Тестер цифровых микросхем своими руками

Как сделать тестер микросхем своими руками

Некоторое время назад я купил IC тестер от Genius. Модель G540 позволяла программировать различные IC, была способна тестировать CMOS и TTL IC. Последняя функция была достаточно интересной, так как это позволяло ремонтировать и проверять вещи намного проще — ты знаешь, какая часть имеет дефект, вместо того, чтобы заменять все части и микросхемы по одной в поисках неисправной.

FVZUXG1IK1FMHYO.LARGE

Девайс работал хорошо до тех пор, пока я не перешел на Win7. На этом этапе он начал создавать проблемы, не распознавался в некоторых случаях, а сама программа могла зависнуть в момент IC тестирования. В поисках альтернативы я решил сделать тестер своими руками с некоторыми дополнительными улучшениями.

В результате я получил IC tester на Ардуино с возможностью вывода результатов проверки на серийный порт, при этом он работает в большинстве случаев (но до сих пор есть кое что, что можно улучшить).

Шаг 1: Что было в начале

F45UXM4IK1FMHAN.LARGE

Оригинальный тестер от Genius работал хорошо, но вначале нужно было сделать множество кликов, выбирая девайс и т.д. Всегда нужно было запускать программу и самое важное, что не было никакой информации об итогах тестирования. Если IC не был найден, то невозможно было определить по какой причине: из-за поломки, или из-за некорректного цикла тестирования (что случается с некоторыми IC).

Идея состояла в том, чтобы устранить эти недостатки разработав на Ардуино Нано свой тест.

Шаг 2: Схема

FWU7B0KIK1FMH9U.LARGE

Схема тестера конденсаторов довольно проста. Центральным элементом является Ардуино нано. Ввиду ограничения доступных портов, максимальное количество тестируемых пинов равняется 16 (чего вполне хватает для большинства IC).Чтобы добиться этого, коммуникация с экраном и EEPROM, содержащим тестовые данные, осуществляется через I2C. Нано берёт на себя коммуникацию с компьютером и отображает детальные результаты тестов.

Дисплей LCD — стандартный экран 16*2 с I2C конвертером, он занимает всего 2 пина на Ардуино.

Тестовые данные хранятся в I2C EEPROM AT24C512. Там хранится скрипт, который шаг за шагом проводит тестирование. Для каждого типа IC посылается последовательность логических входных данных, и определенные данные ожидаются на выходе. В случае если данные не соответствуют ожиданиям, скрипт перепрыгивает к следующей возможной части исполнения. В данной версии девайса EEPROM нужно отдельно программировать программатором. Я не нашел способа переправить 25кБ данных кроме как через серийный порт.

Тестовые скрипты находятся в текстовом виде, так что их можно легко модифицировать, синтаксис в скетче Ардуино.

При тестировании, несколько сигналов посылается на тестируемую часть, которая не соответствует спецификации и проверяются все возможные комбинации. Чтобы предотвратить перегрузку Arduino и детали, все соединения проходят через резисторы на 680 Ом. Это создает много сигналов «ниже спецификаций», что приводит к случайным выходам тестируемой ИС. Тем не менее, если IC подключается к тестируемым сигналам, выход тестируемой IC можно использовать.

Тестирование начинается с одного коммутатора, подключенного к одному из аналоговых входов.

Шаг 3: Девайс в работе

В приложенном видео можно посмотреть тестер в работе.

Как и его фабричные собраться, тестер работает не со всеми IC. С некоторыми работать сложно, так как не совсем понятно, какие сигналы нужно ожидать. Как только у меня будет свободное время, я проведу некоторую оптимизацию.

Шаг 4: EEPROM для тестера

Кто-то из вас может задаться вопросом, можно ли загрузить тестовую информацию в EEPROM без использования программатора.

После некоторых изысканий я дописал код, чтобы сделать эту задумку возможной. Очень важным аспектом загрузки данных через Serial Monitor Ардуино является то, что нужно выставить значение baudrate на 1200! При этом загрузка кода займёт некоторое время, но вы обезопасите себя от потери данных.

Загрузите набросок программы, откройте Serial Monitor и дождитесь, пока перед вами не появятся опции. Нажмите «d», а затем Enter. Тестер войдёт в режим загрузки. Просто вставьте всё содержимое test_16_full.dat и нажмите Enter. На экране начнут отображаться байты. «done» на мониторе будет означать, что данные успешно загружены.

1

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Источник

ПРОСТОЙ ТЕСТЕР ДЛЯ ЛОГИЧЕСКИХ МИКРОСХЕМ

В радиолюбительской и профессиональной практике часто возникает необхо­димость проверить исправность простых цифровых микросхем. Использовать для этого сложные логические тестеры и анализаторы вряд ли целесообразно. Вполне можно обойтись тестером для проверки логических элементов различных микросхем.

Простота конструкции и удобство пользования им, наряду с достаточно широ­кими функциональными возможностями и компактным с исполнением автономным питанием от батареи «Корунд», позволяют использовать этот прибор не только в любительской радиолаборатории или, например, при покупке приборов на радио­рынках, но и для входного контроля при мелкосерийном производстве РЭА.

Схема тестера приведена на рисунке. Генератор импульсов на DD1.1, DD1.2 с частотой около 20 Гц формирует с помощью двух двоичных делителей частоты на триггерах DD2.1, DD2.2 периодическую тестовую последовательность логиче­ских сигналов для формирования таблицы истинности логической функции двух входных переменных — 00, 01, 10, 11. Из этой тестовой последовательности обра­зуются опорные сигналы логических функций 2И (элемент DD3.1), 2ИСКЛ.ИЛИ (элемент DD1.3) и 2ИЛИ (элементы DD3.2, DD3.3). Выбор функции осуществляется с помощью переключателя SB3, элемент DD3.4 инвертирует сигнал функции, а ин­версия функции выбирается переключателем SB4 (например, 2И-НЕ, как показано на рисунке).

При равенстве проверяемого и опорного логических сигналов выходной сигнал ЛЭ сравнения равен нулю и светодиод не светится. Если же проверяемый и опор­ный сигналы различны, то соответствующий ошибочному проверяемому сигналу ЛЭ сравнения высоким выходным уровнем включает светодиод, индицируя неисп­равность данного ЛЭ (точнее, отличие логической функции элемента от опорной).

HaloyanProbnikiTesters image183 min vs

Для облегчения идентификации неисправного ЛЭ светодиоды удобно располо­жить вблизи соответствующих выводов проверяемой микросхемы (условно пока­занных на правом поле рисунка) контактной панели с DD5. При полностью исправ­ной микросхеме DD5 все светодиоды погашены, а при ошибке хотя бы в одном ЛЭ будет мигать или постоянно светиться один или несколько светодиодов, сигнали­зируя о неисправности. Таким образом, данный логический тестер позволит вы­явить один неисправный ЛЭ при остальных годных, что может оказаться полезным в радиолюбительской практике.

HaloyanProbnikiTesters image184 min vs

Переключателями SB1 и SB2 осуществляется выбор цоколевки проверяемой микросхемы в соответствии с приводимой таблицей (на рисунке показано положе­ние переключателей SB1, SB2 для проверки микросхем ЛА7, ЛЕ5, ЛП2 и других се­рий КМОП — К176, К561, 564, КР1561). Если цоколевка или логическая функция проверяемой микросхемы неизвестны, то их можно определить (в пределах функ­циональных возможностей данного тестера), перебирая положения переключате­лей SB 1, SB2, SA3. SB4.

Этим логическим тестером можно также проверять исправность биполярных транзисторов, диодов и различных р-n переходов. Для этого в схему введены эле­менты SB5, R17, R18, HL6t HL7 и зажимы для подключения транзисторов «Э», «Б», «К» и диодов «VD».

Переключателем SB5 тестер переводится из режима проверки микросхем (показан на схеме) в режим проверки транзисторов. При верхнем по схеме поло­жении переключателя SB5 опорный логический уровень подается только на эле­мент DD4.4, а зажимы эмиттера «Э» и базы «Б» через резисторы R17, R18 «опраши­ваются» сигналами тестовой последовательности с неинвертирующих выходов триггеров. На другой вход элемента сравнения DD4.4, соединенный с зажимом «К» (коллектор), через резистор R16 поступает уровень, противофазный «эмиттерно- му» (с инверсного выхода триггера DD2.1).

КМОП: К561, К170, 564, КР1561

ТТЛ/ТТЛШ: К155, К555, 133, 533, К531, КР1533, КР1531 и др. КМОП: КР1554, 74НС(1564)

Цоколевка панели: вход, вход—выход

1,2 = 3 5, 6 = 4 8, 9= 10 12, 13* 11

2, 3 = 1 5, 6 = 4 8, 9= 10 11, 12= 13

1,2 = 3 4, 5 = 6 9, 10 = 8 12, 13= 11

Тмл (лог. функция микросхемы)

ЛП2(ИСКЛ. ИЛИ) ЛП14(ИСКЛ. ИЛИ) ТЛ2 (И-НЕ)

ЛЕ1 (ИЛИ-НЕ) ЛЕ5 (ИЛИ-НЕ) ЛЕб (ИЛИ-НЕ) ЛЕЮ (ИЛИ-НЕ) ЛЕ11 (ЙЛИ-НЕ)

ЛА11, ЛА13 (И-НЕ) ЛА21, ЛА23 (И-НЕ) ЛА18, ТЛЗ (И-НЕ)

ЛП5, ЛП12 (ИСКЛ. ИЛИ) ЛП8 (проверка по функ­ции ИЛИ)

При подключении к этим зажимам одноименных выводов исправного транзис­тора на его коллекторе формируется периодический сигнал, соответствующий ло­гической функции 2ИЛИ-НЕдля транзисторов структуры п-р-п и 2И-НЕдля тран­зисторов структуры р-п-р, т. е. выбор типа проводимости проверяемого транзис­тора осуществляется переключателями SB3, SB4. В одной из четырех фаз сигна­лов опроса транзистор включается по схеме с общим эмиттером (если пренебречь защитным резистором R17), при этом резистор R18 задает ток базы транзистора, а резистор R16 является его коллекторной нагрузкой.

Одновременно тестовая последовательность с неинвертирующих выходов триггеров DD2.1, DD2.2 подается на входы всех ЛЭ проверяемой микросхемы DD5, размещенной в контактной панели XS1. Транзисторы VT1, VT2 усиливают ток низ­кого логического уровня до величины, достаточной для подключения четырех вхо­дов ЛЭ серий ТТЛ К155, К531 и других. Резисторы R4-R11 защищают прибор и проверяемую микросхему при неправильном ее включении, исключают влияние неисправных (короткозамкнутых на выводы питания) входов микросхемы на другие входные цепи и дополнительно ограничивают величину ее входных токов. Если те­стер используется для проверки микросхем только КМОП серий, то сопротивление резисторов R4-R11 лучше увеличить до 1 МОм для контроля входных токов поряд­ка 1 мкА, а элементы VT1, VT2, R2, R3 можно исключить.

Выходные сигналы с проверяемых ЛЭ микросхемы DD5 подаются на входы ЛЭ сравнения микросхемы DD4. Резисторы R13-R16 проверяют нагрузочную способ­ность выходов DD5 (для микросхем КМОП) и необходимы для проверки ЛЭ с вы­ходами типа «открытый коллектор» (ТТЛ). На другие входы ЛЭ сравнения поступает опорный сигнал выбранной логической функции с переключателя SB4, а к выходам ЛЭ сравнения подключены светодиоды HL1-HL4, причем токоограничивающие ре­зисторы для светодиодов не нужны, поскольку выходной ток микросхемы DD4 ог­раничен на уровне нескольких миллиампер.

Если коэффициент усиления тока базы проверяемого транзистора меньше ве­личины 0.6R18/R16 (для указанных номиналов — меньше 10), то тестер будет счи­тать его неисправным. Меняя сопротивление резистора R18, можно устанавливать критерий отбора транзисторов по коэффициенту усиления тока. Таким образом, при годном транзисторе все светодиоды будут погашены, а в остальных случаях светодиод HL4 будет мигать.

Испытатель диодов с автоматическим определением полярности подключения аналогичен описанному в [5]. При подключении диода (или любого выпрямляюще­го перехода) к зажимам «VD» в произвольной полярности будет мигать тот из све­тодиодов HL6, HL7, который включен в том же направлении, что и диод, индицируя полярность его включения. При коротком замыкании в диоде мигают оба свето­диода, а при обрыве — не мигает ни один.

Блок питания тестера должен быть рассчитан на максимальный выходной ток не менее 150 мА при выходном напряжении не менее 7,5 В. Для проверки микро­схем КМОП возможно питание от батареи «Корунд», поскольку в этом случае ток потребления тестером от батареи не превышает 5 мА. Напряжение питания микро­схем тестера +5 В стабилизируется микросхемой DA1. На элементах VT3, R12 со­бран узел ограничения тока потребления проверяемой микросхемой по выводу пи­тания (выв. 14 DD5) на уровне 100 мА для защиты тестера при неправильном вклю­чении проверяемой микросхемы или если она «пробита» по цепи питания. Ограни­чение тока происходит за счет перехода транзистора VT3 из режима насыщения (при исправной микросхеме DD5) в нормальный режим усиления гока при фикси­рованном с помощью резистора R12 токе базы. Ток ограничения определяется ко­эффициентом усиления по току транзистора VT3 и резистором R12 и может быть изменен. Элементы DD1.4, HL5 предназначены для индикации режима токоограни- чения. Выключатель питания тестера (на схеме не показан) можно совместить с переключателями SB1, SB2, SA3 или связать с рычагом панели для автоматическо­го выключения тестера при смене микросхем.

Панель желательно использовать с нулевым усилием (рычажный зажим). Для проверки микросхем в планарных корпусах серии 564, 1564, 133, 533 и другие) необходимо использовать специальную панель для таких корпусов. Авторский ва­риант прибора собран на макетной плате с монтажом проводом М ГТФ, при жела­нии радиолюбителю не составит труда разработать печатную плату, с учетом име­ющихся у него радиодеталей и корпуса.

Собранный без ошибок тестер прост в наладке. Следует только подобрать ре­зистор R12 узла защиты по питанию. Для этого между выводами 14 и 7 панели включить амперметр и подбором величины сопротивления R12 добиться показа­ний амперметра 100 мА с погрешностью не более 10 мА.

Порядок работы с тестером ясен из описания его схемы и приводимой табли­цы. Микросхему типа ЛП8 серий ТТЛ/ТТЛШ (четыре стробируемых повторителя) следует проверять по логике ИЛИ. Для проверки микросхем К155ЛА18, К155ЛЛ2 в корпусах с восемью выводами (DIP-8) надо замкнуть перемычкой выводы 11 и 14 панели, переключатели SB1, SB2 установить в положение «ЛАЗ», а проверя­емые микросхемы вставить в нижнюю по схеме часть панели (ключ DD5 показан на рисунке пунктиром). При этом индикация исправности осуществляется свето­диодами HL3, HL4, а светодиоды HL1, HL2 мигают.

1. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы. Справочник. — М.: Радио и связь, 1987.

2. Шило В. Л. Популярные микросхемы КМОП. Справочник.— М.: Ягуар, 1993.

3. Пухальский Г. И., Новосельцева Т. Я. Проектирование дискретных устройств на интеграль­ных микросхемах. Справочник.— М.: Радио и связь, 1990.

4. Петровский И. И. и др. Логические ИС КР1533, КР1554. Справочник. В 2-х частях.— М.: Бином, 1993.

5. КарабутовА. Испытатель полупроводниковых приборов.— Радио, 1995, № 6, с. 28.

Журнал «Радио», 1996,№ 8, с.33

Источник: Измерительные пробники. Сост. А. А. Халоян.— М.: ИП РадиоСофт, ЗАО «Журнал «Радио», 2003.— 244 с: ил.— (Радиобиблиотечка. Вып. 20)

Источник

Простой пробник позволяет тестировать цифровые микросхемы

В статье рассматривается простой, но мощный портативный прибор, выполняющий функции логического пробника и генератора импульсов. Прибор окажется полезным при проверке цифровых микросхем в корпусах DIP, таких, как логические элементы, триггеры и счетчики. С помощью специальной платы с установленной панелькой и трехпозиционными перемычками на любой вывод тестируемой микросхемы можно подать логические сигналы «1» или «0», или напряжения питания (5 В или 0 В).

Три кнопки, два двухцветных светодиода и два щупа помещены в пластиковый цилиндрический корпус, в качестве которого можно использовать, например, пустую тубу от клеящего карандаша. Наконечник щупа генератора импульсов сделан в форме крючка, что позволяет удобно подключать его к контактам перемычек на плате тестового приспособления. Наконечник крепится на пружину от гелевой ручки с убирающимся стержнем. Такая гибкая конструкция позволяет свободно перемещать щуп логического пробника между выводами тестируемой микросхемы. Две из трех кнопок предназначены для установки исходного логического уровня на выходе генератора импульсов. При коротком нажатии на третью кнопку уровень на выходе генератора переключается на противоположный. Если продолжать удерживать эту кнопку нажатой более 2 секунд, схема переходит в режим генерации непрерывной последовательности импульсов.

На первом таймере микросхемы IC1A NE556 собран ждущий мультивибратор, формирующий 2-секундные импульсы управления генератором, образованным логическим элементом G1, резистором R1 и конденсатором С1 (Рисунок 1а). G4 служит для буферизации схемы. С выхода ждущего мультивибратора импульсы длительностью 1 мс также проходят через элементы G2 и G3, блокирующие прохождение сигнала с выхода автоколебательного мультивибратора, выполненного на втором таймере микросхемы NE556 (IC1B). Для подавления ложных импульсов на выходе Щупа A, возникающих из-за дребезга контактов кнопки S1, IC1B необходимо удерживать в неактивном состоянии подачей низкого уровня на вход сброса (вывод 4) посредством транзистора Q1, в базу которого включен конденсатор 0.68 мкФ.

а)Fig 1a Rus

б) Fig 1b Rus

Рисунок 1. Схема сочетает аналоговые и цифровые функции. Щуп A является выходом генератора импульсов, а Щуп B – входом логического пробника (а). На схеме не показан фильтрующий питание конденсатор емкостью 100 мкФ. Красный светодиод индицирует уровень логического нуля, зеленый – уровень логической единицы (б).

При кратковременном нажатии кнопки S1 срабатывает ждущий мультивибратор, на выходе которого приблизительно на 2 секунды появляется высокий уровень напряжения. Импульсы длительностью 1 мс от генератора, сформированного элементами G1, R1, C1 и G4, достигают Щупа A, проходя через логическую схему «исключающее ИЛИ», собранную на элементах G5…G8. На это время выход автоколебательного мультивибратора IC1B отключается от входа схемы «исключающее ИЛИ» элементом G3. Если не отпускать кнопку S1 более 2 с, ждущий мультивибратор отработает свой импульс, элемент G3 откроется, и на выход пробника от микросхемы IC1B будет поступать последовательность импульсов с частотой 70 Гц.

Элементы G9 и G10 образуют триггер, «запоминающий» последнее нажатие кнопок S2 или S3 и управляющий режимом работы (инвертирующий или неинвертирующий) схемы «исключающее ИЛИ». G11 и G12 предназначены для управления двухцветным светодиодом, индицирующим полярность импульсов генератора. Красный цвет свечения указывает на то, что в исходном состоянии выход генератора находится в состоянии «лог. 0», а генерируемый импульс длительностью 1 мс имеет положительную полярность. Зеленый цвет указывает на противоположное.

Операционный усилитель LM358 выполняет функцию оконного компаратора логического пробника (Рисунок 1б). При указанных на схеме номиналах компонентов красный светодиод включается, если напряжение на Щупе B не достигает 35% от напряжения питания, а зеленый – если напряжения питания превышено более чем на 65%. При промежуточных уровнях напряжения не включится ни один из светодиодов. Подбором резисторов делителя на входах усилителя можно уменьшить нижний порог, что позволит проверять ТТЛ схемы, стандартный уровень «лог. 0» которых составляет менее 0.8 В.

Если использовать в пробнике микросхемы CD4011 (четыре элемента «2И-НЕ»), то питать его можно от внешнего источника напряжения 4.5…15 В. Для элементов G1 – G4 лучше выбрать микросхему CD4093 (четыре элемента «2И-НЕ» с триггерами Шмитта), чтобы гарантировать отсутствие паразитной генерации, обусловленной малой скоростью нарастания напряжения на времязадающем конденсаторе С1. При необходимости увеличить нагрузочную способность генератора на его выходе можно установить пару NPN и PNP транзисторов.

Fig 2 Rus

Рисунок 2. Конфигурирование вспомогательного приспособления для тестирования цифровых микросхем производится с помощью трехпозиционных перемычек.

На Рисунке 2 показана схема приспособления для тестирования цифровых микросхем. 16-выводная панелька под тестируемую микросхему конфигурируется пользователем с помощью набора трехпозиционных перемычек. Любой вывод можно подключить, непосредственно, или через резистор, к шинам +5 В или «земля», чтобы задать на нем либо логический уровень напряжения, либо уровень источника питания. Выбор номиналов резисторов некритичен, вполне подойдут резисторы с сопротивлением порядка 2 кОм. Чтобы установить уровень, соответствующий «лог. 0» ТТЛ, вход тестируемой микросхемы должен быть подключен непосредственно к «земле». Для подачи сигнала необходимо подключить гибкий Щуп A генератора импульсов (Рисунок 3) к нужному входу тестируемой микросхемы, затем Щупом B пробника коснуться соответствующего штырька или выхода.

Fig 3 Rus

Рисунок 3. Для подачи сигнала необходимо подключить гибкий Щуп A генератора импульсов к нужному входу тестируемой микросхемы, затем Щупом B пробника коснуться соответствующего штырька или выхода.

Загрузки

Конструкция пробника, печатные платы, примеры конфигурирования платы для тестирования цифровых микросхем – скачать.

Перевод: Vadim по заказу РадиоЛоцман

Источник

Простой самодельный цифровой мультиметр на КР572ПВ2А

Промышленность выпускает универсальную микросхему серии КР572ПВ2 (с буквенными индексами А, Б, В), включающую в себя несколько электронных устройств. На ее базе не трудно собрать достаточно простой и портативный мультиметр, позволяющий измерять напряжения, токи, сопротивления. Но прежде чем рассказать о самом приборе, несколько слов о микросхеме и ее работе.

Микросхема КР572ПВ2А

Устройство работает по принципу двойного интегрирования, широко применяемому в цифровых измерительных приборах. Идея этого метода состоит в том, что вначале интегрирующий конденсатор заряжают в течение определенного времени током, пропорциональным измеряемому напряжению, а затем разряжают определенным током до нуля.

Время, в течение которого происходит разрядка конденсатора, пропорционально измеряемому напряжению. Это время измеряется счетчиком, выходные сигналы которого подаются на цифровые индикаторы.

ae3050556fb762b4513d839e1b48ff99

Рис. 1. Состав микросхемы КР572ПВ2.

На рисунке 1 надписи у ключей обозначают фазу, в течение которой ключ замкнут. Длительность фазы пропорциональна периоду тактовой частоты и точно задается счетчиком СТ.

В течение фазы ИНТ, длящейся 4000 периодов Т тактовой частоты, входной сигнал через ключи А1, А2 и буферный усилитель DA1 подается иа вход интегратора DA2. Это вызывает на конденсаторе Синт накопление заряда, пропорционального по величине и соответствующего по знаку приложенному входному напряжению. Напряжение на выходе интегратора DA2 изменяется с постоянной скоростью, пропорциональной входному сигналу.

a9fe91130b648269fc39280524c9ff13

Рис. 2. Фазы цикла измерения.

В конце фазы ИНТ с помощью компаратора DA3 определяется знак входного напряжения по знаку напряжения па выходе интегратора DA2. Чувствительность- компаратора DA3 такова, что полярность входного сигнала определяется даже тогда, когда он составляет долю единицы отсчета.

При работе микросхемы в фазе РИ входной сигнал на интегратор не подается, но к нему подключается через ключи А7, А8 или А6, А9 конденсатор Собр, заряженный до образцового напряжения и ориентированный (соответствующим включением ключей) по полярности таким образом, чтобы конденсатор Синт разряжался. Как только он разрядится полностью, напряжение на выходе DA2 станет равным нулю.

В этот момент подключенный параллельно конденсатору Снит (через конденсатор Сак) компаратор DA3 срабатывает и прекращает фазу РИ. Заряд конденсаторов Собр и Сак практически не изменяется. Время разрядки конденсатора Синт, выраженное числом периодов тактовых импульсов, н есть результат измерения, записанный в счетчик СТ.

В результате приведенная ко входу погрешность измерения из-за смещения нуля и его температурного дрейфа не превышает 10 мкВ.

В состав микросхемы входит тактовый генератор. Частота следования его импульсов определяется внешними элементами Rг и Сг. Для подавления помех с частотами, кратными 50 Гц, частота повторения должна быть такой, чтобы во время интегрирования (4000 периодов Т тактового генератора) укладывалось целое число К периодов (20 мс) сетевого напряжения. Иначе говоря, 4000Т=К-20 мс, где К=1, 2, 3 в т. д. Отсюда 1=1/Т=200/К кГц, т. е. 200, 100, 67, 50, 40 кГц н т. д.

Номиналы деталей частотозадающих цепей тактового генератора рассчитывают по формуле Cr=0,45/frRr. Для повышения стабильности частоты между выводами 39 и 40 может быть включен кварцевый резонатор (элементы Rг и Сг в этом случае не подключают). При работе микросхемы от внешнего генератора тактовые импульсы подают на вывод 40, выводы 38 н 39 при этом оставляют свободными.

Диапазон входных напряжений микросхемы зависит от образцового напряжения Uобp и определяется его соотношением о Uвх. макс = ±1,999Uобр. Текущие показания индикаторов выражаются числом, равным 1000UBX/Uобp-

При использовании микросхемы необходимо, чтобы выходное напряжение буферного усилителя DA1 и интегратора DA2 не превышало граничного напряжения линейного участка, равного 2В. Это накладывает ограничение на соотношение между образцовым напряжением, частотой тактовых импульсов генератора, сопротивлением Rинт и емкостью Синт.

Нестабильность образцового напряжения должна быть не хуже 0,1 %, так как она входит в погрешность измерения. Входное сопротивление микросхемы превышает 100 МОм (оно определяется лишь утечками).

Схема цифрового мультиметра

Описываемый цифровой мультиметр собран на основе микросхемы КР572ПВ2А. Прибор обеспечивает измерение постоянного и переменного напряжения (в вольтах) и тока (в миллиамперах), а также сопротивления (в килоомах) в пяти диапазонах с верхними пределами 0,199, 1,999, 19,99, 199,9, 1999.

Погрешность измерения сопротивлений, постоянного напряжения и тока менее ±(0,2 % + 1 единица младшего разряда). При измерении переменного напряжения и тока в диапазоне частот 20 Гц. 5 кГц погрешность измерения менее ±(0,3% +1 единица младшего разряда) во всем диапазоне измеряемых напряжений. В диапазоне частот до 20 кГц при измерении параметров от 0,1 установленного предела и выше погрешность не превышает 2,5 % от измеряемой величины, а на частоте 50 кГц- 10 %.

Указанная точность для вольтметра переменных напряжений на частотах более 5 кГц гарантируется на диапазонах 0,199 В, 1,999 В и 19,99 В. На диапазонах 199,9 В и 1999 В погрешность на частотах более 5 кГц увеличивается. Переменное и постоянное напряжения на диапазоне 1999 В не должно превышать 500 В.

Схема коммутации цепей мультиметра приведена на рис. 3. При измерении постоянного напряжения оно поступает через делитель R1- R6 на вход «+» аналого-цифрового преобразователя (АЦП), при этом вход «-* АЦП подключен к общему проводу. Сопротивления большинства резисторов делителя выбраны кратными 10, что облегчает их подбор.

0ae9b7d3e963764f161c004ace04c1cf

Рис. 3. Схема коммутации цепей измерения.

88dda2eb2ea4dec10d58ffa3372c7bad

Рис. 4. Принцип работы омметра мультиметра.

Принцип работы омметра иллюстрирует рис. 4. Измеряемое сопротивление включено в цепь обратной связи операционного усилителя DA1, входной ток которого задается резисторами R1-R6, подключаемыми через секции SA2.2 и SA1.3 переключателей к источнику постоянного тока напряжением ±1,111 В. Поскольку сопротивление включаемых резисторов кратно 1,111 кОм, задаваемый ими ток имеет значения, кратные 10, а падение напряжения на измеряемом сопротивлении с точностью до множителя 10″ равно его величине. Это падение напряжения измеряется с помощью АЦП, подключенного непосредственно к измеряемому сопротивлению.

Такое построение омметра позволяет использовать те же резисторы, что и в делителе вольтметра, и исключает их подбор. Кроме того, дрейф нуля операционного усилителя не приводит к дрейфу нуля омметра, но увеличивает его погрешность. Так, при дрейфе нуля в 1 мВ погрешность омметра составляет 0,1 % от измеряемой величины. Вот почему начальная установка нуля усилителя DA1 должна проводиться очень тщательно.

Переменное напряжение и ток измеряются так же, как и постоянное напряжение и ток, но на вход АЦП включается преобразователь переменного напряжения в постоянное, обведенный на рис. 3 штрихпунктирной линией. Входной делитель и шунты использованы те же, что и при измерении постоянного напряжения и тока.

Поэтому нижние плечи делителя (конденсаторы С7 и С8) рассчитаны на некоторую усредненную емкость монтажа, поскольку разброс этой емкости мало влияет на точность деления при относительно большой емкости конденсатора С8. Верхние плечи делителя снабжены подстроечными конденсаторами С3, С6, что позволяет точно настроить делитель.

Крайнее верхнее по схеме положение подвижного контакта переключателя SA1 служит для контроля напряжения питания. В этом случае АЦП подключается к нижнему плечу делителя напряжения (резисторы R5, R6), в одну из промежуточных точек которого через секции SA1.3 и SA2.2 подано напряжение батареи питания (+4,5 В). Предел измерения, как и при измерении постоянных напряжений, задается переключателем SA2.

На рис. 5 приведена схема преобразователя переменного напряжения в постоянное, источника опорного напряжения, АЦП и подключения АЦП к индикаторам.

Между верхними по схеме выводами резисторов R17 и R18 формируется двухполупериодно выпрямленное переменное напряжение, которое через фильтрующие цепи R21C12 и R22C13 подается на вход АЦП.

ad077e0d420850bdb79bd154fbf84589

На резисторах R19 и R20 выделяются обе полуволны усиливаемого напряжения. С них напряжение обратной связи по переменному току подается через конденсатор СП на инвертирующий вход усилителя, чем достигается высокая точность и линейность преобразования. Стабильность рабочей точки усилителя по постоянному току обеспечивается за счет обратной связи через резистор R16.

Относительно большое сопротивление этого резистора выбрано потому, что он не должен шунтировать измерительную цепь VD1, VD2, R17, R18. Емкость конденсатора С11 также выбрана сравнительно большой, так как он образует с паразитной емкостью монтажа делитель входного сигнала, поступающего на инвертирующий вход усилителя. При меньшей емкости этого конденсатора возникает заметная погрешность измерения переменного напряжения на пределе 1999 В.

Для того чтобы разделить знак «-» и цифру 1, правая часть сегмента g закрашена черной краской.

ee964c6cad885176a64ef06a1fb27918

Рис. 6. Принципиальная схема узла питания.

Транзисторы сборки VT1, резистор R23, диод VD3 образуют стабилизатор тока светодиода VD4. В связи с тем, что температурный коэффициент напряжения светодиода несколько меньше такого же коэффициента эмиттерного перехода транзистора VT2, для компенсации разницы стабилизатор выполнен с отрицательным температурным коэффициентом (за счет диода VD3). Для обеспечения равенства температур светодиода и транзистора VT2 они помещены в общую обойму, изготовленную из алюминия. Диод VD3 должен иметь тепловой контакт с обоймой, а транзисторы VT1.1 и VT1.2 входить в одну сборку.

Выходное образцовое напряжение 100 мВ устанавливается на резисторе R26 подстроечным резистором R24. Напряжение 1,111 В определяется резисторами R25 и R26, сопротивления которых должны быть в соотношении 10,11 ±0,1 %.

Напряжение 1,111 В в режиме омметра (под нагрузкой) несколько уменьшается, однако это не отражается на точности, измерений, поскольку в такой же степени уменьшается и образцовое напряжение 100 мВ.

Транзисторы VТ5 и VТ6 входят в цепь стабилизации вторичного напряжения. Пока выходное напряжение +5 В меньше номинала, транзистор VТ5 закрыт, а VТ6 открыт и насыщен. Длительность импульсов на коллекторе транзистора VТ4 максимальна, напряжения на выходах узла питания повышаются.

Фильтры C26C28L1C31 и C27C29L2C32 служат для сглаживания пульсаций выходного напряжения, диод VD5 облегчает пуск преобразователя (в нормальном режиме работы он закрыт). Конденсатор С30 обеспечивает устойчивость работы цепи стабилизации.

Резистор R1 состоит из пяти последовательно соединенных резисторов С2-29 мощностью 0,25 Вт и сопротивлением 2 МОм. В качестве R2 можно использовать два таких резистора, соединенных параллельно, либо один сопротивлением 1 МОм.

7099c830bb7305bbd68d00b5e93662911bf71cee4c41418b26df1e3d47841852

Рис. 7. Печатная плата мультиметра.

Резисторы R17 и R18 могут быть сопротивлением 8. 5 кОм, но обязательно одинаковым или возможно близким друг другу (до 1 %). Сопротивление резистора R19 должно составлять (85±3) % от R17, резистора R20 примерно 10 % от R19.

Трансформатор Т1 выполнен на кольцевом сердечнике типоразмера К12Х9Х8 из феррита 600НН. На сердечник наматывают одновременно четыре обмотки (по 100 витков в каждой) сложенным вчетверо проводом ПЭЛШО 0,1. Две обмотки соединяют параллельно и используют как обмотку I трансформатора.

8454e05c51c3f8e43268fb06bd4ebafd

Рис. 8. Конструкция уголка для переключателей.

Общий провод цифровой части микросхемы DD1 (вывод 21) объединен с общим проводом платы только у узла питания для уменьшения влияния цифровой части на аналоговую.

8c0c7f1420edf440b21d0a6ade1ab74b

Рис. 9. Конструкция обоймы.

Переключатели установлены на уголке, изготовленном из латуни толщиной 1 мм (рис. 8). В уголок впаяны три латунные гайки, с помощью которых уголок крепится винтами М2 к печатной плате.

Подстроечные конденсаторы установлены на небольшой печатной плате, закрепленной на торце переключателя SA2.

На рис. 9 приведен чертеж обоймы, служащей для обеспечения теплового контакта между светодиодом и транзистором VT2. Корпуса светодиода и транзистора обертывают тонкой фторопластовой (или полиэтиленовой) пленкой и вставляют в отверстия обоймы, после чего обойму стягивают винтом.

Корпус диода VD3 после настройки мультиметра приклеивают к обойме каплей эпоксидного клея.

025d2640df9bd1869cab77b96d83ded5

Рис. 10. Вид на монтаж мультиметра.

Плата мультиметра установлена в пластмассовый корпус (рис. 10) габаритами 130x72x37 мм. Напротив индикаторов в корпусе прорезано окно, в которое вклеена пластина из цветного прозрачного органического стекла (рис. 11). Часть платы с монтажом, (нижняя по рис.

22ce9baf3af7b0d3d2349d550a5a4106

Рис. 11. Внешний вид мультиметра.

Входные гнезда XS1 и XS2 (под ответные вилки диаметром 1,6 мм) установлены на боковой стенке корпуса напротив переключателя SA1.

Для изоляции ручек от общего провода они установлены на текстолитовые втулки (рис. 12, б), наклеенные на оси переключателей.

0e1b34244525f528f14ff268faeef874

Рис. 12. Ручка-барабан н текстолитовая втулка.

Батарею питания при установке в корпус следует завернуть в полиэтиленовую пленку, чтобы, когда она «потечет», не испортить мультиметр.

Налаживание мультиметра

Далее следует собрать источник образцового напряжения, АЦП н установить индикаторы, начиная с HG1. Подключив к выводу 38 микросхемы частотомер (через резистор сопротивлением не менее 20 кОм), подбирают резистор R27 с таким сопротивлением, чтобы частота генератора составила 50 кГц±1 %. Для удобства подбора на печатной плате предусмотрено место для двух последовательно включаемых резисторов.

Подав на вход АЦП напряжение с резистора R26, проверяют его работоспособность. Подстроечным резистором R24 устанавливают на резисторе R26 напряжение примерно 100 мВ (контролируют вольтметром).

Затем, подав на неинвертирующий вход DA1 напряжение амплитудой 150. 180 мВ и частотой 1000 Гц, резистором R20 устанавливают такое же показание на индикаторах мультиметра. Уменьшая входное напряжение в 10 и 100 раз, следует проверить линейность преобразователя. Такова методика предварительной настройки.

Окончательно мультиметр настраивают так. Между входами мультиметра включают эталонный резистор сопротивлением (оно должно быть заранее измерено с точностью не хуже 0,1 %) 15. 19 кОм или 150. 190 кОм. Установив соответствующий предел измерения, при котором индицируются четыре знака, следует проверить погрешность омметра.

Если она превышает 0,1 %, необходимо рассчитать резистор, который необходимо подключить параллельно резистору R25 или R26. Предположим, что показания омметра занижены на 0,5 %. В этом случае сопротивление резистора R26 необходимо также уменьшить на 0,5%, для чего параллельно ему нужно включить резистор сопротивлением R26-100/0,5 =24 кОм. Если показания омметра завышены, аналогично рассчитанный резистор следует подключить параллельно резистору R25. добавочный резистор подпаивают к плате на стороне, противоположной установке микросхемы.

Проверив работу омметра на других диапазонах (на диапазоне 199,9 Ом показания могут быть завышены на 0,2„.0,3 Ом за счет сопротивления соединительных проводников), мультиметр переключают в режим вольтметра. Подав на его вход напряжение около 1,9 или 19 В, контролируемое эталонным вольтметром, и установив соответствующий предел измерения, добиваются подстроечным резистором R24 одинаковых показаний обоих вольтметров. Работу вольтметра следует проверить и на других диапазонах.

Установив мультиметр в режим измерения переменных напряжений, аналогично калибруют его резистором R20 на частоте 50 Гц.

Далее, установив плату в корпус и прикрепив экраны, нужно подстроить конденсаторы С3 и Сб (возможно, придется подобрать и конденсаторы С2, С5). Для этого вначале подают на вход напряжение амплитудой окодо 190 мВ и частотой 5 кГц. На пределе измерения 0,199 В запоминают показания.

Переключив вольтметр на следующий предел, увеличивают входное напряжение в 10 раз и подстроечным конденсатором С3 устанавливают такие же показания. Далее нужно переключить вольтметр на предел 19,99 В, увеличить входное напряжение еще в 10 раз и конденсатором С6 откалибровать вольтметр.

Операции по подстройке конденсаторов С3 и С6 следует повторить несколько раз, поскольку они влияют друг на друга. В режиме измерения токов мультиметр калибровки не требует.

Литература: Федорков Б. Г., Телец В. А., Дегтяренко В. П. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи, 1984.

Источник

Поделиться с друзьями
admin
Здоровая спина
Adblock
detector