Цифров ВОЛТМЕТЪР и АММЕТЪР за лабораторно захранване (еднополярно и биполярно) на специализиран чип ICL7107
Така се случи, че имаше нужда от производство на амперметър и волтметър за лабораторни захранвания. За да реша проблема, реших да поровя в интернет и да намеря лесно повторима схема с оптимално съотношение цена-качество. Имаше мисли за създаване на амперметър и волтметър от нулата на базата на LCD и микроконтролер (MK). Но си мисля, че ако това е микроконтролер, тогава не всеки ще може да повтори дизайна - в крайна сметка имате нужда от програмист и дори не искам да купувам или правя програмист за програмиране веднъж или два пъти. И хората вероятно също няма да го искат. В допълнение, всички микроконтролери (с които съм работил) измерват входния сигнал с положителна полярност спрямо общия проводник. Ако трябва да измервате отрицателни стойности, ще трябва да се справите с допълнителни операционни усилватели. Някак всичко това беше стресиращо! Погледът ми попадна на широко разпространения и достъпен чип ICL7107. Цената му се оказа половината от цената на MK. Цената на LCD 2x8 знака се оказа три пъти повече от цената на необходимия брой седемсегментни LED индикатори. И аз харесвам блясъка на LED индикаторите повече от LCD. Можете също така да използвате подобен, дори по-евтин, местно производство m/skh KR572PV2. Намерих диаграмите в интернет и отидох да проверя функционалността! Имаше грешка в диаграмата, но беше коригирана. Оказа се, че при калибриране на показанията m/sx ADC работи доста точно и точността на показанията напълно ще задоволи и най-придирчивия потребител. Основното нещо е да вземете качествен резистор за многооборотна настройка. Броенето е много бързо - без спирачки. Има значителен недостатък - биполярно захранване ±5V, но този проблем може лесно да бъде решен с помощта на отделно мрежово захранване на трансформатор с ниска мощност с положителни и отрицателни стабилизатори (ще дам диаграмата по-късно). За да получите -5V, можете да използвате специализирана микросхема ICL7660 (вижда се на снимката в горната част на страницата) - страхотни неща! Но има адекватна цена само в SMD пакет, а в обикновен DIP ми се стори малко скъп и е много по-трудно да се купи от конвенционалните линейни стабилизатори - по-лесно е да се направи отрицателен стабилизатор. Оказа се, че ICL7107 перфектно измерва както положителното, така и отрицателното напрежение спрямо общия проводник и дори знакът минус се показва в първата цифра. Всъщност в първата цифра само знакът минус и числото "1" се използват за обозначаване на полярността и стойността на стотици волта. Ако за лабораторно захранване не е необходима индикация за напрежение от 100V и няма нужда да се посочва полярността на напрежението, тъй като всичко трябва да бъде написано на предния панел на захранването, тогава първият индикатор не може да бъде инсталиран изобщо. За амперметър ситуацията е същата, но само "1" в първата цифра ще покаже, че е достигнат ток от десет ампера. Ако захранването има ток от 2...5A, тогава не можете да инсталирате първия индикатор и да спестите пари. Накратко, това са само мои лични мисли. Схемите са много прости и започват да работят веднага. Трябва само да зададете правилните показания на контролния волтметър с помощта на подстригващ резистор. За да калибрирате амперметъра, ще трябва да свържете товар към захранването и да използвате контролния амперметър, за да зададете правилните показания на индикаторите и това е! За захранване на амперметри в биполярна захранваща верига се оказа, че е най-добре да се използва отделен малък мрежов трансформатор и стабилизатори с общ проводник, изолиран от общия проводник на самото захранване. В този случай входовете на амперметрите могат да бъдат свързани към измервателните шунти "на случаен принцип" - m/sx ще измерва както "положителни", така и "отрицателни" спадове на напрежението на измервателните шунти, инсталирани във всяка част на захранващата верига. Това е особено важно, когато и двата стабилизатора в биполярно захранване вече са свързани чрез общ проводник без измервателни шунтове. Защо искам да направя отделно захранване с ниска мощност за измервателни уреди? Е, също така, защото ако захранвате измервателните уреди от трансформатора на самото захранване, тогава, когато получите напрежение от 5 V от 35 V, ще трябва да инсталирате допълнителен радиатор, който също ще генерира много топлина, така че е по-добре да използвате малки запечатани трансформатори на малка платка. И в случай на захранване с напрежение над 35 V, да речем 50 V, ще трябва да вземете допълнителни мерки, за да сте сигурни, че за пет стабилизатора на напрежението на входа напрежението е не повече от 35 V. Можете да използвате превключващи стабилизатори с високо напрежение с ниско генериране на топлина, но това увеличава цената. Накратко, ако не едно, то друго ;-)
Верига на волтметър:
Верига на амперметър:
Снимка на печатна платка на волтметър и амперметър (размер на платката 122x41 mm) със седемсегментни LED индикатори тип E10561 с цифри с височина 14,2 mm. Захранването за волтметър и амперметър е отделно! Това е необходимо, за да се гарантира възможността за измерване на токове в биполярно захранване. Амперметърният шунт се монтира отделно - циментов резистор 0,1 Ohm/5 W.
Схема на най-простото мрежово захранване за съвместно и отделно захранване на волтметри и всеки от амперметрите (може би безсмислена идея, но работи):
И снимка на печатни платки, използващи компактни запечатани трансформатори 1.2...2 W (размер на платката 85x68 mm):
Схема на преобразувател на полярността на напрежението (като опция за получаване на -5 V от +5 V):
Видео за работа на волтметър
Видео за работаамперметър
Няма да правя комплекти или платки, но ако някой се интересува от този дизайн, можете да изтеглите чертежите на печатни платки.
Благодаря на всички за вниманието! Успех, мир и добро в дома ви! 73!
Фигура 1 показва схема на цифров амперметър и волтметър, която може да се използва като допълнение към схеми на захранвания, преобразуватели, зарядни устройства и др. Цифровата част на схемата е реализирана на микроконтролер PIC16F873A. Програмата осигурява измерване на напрежение 0...50 V, измерен ток - 0...5 A.
За извеждане на информация се използват светодиодни индикатори с общ катод. Един от операционните усилватели на чипа LM358 се използва като последовател на напрежение и служи за защита на контролера в аварийни ситуации. Все пак цената на контролера не е толкова ниска. Токът се измерва индиректно, като се използва преобразувател на ток-напрежение, направен от операционния усилвател DA1.2 на микросхемата LM358 и транзистора VT1 - KT515V. Можете също да прочетете за такъв конвертор. Сензорът за ток в тази верига е резистор R3. Предимството на тази верига за измерване на ток е, че няма нужда от прецизна настройка на милиомния резистор. Можете просто да регулирате показанията на амперметъра с тример R1 и в доста широк диапазон. Сигналът за товарния ток за по-нататъшно цифровизиране се отстранява от товарния резистор на преобразувателя R2. Напрежението на филтърния кондензатор, разположен след токоизправителя на вашия захранващ блок (вход на стабилизатор, точка 3 на диаграмата) не трябва да бъде повече от 32 волта, това се дължи на максималното захранващо напрежение на операционния усилвател. Максималното входно напрежение на стабилизатора на микросхемата KR142EN12A е тридесет и седем волта.
Регулирането на волтаметъра е както следва. След всички процедури - монтаж, програмиране, проверка за съответствие, продуктът, който сте сглобили, се захранва със захранващо напрежение. Резисторът R8 задава напрежението на изхода на стабилизатора KR142EN12A на 5,12 V. След това програмираният микроконтролер се поставя в гнездото. Измерете напрежението в точка 2 с мултицет, на който имате доверие, и използвайте резистор R7, за да постигнете същите показания. След това към изхода (точка 2) се свързва товар с контролен амперметър. В този случай еднакви показания на двете устройства се постигат с помощта на резистор R1.
Можете сами да направите резистор за сензор за ток, като използвате например стоманена тел. За да изчислите параметрите на този резистор, можете да използвате програмата „Изтеглихте ли програмата?“ отвори ли го И така, имаме нужда от резистор с номинална стойност 0,05 Ohm. За да го направим, ще изберем стоманена тел с диаметър 0,7 мм - такава имам и не ръждясва. С помощта на програмата изчисляваме необходимата дължина на сегмента с такова съпротивление. Нека да разгледаме екранната снимка на прозореца на тази програма. 
И така, имаме нужда от парче тел от неръждаема стомана с диаметър 0,7 mm и дължина само 11 сантиметра. Няма нужда да завъртите този сегмент в спирала и да концентрирате цялата топлина в една точка. Изглежда, че това е всичко. Какво не е ясно, моля, отидете във форума. Късмет. К.В.Ю. Почти забравих за файловете.
Разглеждаме прости схеми на цифров волтметър и амперметър, изградени без използването на микроконтролери на микросхемите CA3162, KR514ID2. Обикновено доброто лабораторно захранване има вградени инструменти - волтметър и амперметър. Волтметърът ви позволява точно да настроите изходното напрежение, а амперметърът ще покаже тока през товара.
Старите лабораторни захранвания имаха циферблатни индикатори, но сега трябва да са цифрови. Днес радиолюбителите най-често правят такива устройства на базата на микроконтролер или ADC чипове като KR572PV2, KR572PV5.
Чип CA3162E
Но има и други микросхеми с подобно действие. Например, има микросхема CA3162E, която е предназначена да създаде аналогов измервател на стойности, като резултатът се показва на трицифрен цифров индикатор.
Микросхемата CA3162E е ADC с максимално входно напрежение от 999 mV (с показания "999") и логическа схема, която предоставя информация за резултата от измерването под формата на три редуващи се двоично-десетични четири-битови кода на паралелен изход и три изхода за запитване на битовете на индикацията на динамичната верига.
За да получите цялостно устройство, трябва да добавите декодер за работа на седемсегментен индикатор и комплект от три седемсегментни индикатора, включени в матрицата за динамично изобразяване, както и три контролни клавиша.
Типът индикатори може да бъде всеки - LED, флуоресцентен, газоразряден, течен кристал, всичко зависи от веригата на изходния възел на декодера и ключовете. Използва LED индикация на дисплей, състоящ се от три седемсегментни индикатора с общи аноди.
Индикаторите са свързани по верига с динамична матрица, тоест всичките им сегментни (катодни) изводи са свързани паралелно. И за запитване, тоест последователно превключване, се използват общи анодни клеми.
Принципна схема на волтметър
Сега по-близо до диаграмата. Фигура 1 показва схема на волтметър, който измерва напрежение от 0 до 100V (0...99,9V). Измереното напрежение се подава към щифтове 11-10 (вход) на микросхема D1 през разделител на резистори R1-R3.
Кондензаторът SZ елиминира влиянието на смущенията върху резултата от измерването. Резисторът R4 се използва за настройка на показанията на инструмента на нула; при липса на входно напрежение, а резисторът R5 се използва за задаване на границата на измерване, така че резултатът от измерването да съответства на реалния, тоест можем да кажем, че те калибрират устройство.
Ориз. 1. Схематична диаграма на цифров волтметър до 100V на микросхеми SA3162, KR514ID2.
Сега за изходите на микросхемата. Логическата част на CA3162E е изградена по TTL логика, а изходите също са с отворени колектори. На изходите “1-2-4-8” се генерира двоичен десетичен код, който се променя периодично, осигурявайки последователно предаване на данни на три цифри от резултата от измерването.
Ако се използва TTL декодер, като KR514ID2, тогава неговите входове са директно свързани към тези входове на D1. Ако се използва CMOS или MOS логически декодер, тогава неговите входове ще трябва да бъдат изтеглени до положителни с помощта на резистори. Това ще трябва да се направи, например, ако се използва декодер K176ID2 или CD4056 вместо KR514ID2.
Изходите на декодера D2 са свързани чрез токоограничаващи резистори R7-R13 към сегментните клеми на светодиодните индикатори H1-NC. Същите сегментни щифтове на трите индикатора са свързани заедно. За анкетиране на индикаторите се използват транзисторни ключове VT1-VT3, към чиито бази се изпращат команди от изходите H1-NC на чипа D1.
Тези заключения също са направени според верига с отворен колектор. Активна нула, така че се използват транзистори от структурата pnp.
Принципна схема на амперметър
Веригата на амперметъра е показана на фигура 2. Веригата е почти същата, с изключение на входа. Тук вместо разделител има шунт на петватов резистор R2 със съпротивление 0,1 Ot. С такъв шунт устройството измерва ток до 10А (0...9,99А). Нулирането и калибрирането, както в първата верига, се извършва от резистори R4 и R5.
Ориз. 2. Схематична диаграма на цифров амперметър до 10А или повече на микросхеми SA3162, KR514ID2.
Като изберете други разделители и шунтове, можете да зададете други граници на измерване, например 0...9.99V, 0...999mA, 0...999V, 0...99.9A, това зависи от изходните параметри на лабораторното захранване, в което ще бъдат инсталирани тези индикатори. Също така, въз основа на тези схеми, можете да направите независимо измервателно устройство за измерване на напрежение и ток (настолен мултицет).
Трябва да се има предвид, че дори при използване на течнокристални индикатори, устройството ще консумира значителен ток, тъй като логическата част на CA3162E е изградена с помощта на TTL логика. Следователно е малко вероятно да получите добро устройство със самостоятелно захранване. Но волтметърът за кола (фиг. 4) ще се окаже доста добър.
Устройствата се захранват от постоянно стабилизирано напрежение от 5V. Източникът на захранване, в който ще бъдат инсталирани, трябва да осигурява наличието на такова напрежение при ток най-малко 150mA.
Свързване на устройството
Фигура 3 показва диаграма на свързващи измервателни уреди в лабораторен източник.
Ориз. 3. Схема на свързване на измервателни уреди в лабораторен източник.
Фиг.4. Домашен автомобилен волтметър на микросхеми.
Подробности
Може би най-трудните за получаване са микросхемите CA3162E. От аналозите знам само NTE2054. Може да има и други аналози, за които не знам.
Останалото е много по-лесно. Както вече беше казано, изходната верига може да бъде направена с помощта на всеки декодер и съответните индикатори. Например, ако индикаторите имат общ катод, тогава трябва да замените KR514ID2 с KR514ID1 (разводката е същата) и да плъзнете транзисторите VT1-VTZ надолу, като свържете техните колектори към отрицателния захранващ проводник, а емитерите към общи катоди на индикаторите. Можете да използвате CMOS логически декодери, като свържете техните входове към положителния източник на захранване с помощта на резистори.
Настройвам
Като цяло е доста просто. Да започнем с волтметър. Първо свързваме клеми 10 и 11 на D1 един към друг и чрез регулиране на R4 настройваме показанията на нула. След това отстранете джъмпера, който затваря клеми 11-10, и свържете стандартно устройство, например мултицет, към клемите "зареждане".
Чрез регулиране на напрежението на изхода на източника резисторът R5 регулира калибрирането на устройството, така че неговите показания да съвпадат с показанията на мултиметъра. След това настройваме амперметъра. Първо, без да свързваме товара, чрез регулиране на резистора R5 настройваме неговите показания на нула. Сега ще ви е необходим постоянен резистор със съпротивление 20 O и мощност най-малко 5 W.
Задаваме напрежението на захранването на 10V и свързваме този резистор като товар. Регулираме R5 така, че амперметърът да показва 0,50 A.
Можете също да извършите калибриране с помощта на стандартен амперметър, но намерих за по-удобно да използвам резистор, въпреки че, разбира се, качеството на калибрирането е силно повлияно от грешката в съпротивлението на резистора.
Използвайки същата схема, можете да направите автомобилен волтметър. Схемата на такова устройство е показана на фигура 4. Веригата се различава от показаната на фигура 1 само във входната и захранващата верига. Това устройство вече се захранва от измереното напрежение, тоест измерва напрежението, което му се подава като захранване.
Напрежението от бордовата мрежа на автомобила през разделителя R1-R2-R3 се подава към входа на микросхемата D1. Параметрите на този делител са същите като във веригата на фигура 1, т.е. за измервания в диапазона от 0...99,9V.
Но в кола напрежението рядко е повече от 18V (повече от 14,5V вече е неизправност). И рядко пада под 6V, освен ако не падне до нула при пълно изключване. Следователно устройството реално работи в диапазона 7...16V. Захранването от 5V се генерира от същия източник, като се използва стабилизатор A1.
Този дизайн описва прост волтметър с индикатор на дванадесет светодиода. Това измервателно устройство ви позволява да показвате измереното напрежение в диапазона от стойности от 0 до 12 волта на стъпки от 1 волт, като грешката на измерване е много ниска.
Компараторите на напрежението са монтирани на три операционни усилвателя LM324. Техните обратни входове са свързани към резисторен делител на напрежение, монтиран през резистори R1 и R2, през които се подава контролирано напрежение към веригата.
Неинвертиращите входове на операционните усилватели получават референтно напрежение от делител, направен през съпротивления R3 - R15. Ако на входа на волтметъра няма напрежение, тогава изходите на операционния усилвател ще имат високо ниво на сигнала, а изходите на логическите елементи ще имат логическа нула, така че светодиодите няма да светят.
Когато измереното напрежение се получи на входа на светодиодния индикатор, на определени изходи на компараторите на операционните усилватели ще се установи ниско логическо ниво и съответно светодиодите ще получат високо логическо ниво, в резултат на което съответният светодиод ще светне. За да се предотврати подаването на ниво на напрежение на входа на устройството има защитен ценеров диод от 12 волта.
Тази версия на схемата, разгледана по-горе, е идеална за всеки собственик на автомобил и ще му даде визуална информация за състоянието на заряда на батерията. В този случай се използват четири вградени компаратора на микросглобката LM324. Инвертиращите входове генерират референтни напрежения от съответно 5.6V, 5.2V, 4.8V, 4.4V. Напрежението на батерията се подава директно към инвертиращия вход чрез разделител през съпротивления R1 и R7.
Светодиодите действат като мигащи индикатори. За конфигуриране към батерията се свързва волтметър, след което променливият резистор R6 се настройва така, че необходимите напрежения да присъстват на инвертиращите клеми. Фиксирайте индикаторните светодиоди на предния панел на автомобила и начертайте до тях напрежението на батерията, при което един или друг индикатор светва.
И така, днес искам да разгледам друг проект, използващ микроконтролери, но също много полезен в ежедневната работа на радиолюбител. Това е цифрово устройство, базирано на модерен микроконтролер. Дизайнът му е взет от радио списание за 2010 г. и може лесно да се преобразува в амперметър, ако е необходимо.
Този прост дизайн на автомобилен волтметър се използва за наблюдение на напрежението на бордовата мрежа на автомобила и е проектиран за диапазон от 10,5 V до 15 V. Като индикатор се използват десет светодиода.
Сърцето на веригата е LM3914 IC. Той е в състояние да оцени нивото на входното напрежение и да покаже приблизителния резултат на светодиоди в режим на точка или лента.
Светодиодите показват текущата стойност на батерията или напрежението на бордовата мрежа в точков режим (пин 9 не е свързан или е свързан към минуса) или режим на колона (пин 9 към захранващия плюс).
Съпротивлението R4 регулира яркостта на светодиодите. Резисторите R2 и променливата R1 образуват делител на напрежение. С помощта на R1 се регулира горният праг на напрежението и с помощта на резистор R3 се регулира долният праг.
Калибрирането на веригата се извършва съгласно следния принцип. Прилагаме 15 волта към входа на волтметъра. След това, чрез промяна на съпротивлението R1, ще постигнем запалване на светодиода VD10 (в точков режим) или всички светодиоди (в колонен режим).
След това прилагаме 10,5 волта към входа и R3 постига блясъка на VD1. И след това увеличаваме нивото на напрежение на стъпки от половин волт. Превключвател SA1 се използва за превключване между режимите на показване на точки/колони. Когато SA1 е затворен - колона, когато е отворен - точка.
Ако напрежението на батерията е под 11 волта, ценерови диоди VD1 и VD2 не пропускат ток, поради което светва само HL1, което показва ниско ниво на напрежение в бордовата мрежа на автомобила.
Ако напрежението е в диапазона от 12 до 14 волта, ценеровият диод VD1 отключва VT1. HL2 светва, показвайки нормално ниво на батерията. Ако напрежението на батерията е над 15 волта, ценеровият диод VD2 отключва VT2 и светодиодът HL3 светва, което показва значително превишаване на напрежението в мрежата на автомобила.
Като индикатор се използват три светодиода, както в предишния дизайн.
Когато нивото на напрежението е ниско, HL1 светва. Ако нормата е HL2. И повече от 14 волта, третият светодиод мига. Ценеровият диод VD1 формира референтното напрежение за работа на операционния усилвател.
♦ В предишната статия: за контрол на тока на зареждане се използва амперметър за 5 - 8 ампера.
Амперметърът е доста оскъдно нещо и не винаги можете да намерите такъв за такъв ток. Нека се опитаме да направим амперметър със собствените си ръце. 
За да направите това, ще ви е необходимо устройство за измерване на стрелката на магнитно-електрическата система за всеки ток на пълното отклонение на стрелката на скалата.
Необходимо е да се гарантира, че той няма вътрешен шунт или допълнително съпротивление за волтметъра.
♦ Устройството за измервателна стрелка има вътрешно съпротивление на подвижната рамка и тока на пълното отклонение на стрелката. Указателното устройство може да се използва като волтметър (допълнително съпротивление е свързано последователно с устройството)и като амперметър (допълнително съпротивление е свързано паралелно с устройството).
♦ Схемата за амперметъра е вдясно на фигурата.
Допълнително съпротивление - шунтизчислено по специални формули... Ще го направим по практичен начин, като използваме само калибровъчен амперметър на ток до 5 - 8 ампера, или с помощта на тестер, ако има такава граница на измерване.
♦ Нека сглобим проста схема от токоизправител за зареждане, стандартен амперметър, проводник за шунт и зареждаема батерия. Вижте снимката... 
♦ Като шунт може да се използва дебел проводник от стомана или мед. Най-добрият и най-лесният начин е да вземете същия проводник, който е бил използван за навиване на вторичната намотка, или малко по-дебел.
Трябва да вземете парче медна или стоманена тел около 80 сантиметра, отстранете изолацията от него. В двата края на сегмента направете пръстени за болтово закрепване. Свържете този сегмент последователно с еталонен амперметър.
Запоете единия край от нашето устройство-показател към края на шунта, а другия прокарайте по шунтовия проводник. Включете захранването, задайте тока на зареждане с помощта на регулатора или превключватели според контролния амперметър - 5 ампера
Започвайки от точката на запояване, прокарайте другия край от показалеца по жицата. Задайте показанията на двата амперметъра на едно и също ниво. В зависимост от съпротивлението на рамката на вашия указател, различните указатели ще имат различни дължини на шунтови проводници, понякога до един метър.
Това, разбира се, не винаги е удобно, но ако имате свободно място в калъфа, можете внимателно да го поставите.
♦ Шунтиращият проводник може да бъде навит в спирала, както е показано на фигурата, или по някакъв друг начин в зависимост от обстоятелствата. Разтегнете малко завоите, така че да не се допират един до друг, или поставете пръстени от винилхлоридни тръби по цялата дължина на шунта. 
♦ Можете първо да определите дължината на шунтиращия проводник и след това да използвате изолиран проводник вместо гол проводник и да го навиете на едро върху детайла.
Трябва да изберете внимателно, като извършите всички операции няколко пъти, толкова по-точни ще бъдат показанията на вашия амперметър.
Свързващите проводници от устройството трябва да бъдат запоени директно към шунт, в противен случай стрелката на устройството ще се чете неправилно.
♦ Свързващите проводници могат да бъдат с всякаква дължина и следователно шунтът може да бъде разположен навсякъде в тялото на токоизправителя.
♦ Необходимо е да се избере скала за амперметъра. Скалата на амперметъра за измерване на постоянен ток е единна.
