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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Compteur de tension et de courant. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure L'un des principaux appareils d'un laboratoire radioamateur est une alimentation électrique réglable. Pour augmenter l'efficacité et la commodité de fonctionnement, il est utile de le compléter par un compteur intégré pour la tension de sortie et le courant de charge. Les descriptions de ces compteurs se trouvent assez souvent sur Internet et dans les magazines de radioamateur. Mais il arrive que la description trouvée ne soit pas adaptée pour créer un compteur adapté à une intégration dans une source d'énergie spécifique. Après tout, vous devez prendre en compte de nombreux facteurs, par exemple l'espace disponible pour son installation, la disponibilité des pièces nécessaires. Cet article présente une version du compteur qui peut être utile à la fois pour ceux qui développent une alimentation de laboratoire à partir de zéro et pour ceux qui ont l'intention de l'intégrer dans une alimentation prête à l'emploi. L'appareil mesure la tension continue de 0 à 51,1 V avec une résolution de 0,1 V et le courant continu de 0 à 5,11 A avec une résolution de 0,01 A. Son prototype était le compteur décrit dans [1], qui est de conception assez simple et possède bons paramètres. L'idée principale qui y est mise en œuvre, à savoir utiliser un microcontrôleur peu coûteux, mérite l'attention. Cependant, la nécessité d'utiliser un ampli-op capable de fonctionner avec une alimentation unique à une tension de sortie proche de zéro, ainsi que la présence d'une source d'alimentation supplémentaire, imposent certaines restrictions à son utilisation. De plus, les indicateurs sur la carte prototype sont mal situés, il est préférable de les installer en rangée horizontalement et de réduire les dimensions de la face avant du compteur, en les rapprochant des dimensions des indicateurs utilisés. Le schéma de principe du compteur est présenté sur la Fig. 1. Comme il n'a pas été possible de trouver les puces 1HC74N utilisées dans [595] (registres à décalage avec registre de stockage), des puces 74HC164N ont été utilisées, dans lesquelles il n'y a pas de registre de stockage. Des indicateurs avec une luminosité beaucoup plus élevée à faible courant ont également été utilisés, ce qui a permis de réduire le courant consommé par le compteur à 20 mA et d'éliminer le besoin d'un régulateur de tension +5 V supplémentaire.
Malheureusement, l'utilisation du 74NS164N présente un inconvénient : la lueur parasite des éléments indicateurs lors de la mise à jour de leur état. Mais comme la luminosité moyenne d'une telle lueur est insignifiante et qu'elle est encore affaiblie par les filtres de lumière qui sont habituellement utilisés pour recouvrir les indicateurs, cela ne peut pas être considéré comme un inconvénient sérieux. De plus, l'une des broches du microcontrôleur est libérée, ce qui peut être utilisé, par exemple, pour connecter un capteur de température. Dans ce cas, cependant, vous devrez apporter des modifications au programme du microcontrôleur. La tension mesurée est fournie à l'entrée GP0 du microcontrôleur DD1 via un diviseur de résistances R7 et R9. Le condensateur C6 améliore la stabilité des lectures du voltmètre [1]. Le signal du capteur de courant (résistance R1) est fourni à l'entrée GP1 du microcontrôleur via l'amplificateur inverseur vers l'ampli opérationnel DA1. Contrairement à [1], nous utilisons ici une alimentation d'ampli-op bipolaire avec une tension de +/-8 V, car tous les amplis-op n'ont pas la propriété « rail à rail » et fonctionnent correctement avec une alimentation unipolaire et presque nulle. tension de sortie. L'alimentation bipolaire facilite la résolution de ce problème et permet l'utilisation de nombreux types d'amplis opérationnels. Étant donné que la tension à la sortie de l'ampli-op peut être comprise entre -8 et +8 V, un circuit de limitation R10VD9 est utilisé pour protéger l'entrée du microcontrôleur contre les surcharges. Le gain est ajusté avec la résistance d'ajustement R8 et la tension nulle à la sortie de l'ampli-op est réglée avec la résistance d'ajustement R11. Les diodes VD1 et VD2 protègent l'entrée de l'ampli-op contre les surcharges en cas de rupture du capteur de courant. En raison de la résistance relativement faible du capteur de courant, l'écart du résultat de la mesure de tension lorsque le courant de charge passe de zéro au maximum (5,11 A) ne dépasse pas 0,06 V. Si le compteur est intégré à une source de tension de polarité négative, le capteur de courant peut être connecté avant le diviseur de tension de sortie de son stabilisateur. Dans ce cas, la chute de tension au niveau du capteur de courant sera compensée par le circuit de rétroaction du stabilisateur. Étant donné que le courant du diviseur est généralement faible, il n'aura presque aucun effet sur les lectures de l'ampèremètre. De plus, cette influence peut être compensée par la résistance de sous-chaîne R11. Le compteur est alimenté par la tension de sortie du redresseur d'alimentation via un convertisseur utilisant les transistors VT1 et VT2. C'est un peu plus compliqué que dans [1], car cela nécessite la fabrication d'un transformateur d'impulsions, mais il n'y a aucun problème pour obtenir toutes les tensions nominales requises. Le convertisseur de tension est l'auto-oscillateur push-pull le plus simple, dont le circuit est emprunté à [2]. La fréquence de conversion est d'environ 80 kHz. Grâce à l'isolation galvanique entre l'entrée et la sortie du convertisseur, le compteur peut être intégré dans un stabilisateur de tension de n'importe quelle polarité. Avec les transistors indiqués sur le schéma, il fonctionne à une tension d'entrée de 30 à 44 V, tandis que les tensions de sortie varient d'environ 8 à 12 V. Du fait que les résistances R5 et R6 sont choisies assez grand, le convertisseur n'a pas peur des courts-circuits en sortie. Dans de tels cas, la génération échoue tout simplement. La tension de 5 V pour alimenter la partie numérique du compteur est obtenue grâce au stabilisateur intégré DA2. Il n'est pas nécessaire de stabiliser la tension d'alimentation de l'ampli-op, car il est lui-même assez résistant à ses changements. La tension d'ondulation avec la fréquence de conversion est supprimée par des filtres RC aux entrées du microcontrôleur DD1. Si les pulsations d'une fréquence de 100 Hz sont trop importantes, il est recommandé d'utiliser la méthode de réduction décrite dans [3]. Ici, il convient de dire quelques mots sur l'instabilité inhérente au chiffre le moins significatif du résultat de mesure, inhérente à tous les compteurs numériques. Cela change toujours de manière chaotique par un autour de la vraie valeur. Ces fluctuations ne sont pas la conséquence d'un dysfonctionnement de l'appareil, mais elles ne peuvent être complètement éliminées, elles ne peuvent être réduites qu'en faisant la moyenne des résultats d'un grand nombre de mesures. Les éléments du compteur sont montés sur trois circuits imprimés en matériau isolant recouverts d'un film sur une face. Ils sont conçus pour l'installation de microcircuits dans des boîtiers DIP. Les indicateurs sont montés sur une carte (Fig. 2), et des puces numériques et un microcontrôleur sont montés sur la seconde (Fig. 3). Le convertisseur, le stabilisateur de tension d'alimentation du microcontrôleur et l'amplificateur de signal du capteur de courant sont installés sur la troisième carte (Fig. 4).
L'emplacement des pièces sur les cartes et les connexions inter-cartes sont illustrés à la Fig. 5. Les chiffres rouges indiquent les numéros des bornes du transformateur d'impulsions T1 aux endroits où elles sont connectées à la carte. Le transformateur lui-même y est fixé avec des pinces constituées d'un fil de montage isolé. Les condensateurs de blocage C13 et C14 sont soudés directement aux broches d'alimentation des microcircuits DD2 et DD3. Comme le montre la pratique, le compteur fonctionne normalement sans ces condensateurs.
Le microcontrôleur et les panneaux indicateurs sont reliés par des supports en acier galvanisé de 0,5 mm d'épaisseur. La carte convertisseur et amplificateur est fixée avec deux vis M2. La distance entre les planches est d'environ 11 mm. Cette version de la conception de l'appareil (Fig. 6) prend moins de place sur le panneau avant de l'alimentation dans laquelle cet appareil doit être intégré.
Au lieu de l'ampli opérationnel KR140UD708, vous pouvez utiliser, par exemple, le KR140UD1408 et de nombreux autres types d'amplis opérationnels. Il convient de noter qu'ils peuvent nécessiter des circuits de correction différents de ceux du KR140UD708. Ceci doit être pris en compte lors de la conception d'une carte de circuit imprimé. Au lieu des registres à décalage 74HC164, vous pouvez utiliser le 74HC4015, mais vous devrez modifier la topologie des conducteurs du circuit imprimé. Les diodes KD522B peuvent être remplacées par des diodes KD510A. Résistances ajustables R8 et R11 - SP3-19, R9 - importées. Des condensateurs permanents sont également importés. La résistance R1 (capteur de courant) peut être fabriquée à partir de fil nichrome ou utilisée prête à l'emploi, comme cela a été fait dans [1]. Je l'ai réalisé à partir d'un morceau de ruban nichrome d'une section de 2,5x0,8 mm et d'une longueur (y compris les extrémités étamées) d'environ 25 mm, extrait d'un relais thermique TRN. Le transformateur T1 est enroulé sur un anneau de ferrite de taille 10x6x3mm, retiré d'une CFL défectueuse. Tous les enroulements sont enroulés avec du fil PEV-2 d'un diamètre de 0,18 mm. L'enroulement 2-3 contient 83 tours, les enroulements 1-2 et 4-5 - 13 tours chacun et l'enroulement 6-7-8 - 80 tours avec un coup du milieu. Si la tension de sortie du redresseur est inférieure à 30 V, le nombre de tours de l'enroulement 2-3 devra être réduit à raison d'environ 4 tours par volt. Entre eux, les enroulements 1 -2-3 et 4-5 sont isolés avec une couche de papier condensateur de 0,1 mm d'épaisseur, et l'enroulement 6-7-8 - avec deux couches de ce papier. Après vérification du fonctionnement, le transformateur est imprégné de vernis XB-784. Le programme du microcontrôleur est écrit dans l'environnement MPLAB IDE v8.92 dans le langage assembleur MPASM. Deux options sont proposées. Les fichiers de la première option se trouvent dans le dossier "Cathode commune" et sont destinés à un appareil doté d'indicateurs LED à cathodes de décharge communes, y compris celles indiquées dans le schéma de la Fig. 1. Les fichiers de la deuxième option du dossier « Anode commune » doivent être utilisés lors de l'installation d'indicateurs LED avec anodes de décharge communes dans l'appareil. Cependant, cette version du programme n'a pas été testée en pratique. La programmation du microcontrôleur a été réalisée à l'aide du programme IC-prog et d'un dispositif simple décrit dans [4]. La configuration du compteur consiste à mettre à zéro la résistance de réglage R11 à la sortie de l'ampli-op DA1 en l'absence de courant dans le circuit mesuré. Ensuite, un courant est fourni à ce circuit qui est proche de la limite de mesure, mais inférieur à celle-ci. En contrôlant le courant avec un ampèremètre standard et une résistance d'ajustement R8, nous obtenons l'égalité dans les lectures des appareils standard et ajustés. En appliquant et en surveillant la tension mesurée avec un voltmètre standard, définissez les lectures correspondantes sur l'indicateur de l'appareil à l'aide de la résistance d'ajustement R9. Plus de détails sur la configuration sont écrits dans [1]. Les deux versions du programme du microcontrôleur peuvent être téléchargées à partir de ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/05/av-meter.zip. littérature
Auteur : E. Gerasimov
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