Цифровые вольтметры

Обсуждение аппаратуры для радиосвязи.
Аватара пользователя
ru0aog
Сообщения: 2201
Зарегистрирован: 31 янв 2013, 10:49
позывной: RU0AOG
CиБи позывной: Апрель
Имя: Станислав
Откуда: QTH locator: NO65JX # RDA KK-04
Контактная информация:

Цифровые вольтметры

Сообщение ru0aog » 26 окт 2016, 12:09

Чтобы не засорять обзорную тему, открою отдельную ветку.

Пока тянется вопрос по В7-38, поковыряю его меньшего собрата - ВР-11А:
20161025_212846.jpg
Подчистил схему ВР-11А:
Вложения
ВР-11А Схема принципиальная.rar
(2.64 МБ) 420 скачиваний
ВР-11А Схема расположения эл-тов.rar
(3.22 МБ) 349 скачиваний
Свое изделие изъяна не имеет.
Аватара пользователя
ru0aog
Сообщения: 2201
Зарегистрирован: 31 янв 2013, 10:49
позывной: RU0AOG
CиБи позывной: Апрель
Имя: Станислав
Откуда: QTH locator: NO65JX # RDA KK-04
Контактная информация:

Цифровые вольтметры

Сообщение ru0aog » 26 окт 2016, 12:37

Итак, выяснилось, что точность ВР-11А оставляет желать лучшего (особенно сразу после включения), а после прогрева сравнима с китайским M890.
Раздобыв схему (см пост выше), начал разбирать логику его работы.

Входная группа на переключателях П2К выбирает режим работы и предел измерения.
Красным отметил путь входного сигнала при измерении постоянного напряжения на пределе 2 В:
Вход _2В.JPG
Если отбросить лишнее, то будет вот так:
ВР-11А_01.JPG
Свое изделие изъяна не имеет.
Аватара пользователя
ru0aog
Сообщения: 2201
Зарегистрирован: 31 янв 2013, 10:49
позывной: RU0AOG
CиБи позывной: Апрель
Имя: Станислав
Откуда: QTH locator: NO65JX # RDA KK-04
Контактная информация:

Re: Цифровые вольтметры

Сообщение ru0aog » 26 окт 2016, 15:12

Рассмотрим блок индикации:
IND.JPG
ВР-11А имеет четыре люминисцентных индикатора, крайний левый из которых может отображать единицу.
Три правых индикатора подключены к микросхемам К176ИЕ4 (двоичный счётчик по модулю 10 с с дешифратором в 7-сегментный код).
Счётчики соединены поразрядно, то есть осуществляют подсчёт входных импульсов с индикацией от 000 до 999.
Как только наступает переполнение третьего разряда (насчитали больше 999), то устанавливается триггер DD12.1 и в крайнем левом индикаторе зажигается "1".
Если за период счёта переполнение третьего разряда наступило вторично, то триггер DD12.1 сбрасывается, но устанавливается триггер DD12.2 и в крайнем левом индикаторе зажигается "П".
Сброс триггеров в исходное состояние происходит по сигналу линии "20".

Какие же импульсы мы считаем?
Мы ведём счёт импульсов по линии "7". В случае измерения напряжений/сопротивлений эта линия соединена с линией "31".
Импульсы генерирует счётный мультивибратор DD11.1-DD11.2, запуск которого управляется измерительным триггером DD9.3-DD11.3.
Команду на запуск счёта вырабатывает управляющий триггер DD8.1-DD8.2.

Как вся эта хренотень работает?
1. Со вторичной обмотки 5-6 сетевого трансформатора по линии "17" полуволна сетевого напряжения поступает на усилитель-формирователь VT13, который приводит в действие одновибратор VT14-VT15.
2. Одновибратор вырабатывает импульс запуска на линию "20" (КТ 16). По этому импульсу:
- очищаются счётчики индикации "000"..."999" на DD10,
- сбрасываются триггеры индикации "1", "-" и "П" на DD12,
- устанавливается триггер управляющий триггер DD8.1-DD8.2.
3. Управляющий триггер DD8.1-DD8.2 будучи включенным:
- открывает вход (ключ DA1.2),
- запускает измерительный триггер DD9.3-DD11.3.
4. Интегратор на DA4 начинает заряжать образцовый конденсатор С23 током, пропорциональным входному напряжению.
5. Измерительный триггер DD9.3-DD11.3 запускает счётный мультивибратор DD11.1-DD11.2.
6. Счётчики DD10 начинают счёт импульсов мультивибратора DD11.1-DD11.2.
7. Как только счётчики насчитали 1000 импульсов (переполнение индикации "999"), управляющий триггер DD8.1-DD8.2 закрывается:
- закрывается вход (ключ DA1.2),
- заряд образцового конденсатора С23 прекращается,
- происходит сброс счётчиков индикации "000"..."999" на DD10,
- сбрасываются триггеры индикации "1", "-" и "П" на DD12,
- вторично запускается измерительный триггер DD9.3-DD11.3 и счётный мультивибратор DD11.1-DD11.2.
8. К образцовому конденсатору подключается источник отрицательного опорного напряжения. Конденсатор С23 начинает разряжаться через резистор R25.
9. По окончании разряда срабатывает компаратор DA7, который:
- отключает измерительный триггер DD9.3-DD11.3,
- останавливает счётный мультивибратор DD11.1-DD11.2.
9. Импульсы, посчитанные за время разряда, и будут являться измеренным напряжением.

То есть,
11.JPG
- сначала (период t1) мы заряжаем конденсатор от измеряемого напряжения в течении 1000 импульсов тактовой частоты,
- потом разряжаем (период t2) через калиброванный резистор до величины опорного напряжения и считаем количество тактов (т.е. время разряда).
Абсолютная стабильность тактовой частоты тут не нужна. Важна относительная стабильность за период t1+t2.
Пунктиром показано измерение напряжения другой величины. Время заряда t1 фиксировано и равно 1000 тактов. А вот время разряда (и число подсчитанных тактов) зависит от степени заряда конденсатора. Чем больше зарядили, тем дольше длится разряд, тем больше импульсов насчитаем.

Так что частично верно, что ВР-11А синхронизирован с частотой сетевого напряжения.
Да, синхронизирован. Но частота сети определяет только начало счётного цикла.
Жаль, что счётный мультивибратор не стабилизирован кварцем, но для точности измерений 0,5% за 0,2 сек его частота изменится не намного.

Повышение точности "холодного старта" возможно заменой стабилитрона VD10 КС170А (временная нестабильность 3,0%) в источнике опорного напряжения на TL431А (1,0%, не требует "прогрева").
Также можно застабилизировать частоту импульсов мультивибратора DD11.1-DD11.2 и параллельно конденсатору С32 включить кварцевый резонатор (10 кГц?).
Свое изделие изъяна не имеет.
Аватара пользователя
ru0aog
Сообщения: 2201
Зарегистрирован: 31 янв 2013, 10:49
позывной: RU0AOG
CиБи позывной: Апрель
Имя: Станислав
Откуда: QTH locator: NO65JX # RDA KK-04
Контактная информация:

Re: Цифровые вольтметры

Сообщение ru0aog » 26 окт 2016, 22:07

Хм. ВР-11А был под пломбами.
20161026_200255.jpg
Вскрыл. Внутри муха не сидела:
20161026_203121.jpg
Заменил КС170А на TL431A. В обвязке (18кОм+91кОм) и 8,2 кОм получил 7,0 В (было 6,90 В).
Также заменил конденсатор опорника с 220 мкФх25 В на 3300 мкФ х 25В. Подстроечником скорректировал показания.
Остальные кондеры менять не стал - хилые двусторонние дорожки и завёрнутые выводы не дают демонтировать деталь без потерь. Пока снимал один кондёр, порвал две дороги. Восстановил перемычками.
Также снял ручку. Теперь по бокам две дырки. Но пока прибор стоит в стойке, этого не видно.
Промыл с мылом зелёное стекло светофильтра. С наружной стороны была какая-то труднооттираемая плёнка. Курили там что ли?

Но дело того стоило.
После включения прибор вышел на нужные показатели через 2-3 сек. Вот теперь работать удобно.
Пока нету эталона напряжения, подстроил по показаниям М890. Теперь у них индикация одинакова, проверил на всех поддиапазонах. Показания не "плавают".

Вот так вот ВР-11А измеряет +12В:

[video]https://youtu.be/aYno_tUcWhY[/video]

С "морганием" сегментов видимо ничего нельзя сделать. Сам принцип измерения, двойное интегрирование, предполагает сначала заряд на протяжении 1000 импульсов. А их тоже надо считать. Гашение индикации на этот период в К176ИЕ4 не предусмотрено.
Свое изделие изъяна не имеет.
Аватара пользователя
UB9YAQ
Сообщения: 68
Зарегистрирован: 13 май 2016, 10:25
позывной: RA9YRU
Имя: Костя
Откуда: Barnaul

Re: Цифровые вольтметры

Сообщение UB9YAQ » 28 окт 2016, 09:22

Станислав, Вы купили его с "рук", на молотке, на авито?
отличное состояние!
Аватара пользователя
ru0aog
Сообщения: 2201
Зарегистрирован: 31 янв 2013, 10:49
позывной: RU0AOG
CиБи позывной: Апрель
Имя: Станислав
Откуда: QTH locator: NO65JX # RDA KK-04
Контактная информация:

Re: Цифровые вольтметры

Сообщение ru0aog » 28 окт 2016, 10:47

Да вот глянул на местном аукционе.
Радиомастер продавал.
Созвонились, договорились - он мне на работу по пути завёз.

Да, и ещё:
Почему-то считается, что синхронизация с частотой сети - это плохо. Мол, у прибора будет такая же нестабильность, как "плавает" частота сети.
Это в корне неверно.
Синхронизация с сетью нужна по другой причине.
Если по сети идёт мощный импульсный выброс, то схема синхронизации вольтметра его перехватывает, и перезапускает измерение.
То есть, измерения проводятся в промежутке между "выбросами" (буде таковые имеются)
Другими словами, импульсы сети не мешают проводить измерения!
Свое изделие изъяна не имеет.
Аватара пользователя
ru0aog
Сообщения: 2201
Зарегистрирован: 31 янв 2013, 10:49
позывной: RU0AOG
CиБи позывной: Апрель
Имя: Станислав
Откуда: QTH locator: NO65JX # RDA KK-04
Контактная информация:

Re: Цифровые вольтметры

Сообщение ru0aog » 28 окт 2016, 15:21

Введённые изменения показал синим цветом:
ВР-11А_03.JPG
Резистор 91к нужен чтобы скомпенсировать неточность двух других резисторов делителя и строго выставить опорное напряжение - 7,0 В.
Хотя это необязательно. Всё равно опорное напряжение подстраивается R47. Но я поставил :)
Вместо TL431A лучше поставить TL431B (он в два раза точнее), но при таком количестве разрядов (3,5) точности и так хватает.
Свое изделие изъяна не имеет.
Аватара пользователя
ru0aog
Сообщения: 2201
Зарегистрирован: 31 янв 2013, 10:49
позывной: RU0AOG
CиБи позывной: Апрель
Имя: Станислав
Откуда: QTH locator: NO65JX # RDA KK-04
Контактная информация:

Re: Цифровые вольтметры

Сообщение ru0aog » 03 ноя 2016, 15:10

Опять ВР-11А меня не радует.
Сразу после включения измеряет нормально. Точность хорошая.
А вот через 10-15 минут прогрева отсчёты начинают самопроизвольно ползти вверх. И ползут очень быстро.

К примеру, подаю +10,0 на пределе 20 В.
Сначала показывает 9,99, но менее чем за минуту показания достигают "потолка" и индицируется "П".
Снимаю напругу - нули.
Такое ощущение, что сброс отсчёта с предыдущего измерения не производится.
Надо вскрывать и смотреть осциллографом. Скорее всего остальные электролиты тоже нужно будет поменять.

По принципу измерения я немного наврал.
Всего не два такта, а три:
интегратор.JPG
Первый такт:
- ключ DA1.2 подключает ко входу интегратора измеряемое напряжение Uх,
- в течении 1000 импульсов образцового генератора на выходе DA4 накапливается интегральное значение измеряемого напряжения.
Второй такт:
- ключ DA1.2 размыкается,
- ключ DA1.1 подключает ко входу интегратора опорное напряжение обратной полярности,
- начинается перезаряд интегратора обратным напряжением,
- счётные декады ведут счёт импульсов образцового генератора,
- как только конденсатор интегратора будет полностью разряжен, выходной усилитель DA7 формирует перепад напряжения,
- счёт останавливается.
Третий такт:
- ключи DA1.1 и DA1.2 размыкаются,
- ключ DA1.4 заземляет вход интегратора,
- на выходе DA7 появляется некоторое напряжение, зависящее от точности балансировки ОУ DA4 и DA7,
- ключ DA1.3 заряжает конденсатор С17 на величину этого напряжения.
Так осуществляется автоматическая коррекция нуля.

Смотрим на схему интегратора:
Вложение интегратор.JPG больше недоступно
В моём случае, то ли ноль неправильно корректируется, то ли кондёр сдох, то ли ключ не открывается как надо.
В общем, надо провести более тщательную ревизию.
Свое изделие изъяна не имеет.
Аватара пользователя
ru0aog
Сообщения: 2201
Зарегистрирован: 31 янв 2013, 10:49
позывной: RU0AOG
CиБи позывной: Апрель
Имя: Станислав
Откуда: QTH locator: NO65JX # RDA KK-04
Контактная информация:

Re: Цифровые вольтметры

Сообщение ru0aog » 03 ноя 2016, 22:26

Заменил конденсаторы.
Неполярный конденсатор автоустановки нуля (С17) показал 7,8 мкФ (вместо 5 мкФ), но ESR аж 6 Ом.
Поставил 1 мкФ с ESR=0,7 Ом:
a 002.jpg
Вроде работает.
Поставил на тестовый прогон.
Свое изделие изъяна не имеет.
Аватара пользователя
ru0aog
Сообщения: 2201
Зарегистрирован: 31 янв 2013, 10:49
позывной: RU0AOG
CиБи позывной: Апрель
Имя: Станислав
Откуда: QTH locator: NO65JX # RDA KK-04
Контактная информация:

Re: Цифровые вольтметры

Сообщение ru0aog » 04 ноя 2016, 21:58

И всё же до конца я это дело не победил.
Через час прогона под напряжением +15,00 В я увидел вот это:

[video]https://youtu.be/CTthq8UqQ2o[/video]

Причём случалось такое периодически, на 2-3 минуты. А затем показания возвращались к норме.

Попробовал в процессе измерения выключить измеряемое напряжение и потом включить опять.
Вот что вышло:

[video]https://youtu.be/pl2OVa5iTv8[/video]

Имхо, косячит автокоррекция нуля.
Со временем набегает какая-то погрешность, которая потом в какой-то момент сбрасывается.

Можно не отключать источник +15,00 В, а "перезагрузить" мультиметр - реакция одна и та же (измерение приходит в норму).
Свое изделие изъяна не имеет.
Ответить