на то, что в радиолюбительской литературе печаталось множество схем подобных устройств, данный блок питания не требователен к специализированным микросхемам и импортным элементам. В настоящее время вопрос приобретения микросхем по-прежнему актуален и в некоторых регионах, доставать их проблематично. Данный блок питания является модернизацией блока питания, описанным в ( II ). Блок питания собран только из доступных деталей.

Характеристики блока питания:
Выходное напряжение регулируется от 0 до 30 В.
Выходной ток 5 А.
Падение напряжения при токе от 1 А до 6 А ничтожно мало и на выходных показателях не отражается.

Схема блока питания показана на рис.1 ниже

Схема блока питания
Рис. 1

Данный блок питания содержит три основных узла: внутренний сетевой узел питания VD 1- VD 4, C 1- C 7, DA 1, DA 2, узел защиты от перегрузки и КЗ VS 1, R 1- R 4, VD 3 и основной узел – регулируемый стабилизатор напряжения VT 2- VT 7, VD 4- VD 5, R 4- R 14, C 8.

А так же к блоку питания добавляется цифровая панель, т.е. блок индикации, который показан на рис.5.

Внутренний сетевой узел питания построен по традиционной схеме с сетевым трансформатором Т1.

Узел защиты особенностей не имеет. Датчик тока рассчитывался на ток 3А, но можно его рассчитать и на 5А. Длительное время блок питания эксплуатировался с током 5А. Никаких сбоев в его работе не наблюдалось. Диод HL 1 индицирует перегрузку по току или КЗ в нагрузке.

Основной узел – регулируемый стабилизатор напряжения компенсационного типа. Он содержит входную дифференциальную ступень на транзисторах VT 5, VT 7, две ступени усиления на транзисторах VT 3 и VT 2, и регулирующий транзистор VT 1. Элементы VT 4, VT 6, VD 4, VD 5, R 5 — R 8, R 10 образуют стабилизаторы тока. Конденсатор С8 предотвращает самовозбуждение блока. Т.к. транзисторы VT 5 и VT 7 не подбирались одинаковыми, то имеется определенное «смещение нуля» этого каскада, которое и является минимальным напряжением блока питания. В небольших пределах оно регулируется с помощью подстроечного резистора R 7 и, в авторском варианте достигало на выходе блока питания приблизительно 47 m V . Выходное напряжение регулируется резистором R 13. Верхняя граница напряжения – подстроечным резистором R 14.

5-107-2.jpg
Рис. 2

Конструкция и детали. Мощность трансформатора Т1 должна быть не менее 100 – 160вт, ток обмотки II – не менее 4 – 6А. Ток обмотки III – не менее 1…2А. Диодную сборку RS 602 можно заменить на сборку RS 603 или диодами, рассчитанными на ток 10А. Диодный мост VD 2 можно заменить на любой из серии КЦ402 – КЦ405, которые приклеиваются со стороны печатных дорожек, зеркально конденсатору С1 и соединяются гибкими проводниками с контактными площадками VD 2 на плате. Транзистор VT 1 следует устанавливать на теплоотводе площадью не менее 1500см 2 . Площадь радиатора рассчитывается по формуле S = 10 I n ( U вх. – U вых. ), где S – площадь поверхности радиатора (см 2 ); I n – максимальный ток, потребляемый нагрузкой; U вх. – входное напряжение (В); U вых. – выходное напряжение (В).

Читайте также:  Напряжение бортовой сети автомобиля через прикуриватель

Транзистор КТ825А – составной. Его можно заменить парой транзисторов, как показано на рисунке 2.

Данные транзисторы, соединенные по схеме Дарлингтона. Резистор R 4 подбирают экспериментально, по току срабатывания защиты. Резисторы R 7 и R 14 – многооборотные СП5-2. Резистор — R 13 любой переменный с линейной функциональной характеристикой (А). В авторском варианте применен переменный резистор ППБ-3А на 2,2К — 5% . Микросхемы DA 1 и DA 2 можно заменить аналогичными отечественными КР142ЕН5А и КР1162ЕН5А. Их мощность позволяет стабилизированное напряжение ± 5 В для питания внешних нагрузок с током потребления до 1А. Данной нагрузкой является цифровая панель, которая используется для цифровой индикации напряжения и тока в блоках питания. Если не использовать цифровую панель, то микросхемы DA 1 и DA 2 можно заменить микросхемами 78 L 05 и 79 L 05.

Печатная плата блока питания показана на рис.3 и рис.4.

Схема расположения элементов блока питания
Рис. 3

Печатная плата блока питания
Рис. 4

Налаживание. Так как конструкция расположена на двух печатных платах, сначала настраивают блок питания, затем блок цифровой индикации.

Блок питания. При исправных деталях и отсутствие ошибок в монтаже устройство начинает работать сразу после включения. Его налаживание заключается в установлении необходимых пределов изменения выходного напряжения и тока срабатывания защиты. Движки резисторов R 7 и R 13 должны находиться в среднем положении. Резистором R 14 по вольтметру добиваются показания 15 вольт. Затем движок резистора R 13 переводят в минимальное положение и по вольтметру резистором R 7 устанавливают 0 вольт. Теперь движок резистора R 13 переводят в максимальное положение и резистором R 14 по вольтметру устанавливают напряжение 30 вольт. Резистор R 14 можно заменить постоянным, для этого в плате предусмотрено место – резистор R 15. В авторском варианте это резистор 360 Ом. Размер печатной платы блока питания 110 х 75 мм . Диоды VD 3 – VD 5 можно заменить на диоды КД522Б.

Цифровая панель состоит из входного делителя напряжения и тока, микросхемы КР572ПВ2А и индикации из четырех семисегментных светодиодных индикаторов, показанных на рис 5. Резистор R 4 цифровой панели состоит из двух отрезков константанового провода ? =1мм и длиной 50мм. Разница в номинале резистора должна превышать 15 — 20%. Резисторы R 2 и R 6 марки СП5-2 и СП5-16ВА. Переключатель режимов индикации напряжения и тока типа П2К. Микросхема КР572ПВ2А представляет собой преобразователь на 3,5 десятичных разрядов, работающий по принципу последовательного счета с двойным интегрированием, с автоматической коррекцией нуля и определением полярности входного сигнала.

Для индикации использовались импортные светодиодные семисегментные индикаторы KINGBRIGT DA 56 – 11 SRWA с общим анодом. Конденсаторы С2 – С4 желательно применять пленочные типа К73-17. Вместо импортных семисегментных светодиодов можно применить отечественные с общим анодом типа АЛС324Б.

Цифровая панель индикации напряжения и тока
Рис. 5

Цифровая панель индикации напряжения и тока. После включения питания и безошибочном монтаже, при исправных деталях должны засветиться сегменты индикации HG 1- HG 3. По вольтметру резистором R 2 на ножке 36 микросхемы КР572ПВ2 выставляется напряжение 1 вольт. К ножкам (а) и ( b ) подключают блок питания. На выходе блока питания устанавливают напряжение 5 … 15 вольт и подбирают резистор R 10 (грубо), заменив его, на время, переменным. С помощью резистора R8 устанавливают более точное показание напряжения. После чего, к выходу блока питания подсоединяют переменный резистор мощностью 10 … 30 ватт, по амперметру выставляют ток равным 1А и резистором R 6 выставляют значение на индикаторе. Показание должно быть 1,00. При токе 500 мА – 0,50, при токе 50мА – 0,05. Таким образом, индикатор может индицировать ток от 10мА, т.е. 0,01. Максимальное значение индикации тока 9,99А.

Для большей разрядности индикации можно применить схему на КР572ПВ6. Размер печатной платы цифровой панели 80 х 50 мм ., рис.6 и рис.7. Контактные площадки U и I на печатной плате цифровой панели, с помощью гибких проводников подключаются к точкам соответствующих индикаторов HG 2 и HG 1. Микросхему КР572ПВ2А можно заменить на импортную микросхему ICL7107CPL.

5-107-6.jpg
Рис. 6

5-107-7.jpg
Рис. 7

Литература:

• Стабилизированный выпрямитель тока типа ТЭС 12 – 3 – НТ. г Горце Делчев. Болгария. 1984г.
• А.Патрин Лабораторный блок питания 0…30 В. РАДИО №10 2004г., стр.31.
• Импульсный блок питания на базе ПК. С.Митюрев. РАДИО №10 2004г. стр.33.
• Ануфриев А. Сетевой блок пита­ ния для домашней лаборатории. — Радио, 1992, N 5, С.39-40.
• Стабилизатор напряжения с двойной защитой Ю. КУРБАКОВ , РАДИО февраль 2004г. стр.39.
• Бирюков С. Портативный цифровой мультиметр. — В помощь радиолюбителю, вып. 100 — ДОСААФ, 1988. с. 71-90.
• Бирюков С. Цифровые устройства на МОП интегральных микросхемах. — М.: Радио и связь, 1990:1996 (второе издание).
• Радио N 8 1998г. с.61-65
• Digital Voltmeter

Источник