Ядром многих цифровых измерительных агрегатов представляет микросхема аналого-цифрового преобразователя (АЦП) КР572ПВ5 и жидкокристаллический индикатор ИЖЦ5-4/8. Для того, чтобы сердечное смыслить работку данных агрегатов, необходимо знать, как делает микросхема АЦП.

Микросхема КР572ПВ5 [1] изготовляется по технологии КМОП. Она держит (рис. 1) электронные ключи А1-A11, буферный операционный усилитель DA1, действующий в порядке повторителя, операционный усилитель DA2 - интегратор, компаратор DA3 и цифровую доза, состоящую из тактового генератора G, логического строить DD1, счетчика СТ, списка памяти RG и воскресного дешифратора DC. Ключи А1-A11 включаются в определенной последовательности логическим приспособлением DD1, действующим совместно с счетчиком СТ.

Типовая модель включения микросхемы, ее собрание со индикатором ИЖЦ5-4/8 и микросхемой "Исключающее ИЛИ", вынужденной для координирования десятичными запятыми индикатора, приведены на рис. 2.

Строить делает по принципу бинарного интегрирования, мешковато применяемому в цифровых измерительных агрегатах. Мысль приема двоякего интегрирования заключается в том, что сначала интегрирующий конденсатор заряжают сурово определенное время током, пропорциональным измеряемому напряжению, след разряжают придирчиво определенным током до ноля. Время, в течение которого происходит ранг конденсатора, удается пропорциональным измеряемому напряжению. Сие время измеряется при услуги счетчика, праздничные толчки которого посунуться на индикатор.

Рассмотрим деятельность микросхемы сильнее обстоятельно. На ответы 30 и 31 микросхемы (рис. 1) посунуться измеряемое напряжение Uвx, на итоги 36 и 35 - совершенное Uo6p.

Цикл измерения (рис. 3) заключается из трех стадий: интегрирования признака (ИНТ), порядка интегрирующего конденсатора (РИ) и автоматической коррекции ноля (АК). Каждой стадии отвечает определенная коммутация ингредиентов микросхемы, выполняемая при услуги ключей на МОП-транзисторах А1-A11. На рис. 1 надписи у ключей обозначают стадию, в течение которой ключ замкнут.

В течение стадии ИНТ, длящейся 4000 сроков Т тактовой частоты, входной донос спустя ключи А1, А2 и буферный усилитель DA1 посунуться на ход интегратора DA2. Настоящее будить на конденсаторе Синт накопление заряда, пропорционального по мере и должного по жест приложенному входному напряжению. Напряжение на выезде интегратора DA2 изменяется со ровной быстротой, пропорциональной входному звонку. Допустим, что к сроку основания стадии ИНТ заряды на конденсаторах Синт и Сак, и напряжения смещения ноля DA1-DA3 равнозначные нолю. Так как входной ток интегратора DA2 небольшой, изменение заряда на конденсаторе Сак не происходит, и он действительно не оказывает могущества на процесс интегрирования. Конденсатор Собр заряжен от источника совершенного напряжения до меры Uo6p. В конце стадии ИНТ со выручкой компаратора DA3 определяется жест входного напряжения по значок напряжения на выезде интегратора DA2. Чувствительность компаратора DA3 такая, что обеспечивает справедливое определение полярности входного признака, даже если радиосигнал составляет часть единицы отсчета.

При работке микросхемы в стадии РИ входной толчок на интегратор DA2 не посунуться, к интегратору DA2 сквозь ключи А7, А8 или А6, А9 подключается конденсатор Собр, заряженный до совершенного напряжения и ориентированный по полярности таковым имиджем, чтобы происходил тип Синт- Тип продолжается до тех эпох, покуда конденсатор Синт не разрядится совершенно, т.е. напряжение на выезде DA2 не станет сходным нолю. В сей срок подключенный параллельно конденсатору Синт компаратор DA3 срабатывает и прекращает стадию РИ. Заряд конденсаторов Собр и Сак фактически не изменяется. Время ранга конденсатора Синт, явленное количеством сроков тактовых импульсов, и дух эффект измерения, записанный в счетчике СТ. Настроение счетчика переписывается в список RG, а пот преобразуется в симптомы семисегментного кода, которые поступают на индикатор.

При жесте напряжения на ходах Uвx, другом упомянутому на рис. 1 и 2, сегмент G1 индицирует жест "минус". При перегрузке на индикаторе остается только цифра 1 в большом ранге и значок "минус" (для негативного напряжения).

Стадия АК начинается со прекращения деятельности счетчика, когда логическое приспособление DD1 содержит ключи A3, А4 и All. Образовавшаяся при сем следящая организация обеспечивает заряд конденсаторов Снят и Сан до напряжения, компенсирующего смещение ноля DA1 - DA3. Оно остается неизменным в течение будущих стадий ИНТ и РИ. В продукте приведенная к въезду погрешность из-за смещения ноля и его температурного дрейфа не превышает 10 мкВ.

В эшелон микросхемы вникать тактовый генератор. Частота следования era импульсов определяется кажущимися ингредиентами Rг и Сг. Для подавления сетевых помех со частотами, кратными 50 Гц, частота повторения импульсов должна существовать выбрана таковой, чтобы в время интегрирования, общее 4000 срокам тактового генератора Т, укладывалось неповрежденное количество К сроков сетевого напряжения, равновеликих 20 мс.

Таковым видом, 4000Т = 20К мс, где К = 1, 2, 3 и т.д. Отсюда, fг=l/T=200/K кГц, т.е. 200, 100, 67, 50, 40 кГц, малые частоты привычно не используют. Номиналы частотозадающих совокупностей тактового генератора надеются по формулировке Cг=0,45/(fгRг). Для улучшения стабильности частоты меж ответами 39 и 40 может соль включен кварцевый резонатор (при сем ингредиенты R.г и Сг не подключают). При работке микросхемы от наружного генератора тактовые импульсы приносят на ответ 40, итоги 38 и 39 при настоящем оставляют вольными.

Диапазон входных напряжений микросхемы зависит от совершенного напряжения Uo6p и определяется соответствием Uвхмакс =±1,999 Uo6p. Сегодняшние оказания индикаторов должны браниться количеством, одинаковым 1000Uвх/Uобр, однако на действительности они ниже на 0,1...0,2%.

Наибольший ток, потребляемый микросхемой от источника кормления, не превышает 1,8 мА, погрешность преобразования не превышает 1 единицы меньшего порядка. Упомянутые параметры гарантируются при температуре 25±5°Со и питающем напряжении 9 В со нестабильностью ±1% (допуск на напряжение продовольствия составляет 7...10 В). Входное противоборство определяется едва утечками и существенно превышает 100 МОм.

Микросхема КР572ПВ5 имеет встроенный источник опорного напряжения. Оно составляет 2,9±0,5 В, источник подключен плюсом к итогу 1 - плюсу источника кормления микросхемы. Минусовой ответ источника опорного напряжения соединен со итогом аналогового общественного кабели (ответ 32) и обозначен на рис. 2 как -3 В. Нагрузочная ловкость данного источника жестко несимметрична -при нагрузочке, подключаем меж плюсом кормления (итог 1) и выездом источника (ответ 32) ее ток может составлять несколько миллиампер. Если же нагрузочка подключена меж минусом пропитания (ответ 26) и итогом 32, ток нагрузочки не может превышать 10 мкА. Данное свойство источника разрешает использовать двуполярное кормление, при котором глобальный кабель двух источников ±(3,5...5). В подключен к итогу 32 микросхемы (рис. 4).

Изменение праздничного напряжения настоящего источника при сомнениях напряжения пропитания микросхемы в краях 7,5...10 В меньше 0,05%, температурный коэффициент напряжения практический и не превышает 0,01 %/°Со. Настоящее обеспечивает сильно неплохую четкость мультиметра на основе микросхемы КР572ПВ5 при работке в лабораторных соглашениях (при сомнениях температуры воздуха в краях 15...25°Со) и всесторонне приемлемую для многих измерений в побольше обширном температурном диапазоне.

В то же время воскресное противодействие источника изрядно грандиозно - при токе нагрузочки 1 мА напряжение на его выезде спускается приближенно на 5%, при 3 мА - на 12%. Оттого показанная выше стабильность опорного напряжения реализуется только при стабильной нагрузочке.

Для вождения жидкокристаллическим индикатором микросхема имеет встроенный источник напряжения, по безраздельной мере несколько малой 5 В. Также, как и источник опорного напряжения, он подключен плюсом к итогу 1, минусовой выезд источника (ответ 37) обозначен на рис. 2 как -5 В. Источник имеет видную нестабильность - распорядка 0,05 В при изменении напряжения кормления в тех же венцах. Нагрузочная работоспособность его также невелика - при токе нагрузочки 1 мА воскресное напряжение уменьшается на 0,8 В, оттого использовать его можно едва для кормления микросхемы, управляющей жидкокристаллическим индикатором.

На выезде Р микросхемы (итог 21) присутствует переменное напряжение (меандр) со частотой, в 800 дружно меньше тактовой (62,5 Гц при тактовой частоте 50 кГц). На выездах микросхемы, подключаемым к сегментам индикатора, напряжение имеет ту же амплитуду, модель и частоту. Оно синфазно со напряжением на выезде F для скрытых сегментов и противофазно для познаваемых. Амплитуда настоящего напряжения (достаточный диапазон) отвечает напряжению на ответе 37.

Комфортабельно настраивать тактовый генератор на частоту 40 кГц. В сем казусе частота на выезде F микросхемы составляет 50 Гц и ее контролируют осциллографом, синхронизированным от линии. Изображение импульсов на дисплее должно соль фактически застывшим.

Для индикации десятичных запятых обязательна вспомогательная микросхема (DD1 на рис. 2). Она должна повторять стадию меандра для неиндицируемых запятых и инвертировать его для запятой, которую необходимо изобразить. Оттого один из въездов 1-4, должный индицируемой запятой, вытекает совместить со цепочкой 0 В (ярус лог. 1 для такового включения DD1), прочие сохранить холостыми.

Как уже указывалось, АЦП на основе микросхемы КР572ПВ5 измеряет отношение напряжений на въездах Uвx и Uo6p. Оттого допустимы два главных варианта ее употребления. Обычный вариант - напряжение Uo6p неизменно, Uвх обменивает в краях -2Uo6p...+2Uo6p (или от 0 до 2Uo6p). Изменение напряжения на конденсаторе Синт и на выезде интегратора DA2 (рис. 1) для настоящего эпизода показано на рис. 5,а. При следующем варианте напряжение, подаваемое на итоги Uвx, остается бесконечным, а обменивается Uo6p-Сей вариант использован в описываемых след омметре и измерителе параметров транзисторов и проиллюстрирован на рис. 5,6. Достижим и совместный вариант, когда при изменении измеряемой меры обменивают и Uвx и Uo6p, что реализовано в измерителе емкости.

Напряжения на въездах и выездах ОУ, входящих в ансамбль микросхемы, не должны высаживаться за края линейного сегмента их службы. Постоянно показывают меру ±2 В, понимая под настоящим диапазон напряжений сравнительно аналогового генерального кабели при применении встроенного источника опорного напряжения. Из рис. 5 видно, что наибольшее напряжение на выезде DA2 определяется наибольшим напряжением на ходе Uвx микросхемы. Жест напряжения на выезде интегратора сравнительно ответа 30 альтернативен жест напряжения на въезде 31, а его мера Uинт может иметься рассчитана по формулировке:

Если входное напряжение в этой формулировке изображено в вольтах, емкость Синт в микрофарадах, противодействие Rинг в килоомах, тактовая частота fтакт в килогерцах, итог удается в вольтах.

Сейчас заметим, что для обеспечения обычного порядка разрядки конденсатора Синт напряжение на нем должно иметься меньше напряжения меж ответами 1 и 32 со багажом 0,2...0,3 В. Оттого оно не должно находиться побольше 2 В при однополярном кормлении микросхемы и 3...4 В (в подвластности от напряжений продовольствия) - при двуполярном. При изменении измеряемой агрегатом меры напряжение на Синт может обмениваться в обширных краях, но для обеспечения наибольшей четкости желательно, чтобы для одного из последних ее значений оно подступать к максимально допустимой мере.

Рекомендуемые значения противодействия Rинт - 47...470 кОм, причем для наибольшего напряжения Uвx нужно выбирать Rинт ближе к наружному рубежу, для минимального - к нижнему. Емкость конденсатора Синт представляет подневольной и имеет просто меру 0,1...0,22 мкФ.

Для наращивания четкости советует подключать один из ответов источников измеряемого и опорного напряжения к ответу аналогового целого кабели 32. В действительности в строить курьезов воображает интерес дифференциальное подключение въездов к согласным источникам. Подавление синфазного напряжения на въездах микросхемы по паспортным данным составляет 100 дБ, но нигде не названа потенциальная мера синфазного напряжения, при котором АЦП беречь четкость.

Для определения дозволенного диапазона синфазных напряжений сочинителем дух проведен опыт. Напряжение Uo6p существовало выбрано одинаковым 100 мВ, напряжение Uвx составляло 195 мВ, тактовая частота - 50 кГц, Синт - 0,22 мкФ, Rинт - 47 кОм. Для такового собрания параметров напряжение Uинт на выезде интегратора DA2 и на конденсаторе Синт к концу стадии ИНТ, рассчитанное по приведенной выше формулировке, составляет 1,55 В.

Опыт дал симпатичные эффекты. Напряжения на ходах Uo6p (ответы 35 и 36) можно обменивать в кардинальном диапазоне питающего напряжения, конечно, сохраняя разность меж ними, не превышающую рекомендованной меры 2 В и соблюдая установленную на рис. 2 полярность. Данное просто объяснимо - примененные в микросхеме ключи на транзисторах КМОП делают в достаточном диапазоне напряжения продовольствия, а лишь ключи А5 и А 10 участвуют в зарядке конденсатора Собр от источника Uo6p.

Сложнее действие обстоит со напряжениями на ответах Uвx. Если напряжение на сих ответах имеет полярность, совпадающую со названной на рис. 1 и 2, напряжение на итоге 31 должно отличаться от напряжения на итоге 1 (0 В) не меньше, чем на 0,6 В. Эта мера определяется диапазоном линейной работки ОУ DA1 как повторителя При таковой полярности Uвx в конце стадии ИНТ напряжение на выезде интегратора DA2 становится на Uинт ниже, чем на ответе 30, что схематически проиллюстрировано на рис б,а.

При приближении напряжений на итогах Uвx к напряжению на итоге 26 (-Uпотягивать) начинает сказываться ограничение по диапазону линейной деятельности ОУ DA2 по выезду (рис. 6,а). Для операционных усилителей на транзисторах КМОП он аналогичен к цельному напряжению продовольствия, оттого напряжение на ходе 30 должно превышать напряжение на итоге 26 на Uинт со малюсеньким резервом (режима 0,2 В).

При полярности Uвх, противной показанной на рис. 1 и 2, напряжение на выезде интегратора на Uинт выше, чем на итоге 30 (рис. 6,б), оттого именно оно определяет потенциальную меру напряжения на ответе 30 при его приближении к напряжению на ответе 1. Экспериментально определено, что резерв должен составлять также не меньше 0,2 В, оттого для Uинт=1,55 В разность напряжений на итогах 30 и 1 должна существо не меньше 1,75 В.

При приближении напряжений на ответах Uвx к напряжению на итоге 26 и заданной выше полярности Uвx еще главную роль начинает доигрывать вероятный диапазон линейной деятельности ОУ DA1 как повторителя (рис 6,б). Минимально возможная разность напряжений меж итогами 31 и 26 составляет около 1 В.

Из полученных продуктов можно совершить ответ, что для измерения напряжения, синфазная составляющая которого максимально окрестна к напряжению на итоге 1, вытекает подключить его в равенстве со показанной на рис. 1 и 2 полярностью, если синфазная составляющая окрестна к напряжению на итоге 26, жест Uвx должен жрать другим.

Если жест измеряемого напряжения может обменивать, для извлечения наибольшего диапазона позволительных синфазных напряжений можно уменьшить напряжение на выезде интегратора, например до 0,5 В за результат прибавления Синт или Rинт в созвучии со формулировкой (2).

Для снижения могущества паразитных емкостей монтажа на четкость измерений, особо при титанических синфазных напряжениях, отрекомендовывает местечко положения Синт, Rинт и Сак на печатной зарплате окружать проводником, соединенным со ответом 27 микросхемы При применении двусторонней печатной зарплаты под данными ингредиентами желательно оставлять террасу, также связываем со итогом 27.

О емкости конденсаторов Собр и Сак. В разнородной письменности рекомендованы их грядущие значения: для наибольшего входного напряжения 200 мВ Собр=1 мкф, Сах=0,47 мкф, для Uвx=2 В Собр = 0,1 мкф, Сак =0,047 мкф. Если в процессе деятельности совершенное напряжение Uo6p, подаваемое на итоги 35 и 36 микросхемы, не обменивает, емкость Собр может существовать увеличена в несколько дружно сравнительно заданных мер. Если же напряжение на сих въездах может обменивать, заданные меры емкостей видно увеличивать нежелательно, поскольку настоящее умножу время установления свидетельств. Уменьшать емкость Собр также не отрекомендовывает, сие приведет к убавлению четкости деятельности АЦП.

Емкость конденсатора Свх существенно влияет на время установления свидетельств за перегрузки. Оттого в целых описываемых впоследствии агрегатах (без термометра, где перегрузка фактически нереальна) желательно держаться рекомендованных выше значений емкостей Сак.

О сортах используемых конденсаторов. Для Синт непременно применение конденсаторов со диэлектриком, обладающим крошечной абсорбцией - настоящее конденсаторы, обозначение которых начинается со К70, например, К71-5, К72-9, К73-16, К73-17.

Для снижения времени установления оказаний в тех прецедентах, когда на конденсаторах Собр и Сак напряжение может изменяться, для них желательно использовать конденсаторы со неплохим диэлектриком. Если же напряжение на них не обменивается, вероятно применение керамических конденсаторов, например КМ-6.

Поскольку принцип двуличного интегрирования нечувствителен к изменению частоты деятельности или прыти интегрирования (в трезвых рубежах), к стабильности Rинт и частотозадающих ингредиентов генератора микросхемы специальных распоряжений не предъявляется. Несомненно, что резисторы делителя, определяющие напряжение Uo6p; должны существовать стабильными.