Этот цифровой вольтметр идеально подходит для использования в источнике постоянного тока. Он включает в себя 3,5-разрядный светодиодный дисплей с общим катодом. Он измеряет напряжение постоянного тока от 0 до 199.9V с разрешением 0.1V. Вольтметр основан на одном чипе ICL7107 и может быть установлен на небольшую 3cm х 7cm печатную плату. Схема должна быть снабжена 5V источником питания и потребляет ток всего около 25mA.
Яркость светодиодных сегментов дисплее может быть изменена путем добавления или удаления числа диодов 1N4148, которые соединены последовательно.
Вольтметр также может быть настроен для измерения напряжения для различных диапазонов. Замена резистора 1М до 100K позволят измерять напряжение 0 — 19.99V \ 0.01V (10mV) — точность.
Калибровка
Регулируйте 10K потенциометр для установки опорного напряжения между выводами 35 и 36 микросхемы ICL7107, напряжение между этими выводами должно быть равным — 1В.
Возможно использование других индикаторов.
Источник — http://electronics-diy.com/ICL7107_volt_meter.php
«А что там собсно разгонять?», спросите вы, а там как раз есть чего разогнать. Но сначала немного теории…
В основном тестеры базируются на одной и той же универсальной микросхеме АЦП (Аналого Цифровой Преобразователь) ICL7106. Она имеет отечественный аналог К572ПВ5. Микросхема устроена так, что имеет основной вход, предельные значения которого есть напряжение от -0.2В до +0.2В - это крайние показания «-1999», если превысить этот порог, то будет индицироваться перегрузка «-1». Микросхема настолько универсальна, что на ней делают тестеры, термометры, измерители давления… в общем, все, что имеет линейное изменение напряжение с датчика.
Теперь о частотах ее работы. Стандартная частота для нее 56кГц, и что самое странное, во всех тестерах она занижена, и равна примерно 20кГц. Видимо, это сделано для усреднения результата, но, тогда, скажем, быстроизменяющееся напряжение или ток в небольших пределах мы будем видеть как стабильное число, в то время как оно совсем не стабильно. При срочной работе, и когда надо измерять много точек с напряжением, или подбирать номинал, перебирая много резисторов, то, честно говоря, начинает раздражать, пока этот тестер сообразит.
Задает нужную частоту работы АЦП цепочка из 1 конденсатора и 1 резистора. Резистор равен 100кОм, но как показывает практика, он почти не меняет частоту. В стандартном включении всех тестеров, конденсатор имеет номинал в 100р, мы же поставим 30р, 33р, 36р, или 39р, в зависимости от конкретного случая, и кому как удобнее работать. Ставить меньше 30р не рекомендую ввиду того, что частота будет слишком высокой, не в плане того, что АЦП перестанет работать, просто слишком быстро будут меняться числа на экране, и просто не успеете их фиксировать.
В качестве примера приведу разгон двух тестеров, одного старого маленького, ускоренного еще давно (лет 6 назад), и одного нового большого, который будет разогнан сейчас.
Разгон в маленьких тестерах
Для примера взят тестер фирмы UNI-T M838, самая старшая модель в данном классе, имеет пищалку в режиме проверки диодов и термометр.
Его внешний вид:
Не пугайтесь, просто ему досталось за всю его длинную жизнь… Я его купил тогда, когда цифровики только появлялись в Украине вообще. Его не раз палили и много чего с ним вытворяли злые руки (не мои). Следует отметить, что там не родная микросхема, а перепаянная отечественная. В оригинале там стояла плата с черной нашлепкой-микросхемой, которую легко заменить на микросхему в обычном DIP корпусе.
Емкость найти не сложно, во-первых, она всего одна на весь тестер, потому что керамика, и потому что 100р. (не путайте, это не 100 рублей, а 100 пикофарад) Стоит этот конденсатор всегда в конце микросхемы, возле последних ног, вместе с резистором они подключены к 3 ногам микросхемы.
Вот здесь была эта емкость:
В данный момент там стоит не 100р, а 27р, перед ним видно резистор на 100кОм.
Разгон в больших тестерах
Опять же фирма UNI-T, модель M890G, тоже самая навороченная модель из своего ряда. Дополнительные возможности: измерение емкости (до 20мкФ) и частоты (до 20кГц), переменного тока (до 20А), и высокого сопротивления (до 20мОм), измерение температуры и сигнал в режиме «диод» можно считать обычным делом для большого тестера.
Частота в данном тестере составила 27.7кГц. Меняем 100р на 33р (по схеме большого тестера это емкость C5). При установке такой емкости показания снимаются слишком быстро, так как частота равняется 60.6кГц.
Берем емкость выше. При емкости в 39р получил частоту 52.6кГц, и наблюдать изменение цифр на экране стало куда приятнее. Поставив емкость 47р (керамика), я получил частоту 45.5кГц.
На этом я решил остановиться, потому как промежуточные номиналы были либо слишком малы, либо не керамика. Оно конечно не особо влияет, керамика или нет, но все же хотелось поставить именно ее. Да и частота переключения экрана на 45.5 кГц лучше. Еще я заметил, что данный тестер работал с самого начала чуть быстрее, чем прочие другие, которые мне попадались (в основном большие).
Частота работы на точность не влияет, ни на измерение частоты, ни на емкости, ни на прочие замеры, потому как в любом случае, АЦП получает аналоговый сигнал, и ему абсолютно все равно, что он означает, будто это 200В или 200Гц. При замерах, если значение колеблется, то берется среднее из них, все равно он его и показывал бы, но при этом мы видим на сколько оно отклоняется от среднего… а статичное значение оно и в Африке статичное.
И на последок, фирма UNI-T ни коим образом не была рекламой, просто я считаю, что для дела нужна нормальная аппаратура, а не непонятно что китайского происхождения, где детали не на столько точные и убогий штамп пластика… Мне как-то попался в руки такой тестер, у него погрешность в 2 раза выше, чем у такого же аналога, но фирменного, и довольно интересный пластик: при быстром повороте переключателя режимов из переключателя вылетали шарики. Исправилось это только заменой корпуса на другой от сгоревшего тестера. Плюс, у фирменного тестера плата рассчитана под DIP микросхему, а у китайского сразу сделана «нашлепка», и если она сгорит, то покупай новый тестер… Впрочем, вам самим решать, какой тестер покупать и гнать его или нет, но я бы на нормальный вольтмод не пошел с китайским тестером
Задать вопрос или обсудить статью можно
Устройство цифровых мультиметров 830-й серии, наиболее часто встречающиеся неисправности и способы их устранения.В настоящее время выпускается огромное разнообразие цифровых измерительных приборов различной степени сложности, надежности и качества. Основой всех современных цифровых мультиметров является интегральный аналого-цифровой преобразователь напряжения (АЦП). Одним из первых таких АЦП, пригодных для построения недорогих портативных измерительных приборов, был преобразователь на микросхеме ICL71O6, выпущенной фирмой MAXIM. В результате было разработано несколько удачных недорогих моделей цифровых мультиметров 830-й серии, таких как М830В , М830, М832, М838. Вместо буквы М может стоять DT.
В настоящее время эта серия приборов является самой распространенной и самой повторяемой в мире.
|
Технические характеристики цифровых мультиметров серии M83: · Количество измерений в секунду. 2 · Постоянное напряжение U=0,1мВ - 1000В (входное сопротивление 1 МОм), · Переменное напряжение U~ 0,1В - 750В · Постоянный ток I= 2?A - 10A · Диапазон частот по перем. току 40 - 400Гц · Сопротивление R 0,1 Ом - 2 Мом · Входное сопротивление R 1 Мом · Встроенный генератор синус1000Гц · Коэффициент усиления транзисторов h21 до 1000 · Проверка диодов 3В / 0.8мА · Габариты, мм 65 ? 125 ? 28 · Вес, грамм (с батареей) 180 · Сервис - Индикация разряда батарейки · Индикация перегрузки «1» |
Кроме того, в некоторых моделях есть режим
звуковой прозвонки соединений, измерения температуры с термопарой и без
термопары, генерации меандра частотой 50...60 Гц или 1 кГц.
Основной изготовитель мультиметров этой серии - фирма Precision Mastech Enterprises
(Гонконг).
Рис. 1. Структурная схема АЦП 7106
Основа мультиметра - АЦП IC1 типа 7106
(ближайший отечественный аналог - микросхема 572ПВ5). Его структурная
схема приведена на рис. 1, а цоколевка для исполнения в корпусе DIP-40
- на рис. 2. Перед ядром 7106 могут стоять разные префиксы в
зависимости от производителя: ICL7106, ТС7106 и т.д. В последнее время
все чаще используются бескорпусные микросхемы (DIE chips), кристалл
которых припаивается непосредственно на печатную плату.
Рис. 2. Цоколевка АЦП 7106 в корпусе DIP-40
Рассмотрим схему мультиметра М832 фирмы Mastech (рис. 3).
На вывод 1 IC1 подается положительное напряжение питания батареи 9V , на вывод 26 - отрицательное. Внутри АЦП находится источник стабилизированного напряжения 3V , его вход соединен с выводом 1 IC1, а выход - с выводом 32. Вывод 32 подсоединяется к общему выводу мультиметра и гальванически связан с входом СОМ прибора. Разность напряжений между выводами 1 и 32 составляет примерно 3V в широком диапазоне питающих напряжений - от номинального до 6,5 В. Это стабилизированное напряжение подается на регулируемый делитель R11, VR1, R13, а с его выхода на вход микросхемы 36 (в режиме измерения токов и напряжений). Делителем задается потенциал U ег на выводе 36, равный 100 мВ. Резисторы R12, R25 и R26 выполняют защитные функции. Транзистор Q102 и резисторы R109, R110nR111 отвечают за индикацию разряда батареи питания. Конденсаторы С7, С8 и резисторы R19, R20 отвечают за отображение десятичных точек дисплея.
Рис. 3. Принципиальная схема мультиметра М832
Диапазон рабочих входных напряжений Umax
напрямую зависит от уровня регулируемого опорного напряжения на выводах
36 и 35 и составляет:
Стабильность и точность показаний дисплея зависят от стабильности этого опорного напряжения. Показания дисплея N зависят от входного напряжения UBX и выражаются числом:
Рассмотрим работу прибора в основных режимах.
Измерение напряжения
Упрощенная схема мультиметра в режиме измерения напряжения представлена на рис. 4. При измерении постоянного напряжения входной сигнал подается на R1...R6, с выхода которого через переключатель (по схеме 1-8/1... 1-8/2) подается на защитный резистор R17. Этот резистор, кроме того, при измерениях переменного напряжения вместе с конденсатором СЗ образует фильтр нижних частот. Далее сигнал поступает на прямой вход микросхемы АЦП, вывод 31. На инверсный вход микросхемы подается потенциал общего вывода, вырабатываемый источником стабилизированного напряжения 3V , вывод 32.
Рис. 4. Упрощенная схема мультиметра в режиме измерения напряжения
При измерениях переменного напряжения оно выпрямляется однополупериодным выпрямителем на диоде D1. Резисторы R1 и R2 подобраны таким образом, чтобы при измерении синусоидального напряжения прибор показывал правильное значение. Защита АЦП обеспечивается делителем R1...R6 и резистором R17.
Измерение тока
Рис. 5. Упрощенная схема мультиметра в режиме измерения тока
В режиме измерения постоянного тока последний протекает через резисторы RO, R8, R7 и R6, коммутируемые в зависимости от диапазона измерения. Падение напряжения на этих резисторах через R17 подается на вход АЦП, и результат выводится на дисплей. Защита АЦП обеспечивается диодами D2, D3 (в некоторых моделях могут не устанавливаться) и предохранителем F.
Измерение сопротивления
Рис. 6. Упрощенная схема мультиметра в режиме измерения сопротивления
В режиме измерения сопротивления используется зависимость, выраженная формулой (2). На схеме видно, что один и тот же ток от источника напряжения +LJ протекает через опорный резистор Ron и измеряемый резистор Rx (токи входов 35, 36, 30 и 31 пренебрежимо малы) и соотношение U BX
и Uon равно соотношению сопротивлений резисторов Rx и Ron. В качестве опорных резисторов используются R1....R6, в качестве токозадающих используются R10 и R103. Защита АЦП обеспечивается терморезистором R18 (в некоторых дешевых моделях используются обычные резисторы номиналом 1...2 кОм), транзистором Q1 в режиме стабилитрона (устанавливается не всегда) и резисторами R35, R16 и R17 на входах 36, 35 и 31 АЦП.
Режим прозвонки.
В схеме прозвонки используется микросхема IC2
(LM358), содержащая два операционных усилителя. На одном усилителе
собран звуковой генератор, на другом - компаратор. При напряжении на
входе компаратора (вывод 6) меньше порогового, на его выходе (вывод 7)
устанавливается низкое напряжение, открывающее ключ на транзисторе
Q101, в результате чего раздается звуковой сигнал. Порог определяется
делителем R103, R104.
Защита обеспечивается резистором R106 на входе компаратора.
Дефекты мультиметров.
Все неисправности можно разделить на заводской брак и повреждения, вызванные ошибочными действиями оператора.
Поскольку в мультиметрах используется плотный
монтаж, то возможны замыкания элементов, плохие пайки и поломка выводов
элементов, особенно расположенных по краям платы. Ремонт неисправного
прибора следует начинать с визуального осмотра печатной платы.
Наиболее часто встречающиеся заводские дефекты мультиметров М832 приведены в таблице.
| Проявление дефекта | Возможная причина | Устранение дефекта |
|---|---|---|
| При включении прибора дисплей загорается и затем плавно гаснет | Неисправность задающего генератора микросхемы АЦП, сигнал с которого подается на подложку ЖК-дисплея | Проверить элементы С1 и R15 |
| При включении прибора дисплей загорается и затем плавно гаснет. При снятой задней крышке прибор нормально работает | При закрытой задней крышке прибора контактная винтовая пружина ложится на резистор R15 и замыкает цепь задающего генератора | Отогнуть или чуть укоротить пружину |
| При включении прибора в режим измерения напряжения показания дисплея меняются от 0 до 1 | Неисправны или плохо пропаяны цепи интегратора: конденсаторы С4, С5 и С2 и резистор R14 | Пропаять или заменить С2, С4, С5, R14 |
| Прибор долго обнуляет показания | Низкое качество конденсатора СЗ на входе АЦП (вывод 31) | Заменить СЗ на конденсатор с малым коэффициентом абсорбции |
| При измерении сопротивлений показания дисплея долго устанавливаются | Низкое качество конденсатора С5 (цепь автокоррекции нуля) | Заменить С5 на конденсатор с малым коэффициентом абсорбции |
| Прибор неправильно работает во всех режимах, микросхема IC1 перегревается. | Замкнулись между собой длинные выводы разъема для проверки транзисторов | Разомкнуть выводы разъема |
| При измерении переменного напряжения показания прибора «плывут», например, вместо 220 В изменяются от 200 В до 240 В | Потеря емкости конденсатора СЗ. Возможна плохая пайка его выводов или просто отсутствие этого конденсатора | Заменить СЗ на исправный конденсатор с малым коэффициентом абсорбции |
| При включении мультиметр или постоянно пищит, или наоборот, молчит в режиме прозвонки соединений | Плохая пайка выводов микросхемы Ю2 | Пропаять выводы IC2 |
| Сегменты на дисплее пропадают и появляются | Плохой контакт ЖК-дисплея и контактов платы мультиметра через токопроводящие резиновые вставки | Для восстановления надежного контакта нужно: поправить токопроводящие резинки; протереть спиртом соответствующие контактные площадки на печатной плате; облудить эти контакты на плате |
Исправность ЖК-дисплея можно проверить с
помощью источника переменного напряжения частотой 50...60 Гц и
амплитудой в несколько вольт. В качестве такого источника переменного
напряжения можно взять мультиметр М832, у которого есть режим генерации
меандра. Для проверки дисплея следует положить его на ровную
поверхность дисплеем вверх, подсоединить один щуп мультиметра М832 к
общему выводу индикатора (нижний ряд, левый вывод), а другой щуп
мультиметра прикладывать поочередно к остальным выводам дисплея. Если
удается получить зажигание всех сегментов дисплея, значит, он исправен.
Вышеописанные неисправности могут появиться и
в процессе эксплуатации. Следует отметить, что в режиме измерения
постоянного напряжения прибор редко выходит из строя, т.к. хорошо
защищен от перегрузок по входу. Основные проблемы возникают при
измерении тока или сопротивления.
Ремонт неисправного прибора следует начинать с проверки
питающего напряжения и работоспособности АЦП: напряжения стабилизации
3V и отсутствия пробоя между выводами питания и общим выводом АЦП.
В режиме измерения тока при использовании
входов V, ? и mА, несмотря на наличие предохранителя, возможны случаи,
когда предохранитель сгорает позже, чем успевают пробиться
предохранительные диоды D2 или D3. Если в мультиметре установлен
предохранитель, не соответствующий требованиям инструкции, то в этом
случае возможно выгорание сопротивлений R5...R8, причем визуально на
сопротивлениях это может никак не проявиться. В первом случае, когда
пробивается только диод, дефект проявляется только в режиме измерения
тока: ток через прибор протекает, но дисплей показывает нули. В случае
выгорания резисторов R5 или R6 в режиме измерения напряжения прибор
будет завышать показания или показывать перегрузку. При полном сгорании
одного или обоих резисторов прибор не обнуляется в режиме измерения
напряжения, но при замыкании входов дисплей устанавливается на нуль.
При сгорании резисторов R7 или R8 на диапазонах
измерения тока 20 мА и 200 мА прибор будет показывать перегрузку, а в
диапазоне 10А - только нули.
В режиме измерения сопротивления повреждения
происходят, как правило, в диапазонах 200 Ом и 2000 Ом. В этом случае
при подаче на вход напряжения могут сгорать резисторы R5, R6, R10, R18,
транзистор Q1 и пробиваться конденсатор С6. Если полностью пробит
транзистор Q1, то при измерении сопротивления прибор будет показывать
нули. При неполном пробое транзистора мультиметр с разомкнутыми щупами
будет показывать сопротивление этого транзистора. В режимах измерения
напряжения и тока транзистор замыкается переключателем накоротко и на
показания мультиметра не влияет. При пробое конденсатора С6 мультиметр
не будет измерять напряжение в диапазонах 20V, 200V и 1000V или существенно занижать показания в этих диапазонах.
В случае отсутствия индикации на дисплее при
наличии питания на АЦП или визуально заметного выгорания большого
количества элементов схемы существует большая вероятность повреждения
АЦП. Исправность АЦП проверяется контролем напряжения источника
стабилизированного напряжения 3V. На практике АЦП выгорает только при подаче на вход высокого напряжения, гораздо выше 220V.
Очень часто при этом в компаунде бескорпусного АЦП появляются трещины,
повышается ток потребления микросхемы, что приводит к ее заметному
нагреву.
При подаче на вход прибора очень высокого
напряжения в режиме измерения напряжения может произойти пробой по
элементам (резисторам) и по печатной плате, в случае режима измерения
напряжения схема защищена делителем на сопротивлениях R1 ...R6.
У дешевых моделей серии DT длинные выводы
деталей могут закорачиваться на экран, расположенный на задней крышке
прибора, нарушая работу схемы. У Mastech такие дефекты не наблюдаются.
Источник стабилизированного напряжения 3V в АЦП у дешевых
китайских моделей может на практике давать напряжение 2,6...3,4V, а у
некоторых приборов перестает работать уже при напряжении питающей
батареи 8,5 В.
В моделях DT используются низкокачественные
АЦП, они очень чувствительны к номиналам цепочки интегратора С4 и R14.
В мультиметрах фирмы Mastech высококачественные АЦП позволяют
использовать элементы близких номиналов.
Часто в мультиметрах DT при разомкнутых щупах
в режиме измерения сопротивления прибор очень долго подходит к значению
перегрузки ("1" на дисплее) или не устанавливается совсем. "Вылечить"
некачественную микросхему АЦП можно уменьшив номинал сопротивления R14
с 300 до 100 кОм.
При измерении сопротивлений в верхней части
диапазона прибор "заваливает" показания, например, при измерении
резистора сопротивлением 19,8 кОм показывает 19,3 кОм. "Лечится"
заменой конденсатора С4 на конденсатор величиной 0,22...0,27 мкФ.
Поскольку дешевые китайские фирмы используют
низкокачественные бескорпусные АЦП, то нередки случаи обрыва выводов,
при этом определить причину неисправности очень трудно и проявляться
она может по-разному, в зависимости от оборванного вывода. Например, не
горит один из выводов индикатора. Поскольку в мультиметрах используются
дисплеи со статической индикацией, то для определения причины
неисправности необходимо проверить напряжение на соответствующем выводе
микросхемы АЦП, оно должно быть около 0,5V относительно общего вывода. Если оно равно нулю, то неисправен АЦП.
Эффективным способом поиска причины
неисправности является прозвонка выводов микросхемы аналого-цифрового
преобразователя следующим образом. Используется еще один, разумеется,
исправный, цифровой мультиметр.
Он включается в режим проверки диодов. Черный
щуп, как обычно, устанавливается в гнездо СОМ, а красный в гнездо VQmA.
Красный щуп прибора подсоединяется к выводу 26 (минус питания), а
черный поочередно касается каждой ножки микросхемы АЦП. Поскольку на
входах аналого-цифрового преобразователя установлены защитные диоды в
обратном включении, то при таком подключении они должны открыться, что
будет отражено на дисплее как падение напряжения на открытом диоде.
Реальная величина этого напряжения на дисплее будет несколько больше,
т.к. в схеме включены резисторы. Точно так же проверяются все выводы
АЦП при подключении черного щупа к выводу 1 (плюсу питания АЦП) и
поочередного касания остальных выводов микросхемы. Показания прибора
должны быть аналогичными. Но если поменять полярность включения при
этих проверках на противоположную, то прибор должен показывать всегда
обрыв, т.к. входное сопротивление исправной микросхемы очень велико.
Таким образом, неисправными можно считать выводы, которые показывают
конечное сопротивление при любой полярности подключения к микросхеме.
Если же прибор показывает обрыв при любом подключении исследуемого
вывода, то это на девяносто процентов говорит о внутреннем обрыве.
Указанный способ проверки достаточно универсален и может применяться
при проверке различных цифровых и аналоговых микросхем.
Бывают неисправности, связанные с
некачественными контактами на галетном переключателе, прибор работает
только при нажатом галетнике. Фирмы, производящие дешевые мультиметры,
редко покрывают дорожки под галетным переключателем смазкой, отчего они
быстро окисляются. Часто дорожки бывают чем-нибудь загрязнены.
Ремонтируется следующим образом: из корпуса вынимается печатная плата,
и дорожки переключателя протираются спиртом. Затем наносится тонкий
слой технического вазелина. Все, прибор починен.
У приборов серии DT бывает иногда так, что переменное напряжение измеряется со знаком минус.
Это указывает на неправильную установку D1, обычно из-за неправильной маркировки на корпусе диода.
Случается, что изготовители дешевых
мультиметров ставят низкокачественные операционные усилители в цепи
звукового генератора, и тогда при включении прибора раздается жужжание
зуммера. Этот дефект устраняется подпаиванием электролитического
конденсатора номиналом 5 мкФ параллельно цепи питания. Если при этом не
обеспечивается устойчивая работа звукового генератора, то необходимо
заменить операционный усилитель на LM358P.
В большинстве приборов, выпускаемых в
последнее время, применяются бескорпусные (DIE chips) АЦП. Кристалл
устанавливается непосредственно на печатную плату и заливается смолой.
К сожалению, это значительно снижает ремонтопригодность приборов, т.к.
при выходе АЦП из строя, что встречается достаточно часто, заменить его
трудно. Приборы с бескорпусными АЦП иногда бывают, чувствительны к
яркому свету. Дело в том, что индикатор и плата прибора обладают
некоторой прозрачностью, и свет, проникая сквозь них, попадает на
кристалл АЦП, вызывая фотоэффект. Для устранения этого недостатка нужно
вынуть плату и, сняв индикатор, заклеить место расположения кристалла
АЦП (его хорошо видно сквозь плату) плотной бумагой.
При покупке мультиметров DT следует обратить
внимание на качество механики переключателя, следует обязательно
прокрутить галетный переключатель мультиметра несколько раз, чтобы
убедиться, что переключение происходит четко и без заеданий: дефекты
пластмассы не поддаются ремонту.
Невозможно представить рабочий стол ремонтника без удобного недорогого цифрового мультиметра.
В этой статье рассмотрено устройство цифровых мультиметров 830-й серии, его схема, а также наиболее часто встречающиеся неисправности и способы их устранения.
В настоящее время выпускается огромное разнообразие цифровых измерительных приборов различной степени сложности, надежности и качества. Основой всех современных цифровых мультиметров является интегральный аналого-цифровой преобразователь напряжения (АЦП). Одним из первых таких АЦП, пригодных для построения недорогих портативных измерительных приборов, был преобразователь на микросхеме ICL7106, выпущенной фирмой MAXIM. В результате было разработано несколько удачных недорогих моделей цифровых мультиметров 830-й серии, таких как M830B, M830, M832, M838. Вместо буквы M может стоять DT. В настоящее время эта серия приборов является самой распространенной и самой повторяемой в мире. Ее базовые возможности: измерение постоянных и переменных напряжений до 1000 В (входное сопротивление 1 МОм), измерение постоянных токов до 10 А, измерение сопротивлений до 2 МОм, тестирование диодов и транзисторов. Кроме того, в некоторых моделях есть режим звуковой прозвонки соединений, измерения температуры с термопарой и без термопары, генерации меандра частотой 50…60 Гц или 1 кГц. Основной изготовитель мультиметров этой серии — фирма Precision Mastech Enterprises (Гонконг).
СХЕМА И РАБОТА ПРИБОРА
Принципиальная схема мультиметра
Основа мультиметра — АЦП IC1 типа 7106 (ближайший отечественный аналог — микросхема 572ПВ5). Его структурная схема приведена на рис. 1, а цоколевка для исполнения в корпусе DIP-40 — на рис. 2. Перед ядром 7106 могут стоять разные префиксы в зависимости от производителя: ICL7106, ТС7106 и т.д. В последнее время все чаще используются бескорпусные микросхемы (DIE chips), кристалл которых припаивается непосредственно на печатную плату.
Рассмотрим схему мультиметра М832 фирмы Mastech (рис. 3). На вывод 1 IC1 подается положительное напряжение питания батареи 9 В, на вывод 26 — отрицательное. Внутри АЦП находится источник стабилизированного напряжения 3 В, его вход соединен с выводом 1 IC1, а выход — с выводом 32. Вывод 32 подсоединяется к общему выводу мульти-метра и гальванически связан с входом COM прибора. Разность напряжений между выводами 1 и 32 составляет примерно 3 В в широком диапазоне питающих напряжений — от номинального до 6,5 В. Это стабилизированное напряжение подается на регулируемый делитель R11, VR1, R13, а с его выхода -на вход микросхемы 36 (в режиме измерения токов и напряжений). Делителем задается потенциал U на выводе 36, равный 100 мВ. Резисторы R12, R25 и R26 выполняют защитные функции. Транзистор Q102 и резисторы R109, R110 и R111 отвечают за индикацию разряда батареи питания. Конденсаторы C7, C8 и резисторы R19, R20 отвечают за отображение десятичных точек дисплея.
Диапазон рабочих входных напряжений U max напрямую зависит от уровня регулируемого опорного напряжения на выводах 36 и 35 и составляет
Стабильность и точность показаний дисплея зависят от стабильности этого опорного напряжения.
Показания дисплея N зависят от входного напряжения U и выражаются числом
Рассмотрим работу прибора в основных режимах.
Измерение напряжения
Упрощенная схема мультиметра в режиме измерения напряжения представлена на рис. 4.
При измерении постоянного напряжения входной сигнал подается на R1…R6, с выхода которого через переключатель [по схеме 1-8/1…1-8/2) подается на защитный резистор R17. Этот резистор, кроме того, при измерениях переменного напряжения вместе с конденсатором C3 образует фильтр нижних частот. Далее сигнал поступает на прямой вход микросхемы АЦП, вывод 31. На инверсный вход микросхемы подается потенциал общего вывода, вырабатываемый источником стабилизированного напряжения 3 В, вывод 32.
При измерениях переменного напряжения оно выпрямляется однополупериодным выпрямителем на диоде D1. Резисторы R1 и R2 подобраны таким образом, чтобы при измерении синусоидального напряжения прибор показывал правильное значение. Защита АЦП обеспечивается делителем R1…R6 и резистором R17.
Измерение тока
Упрощенная схема мультиметра в режиме измерения тока представлена на рис. 5.
В режиме измерения постоянного тока последний протекает через резисторы R0, R8, R7 и R6, коммутируемые в зависимости от диапазона измерения. Падение напряжения на этих резисторах через R17 подается на вход АЦП, и результат выводится на дисплей. Защита АЦП обеспечивается диодами D2, D3 (в некоторых моделях могут не устанавливаться) и предохранителем F.
Измерение сопротивления
Упрощенная схема мультиметра в режиме измерения сопротивления представлена на рис. 6. В режиме измерения сопротивления используется зависимость, выраженная формулой (2).
На схеме видно, что один и тот же ток от источника напряжения +U протекает через опорный резистор и измеряемый резистор R» (токи входов 35, 36, 30 и 31 пренебрежимо малы) и соотношение U и U равно соотношению сопротивлений резисторов R» и R^. В качестве опорных резисторов используются R1..R6, в качестве токозадающих используются R10 и R103. Защита АЦП обеспечивается терморезистором R18 (в некоторых дешевых моделях используются обычные резисторы номиналом 1.2 кОм), транзистором Q1 в режиме стабилитрона (устанавливается не всегда) и резисторами R35, R16 и R17 на входах 36, 35 и 31 АЦП.
Режим прозвонкиВ схеме прозвонки используется микросхема IC2 (LM358), содержащая два операционных усилителя. На одном усилителе собран звуковой генератор, на другом — компаратор. При напряжении на входе компаратора (вывод 6) меньше порогового, на его выходе (вывод 7) устанавливается низкое напряжение, открывающее ключ на транзисторе Q101, в результате чего раздается звуковой сигнал. Порог определяется делителем R103, R104. Защита обеспечивается резистором R106 на входе компаратора.
ДЕФЕКТЫ МУЛЬТИМЕТРОВ
Все неисправности можно разделить на заводской брак (и такое бывает) и повреждения, вызванные ошибочными действиями оператора.
Поскольку в мультиметрах используется плотный монтаж, то возможны замыкания элементов, плохие пайки и поломка выводов элементов, особенно расположенных по краям платы. Ремонт неисправного прибора следует начинать с визуального осмотра печатной платы. Наиболее часто встречающиеся заводские дефекты мультиметров М832 приведены в таблице.
Исправность ЖК-дисплея можно проверить с помощью источника переменного напряжения частотой 50.60 Гц и амплитудой в несколько вольт. В качестве такого источника переменного напряжения можно взять мультиметр M832, у которого есть режим генерации меандра. Для проверки дисплея следует положить его на ровную поверхность дисплеем вверх, подсоединить один щуп мультиметра M832 к общему выводу индикатора (нижний ряд, левый вывод), а другой щуп мультиметра прикладывать поочередно к остальным выводам дисплея. Если удается получить зажигание всех сегментов дисплея, значит, он исправен.
Вышеописанные неисправности могут появиться и в процессе эксплуатации. Следует отметить, что в режиме измерения постоянного напряжения прибор редко выходит из строя, т.к. хорошо защищен от перегрузок по входу. Основные проблемы возникают при измерении тока или сопротивления.
Ремонт неисправного прибора следует начинать с проверки питающего напряжения и работоспособности АЦП: напряжения стабилизации 3 В и отсутствия пробоя между выводами питания и общим выводом АЦП.
В режиме измерения тока при использовании входов V, Q и mA, несмотря на наличие предохранителя, возможны случаи, когда предохранитель сгорает позже, чем успевают пробиться предохранительные диоды D2 или D3. Если в мультиметре установлен предохранитель, не соответствующий требованиям инструкции, то в этом случае возможно выгорание сопротивлений R5…R8, причем визуально на сопротивлениях это может никак не проявиться. В первом случае, когда пробивается только диод, дефект проявляется только в режиме измерения тока: ток через прибор протекает, но дисплей показывает нули. В случае выгорания резисторов R5 или R6 в режиме измерения напряжения прибор будет завышать показания или показывать перегрузку. При полном сгорании одного или обоих резисторов прибор не обнуляется в режиме измерения напряжения, но при замыкании входов дисплей устанавливается на нуль. При сгорании резисторов R7 или R8 на диапазонах измерения тока 20 мА и 200 мА прибор будет показывать перегрузку, а в диапазоне 10 А — только нули.
В режиме измерения сопротивления повреждения происходят, как правило, в диапазонах 200 Ом и 2000 Ом. В этом случае при подаче на вход напряжения могут сгорать резисторы R5, R6, R10, R18, транзистор Q1 и пробиваться конденсатор C6. Если полностью пробит транзистор Q1, то при измерении сопротивления прибор будет показывать нули. При неполном пробое транзистора мультиметр с разомкнутыми щупами будет показывать сопротивление этого транзистора. В режимах измерения напряжения и тока транзистор замыкается переключателем накоротко и на показания мультиметра не влияет. При пробое конденсатора C6 мультиметр не будет измерять напряжение в диапазонах 20 В, 200 В и 1000 В или существенно занижать показания в этих диапазонах.
В случае отсутствия индикации на дисплее при наличии питания на АЦП или визуально заметного выгорания большого количества элементов схемы существует большая вероятность повреждения АЦП. Исправность АЦП проверяется контролем напряжения источника стабилизированного напряжения 3 В. На практике АЦП выгорает только при подаче на вход высокого напряжения, гораздо выше 220 В. Очень часто при этом в компаунде бескорпусного АЦП появляются трещины, повышается ток потребления микросхемы, что приводит к ее заметному нагреву.
При подаче на вход прибора очень высокого напряжения в режиме измерения напряжения может произойти пробой по элементам (резисторам) и по печатной плате, в случае режима измерения напряжения схема защищена делителем на сопротивлениях R1.R6.
У дешевых моделей серии DT длинные выводы деталей могут закорачиваться на экран, расположенный на задней крышке прибора, нарушая работу схемы. У Mastech такие дефекты не наблюдаются.
Источник стабилизированного напряжения 3 В в АЦП у дешевых китайских моделей может на практике давать напряжение 2,6.3,4 В, а у некоторых приборов перестает работать уже при напряжении питающей батареи 8,5 В.
В моделях DT используются низкокачественные АЦП, они очень чувствительны к номиналам цепочки интегратора C4 и R14. В мультиметрах фирмы Mastech высококачественные АЦП позволяют использовать элементы близких номиналов.
Часто в мультиметрах DT при разомкнутых щупах в режиме измерения сопротивления прибор очень долго подходит к значению перегрузки («1» на дисплее) или не устанавливается совсем. «Вылечить» некачественную микросхему АЦП можно уменьшив номинал сопротивления R14 с 300 до 100 кОм.
При измерении сопротивлений в верхней части диапазона прибор «заваливает» показания, например, при измерении резистора сопротивлением 19,8 кОм показывает 19,3 кОм. «Лечится» заменой конденсатора C4 на конденсатор величиной 0,22…0,27 мкФ.
Поскольку дешевые китайские фирмы используют низкокачественные бескорпусные АЦП, то нередки случаи обрыва выводов, при этом определить причину неисправности очень трудно и проявляться она может по-разному, в зависимости от оборванного вывода. Например, не горит один из выводов индикатора. Поскольку в мультиметрах используются дисплеи со статической индикацией, то для определения причины неисправности необходимо проверить напряжение на соответствующем выводе микросхемы АЦП, оно должно быть около 0,5 В относительно общего вывода. Если оно равно нулю, то неисправен АЦП.
Эффективным способом поиска причины неисправности является прозвонка выводов микросхемы аналого-цифрового преобразователя следующим образом. Используется еще один, разумеется, исправный, цифровой мультиметр. Он включается в режим проверки диодов. Черный щуп, как обычно, устанавливается в гнездо COM, а красный в гнездо VQmA. Красный щуп прибора подсоединяется к выводу 26 (минус питания), а черный поочередно касается каждой ножки микросхемы АЦП. Поскольку на входах аналого-цифрового преобразователя установлены защитные диоды в обратном включении, то при таком подключении они должны открыться, что будет отражено на дисплее как падение напряжения на открытом диоде. Реальная величина этого напряжения на дисплее будет несколько больше, т.к. в схеме включены резисторы. Точно так же проверяются все выводы АЦП при подключении черного щупа к выводу 1 (плюсу питания АЦП) и поочередного касания остальных выводов микросхемы. Показания прибора должны быть аналогичными. Но если поменять полярность включения при этих проверках на противоположную, то прибор должен показывать всегда обрыв, т.к. входное сопротивление исправной микросхемы очень велико. Таким образом, неисправными можно считать выводы, которые показывают конечное сопротивление при любой полярности подключения к микросхеме. Если же прибор показывает обрыв при любом подключении исследуемого вывода, то это на девяносто процентов говорит о внутреннем обрыве. Указанный способ проверки достаточно универсален и может применяться при проверке различных цифровых и аналоговых микросхем.
Бывают неисправности, связанные с некачественными контактами на галетном переключателе, прибор работает только при нажатом галетнике. Фирмы, производящие дешевые мультиметры, редко покрывают дорожки под галетным переключателем смазкой, отчего они быстро окисляются. Часто дорожки бывают чем-нибудь загрязнены. Ремонтируется следующим образом: из корпуса вынимается печатная плата, и дорожки переключателя протираются спиртом. Затем наносится тонкий слой технического вазелина. Все, прибор починен.
У приборов серии DT бывает иногда так, что переменное напряжение измеряется со знаком минус. Это указывает на неправильную установку D1, обычно из-за неправильной маркировки на корпусе диода.
Случается, что изготовители дешевых мультимет-ров ставят низкокачественные операционные усилители в цепи звукового генератора, и тогда при включении прибора раздается жужжание зуммера. Этот дефект устраняется подпаиванием электролитического конденсатора номиналом 5 мкФ параллельно цепи питания. Если при этом не обеспечивается устойчивая работа звукового генератора, то необходимо заменить операционный усилитель на LM358P.
Часто встречается такая неприятность, как вытекание батареи. Небольшие капли электролита можно протереть спиртом, но если плату залило сильно, то хорошие результаты можно получить, промыв ее горячей водой с хозяйственным мылом. Сняв индикатор и отпаяв пищалку, с помощью щетки, например зубной, нужно тщательно намылить плату с обеих сторон и промыть под струей воды из-под крана. Повторив мойку 2.3 раза, плату высушивают и устанавливают в корпус.
В большинстве приборов, выпускаемых в последнее время, применяются бескорпусные (DIE chips) АЦП. Кристалл устанавливается непосредственно на печатную плату и заливается смолой. К сожалению, это значительно снижает ремонтопригодность приборов, т.к. при выходе АЦП из строя, что встречается достаточно часто, заменить его трудно. Приборы с бескорпусными АЦП иногда бывают чувствительны к яркому свету. Например, при работе рядом с настольной лампой погрешность измерений может возрасти. Дело в том, что индикатор и плата прибора обладают некоторой прозрачностью, и свет, проникая сквозь них, попадает на кристалл АЦП, вызывая фотоэффект. Для устранения этого недостатка нужно вынуть плату и, сняв индикатор, заклеить место расположения кристалла АЦП (его хорошо видно сквозь плату) плотной бумагой.
При покупке мультиметров DT следует обратить внимание на качество механики переключателя, следует обязательно прокрутить галетный переключатель мультиметра несколько раз, чтобы убедиться, что переключение происходит четко и без заеданий: дефекты пластмассы не поддаются ремонту.
Подробнее…
В разных местах приходится ловить рыбу. Бывает и там, где теплоцентрали или другие хозяйственные службы сбрасывают воду, используемую для охлаждения агрегатов тепловых электростанций, а несколько дополнительных градусов иногда приводят к повышенной концентрации рыбы некоторых пород именно в таких местах.
Общеизвестно, что при температуре выше 25 °С в малоподвижных и неглубоких водах степень насыщенности кислородом практически равна нулю, а это создает условия, в которых сложно выжить рыбам определенных пород.
Аналого-цифровые преобразователи ВТ7106 и ВТ7107. Справочные данные
Микросхемы ВТ7106 и ВТ7107 представляют собой высококачественные 3,5-разрядные аналого-цифровые преобразователи с малым энергопотреблением и прямым выходом на индикатор. Все активные компоненты, необходимые для работы преобразователя, содержатся в кристалле КМОП-микросхемы. В нее включены: блок аналого-цифрового преобразования напряжение - код; дешифратор семисегментных индикаторов; интерфейсная схема, управляющая индикатором (только для ВТ7106); источник опорного напряжения и тактовый генератор. ВТ7106 предназначена для работы с жидкокристаллическим индикатором, а ВТ7107 - со светодиодным.
Микросхема сочетает в себе высокую точность и экономичность. Величина ухода нуля не превышает 100 мкВ для диапазона 2 В и 10 мкВ для диапазона 200 мВ, величина входного тока - 10 дА, ошибка счета - одну единицу младшего разряда. Встроенная система корректировки нуля устраняет его смещение без использования внешней системы установки. Микросхемы размещаются в 40-выводных корпусах типа ДИП, их цоколевка приведена на рис. 1. Функциональное назначение выводов приведено в табл.1, предельные режимы эксплуатации (при температуре 25°С) - в табл.2, электрические параметры схемы (при напряжении питания 10В, температуре 25°С, частоте тактовых импульсов 48 кГц, если не оговорено иное) - в табл.3.
Особенности микросхем:
- нулевые показания индикатора при нулевом входном напряжении;
- правильное определение полярности входного сигнала при очень малом, в пределах точности измерений, входном сигнале;
- малый уровень входного шума;
- небольшая мощность (6 мВт), потребляемая микросхемой от источника питания (без учета энергии, расходуемой ЖКИ или светодиодным индикатором);
- высокоомный дифференициальный КМОП-вход (входное сопротивление - порядка 1012 Ом);
- прямой выход на ЖКИ-индикатор для ВТ7106 и на светодиодный индикатор для ВТ7107;
- отсутствие дополнительных активных компонентов;
- высокая линейность преобразования (ошибка - менее единицы младшего разряда);
- наличие внутреннего источника опорного напряжения с малым температурным дрейфом;
- возможные применения: щитовые цифровые измерительные приборы, цифровые мультиметры, термометры, измерители емкости, РН-метры, фотометры и т.п.
Рис. 1. Корпус микросхем типа ДИП
Таблица 1
| Номер вывода | Обозначение вывода | Описание вывода |
| 1 | V + | Положительный вывод источника питания |
| 2 | D1 | Вывод управления секцией D индикатора единиц |
| 3 | С1 | Вывод управления секцией С индикатора единиц |
| 4 | В1 | Вывод управления секцией В индикатора единиц |
| 5 | А1 | Вывод управления секцией А индикатора единиц |
| 6 | F1 | Вывод управления секцией F индикатора единиц |
| 7 | G1 | Вывод управления секцией G индикатора единиц |
| 8 | Е1 | Вывод управления секцией Е индикатора единиц |
| 9 | D2 | Вывод управления секцией 0 индикатора десятков |
| 10 | С2 | Вывод управления секцией С индикатора десятков |
| 11 | В2 | Вывод управления секцией В индикатора десятков |
| 12 | А2 | Вывод управления секцией А индикатора десятков |
| 13 | F2 | Вывод управления секцией F индикатора десятков |
| 14 | Е2 | Вывод управления секцией Е индикатора десятков |
| 15 | D3 | Вывод управления секцией D индикатора сотен |
| 16 | ВЗ | Вывод управления секцией В индикатора сотен |
| 17 | F3 | Вывод управления секцией F индикатора сотен |
| 18 | ЕЗ | Вывод управления секцией Е индикатора сотен |
| 19 | АВ4 | Вывод управления обеими половинами индикатора 1 тысячи |
| 20 | POL | Вывод управления знаком минус индикатора |
| 21 | ВР GND |
Общий вывод индикатора ЖКИ (для ВТ7106) Общий провод ("земля") цифровой части (для ВТ7107) |
| 22 | G3 | Вывод управления секцией G индикатора сотен |
| 23 | A3 | Вывод управления секцией А индикатора сотен |
| 24 | СЗ | Вывод управления секцией С индикатора сотен |
| 25 | G2 | Вывод управления секцией G индикатора десятков |
| 26 | V - | Отрицательнй вывод источника питания |
| 27 | V INT | Выход интегратора |
| 28 | V BUF | Вывод подключения интегрирующего резистора |
| 29 | C AZ | Вывод подключения конденсатора автоматической установки нуля |
| 30 | V - N | Аналоговый вход низкого уровня |
| 31 | V + N | Аналоговый вход высокого уровня |
| 32 | АС | Аналоговая "земля" |
| 33 | C - REF | |
| 34 | C + REF | Вывод подключения конденсатора опорного напряжения |
| 35 | V - REF | |
| 36 | V + REF | Вывод подключения внешнего опорного напряжения |
| 37 | TEST | Контрольный выход |
| 38 | OSC3 | Вывод подключения конденсатора генератора тактовых импульсов |
| 39 | OSC2 | Вывод подключения резистора генератора тактовых импульсов |
| 40 | OSC1 | Общая точка соединения резистора и конденсатора генератора тактовых импульсов |
Таблица 2
Таблица 3
| Наименование параметра, единица измерения | Обозначение | Норма | Режим измерения | ||
| Мин | Тип | Макс | |||
| Напряжение питания (ВТ7106), В | V ПИТ | 7 | 10 | 12 | - |
| Напряжение обоих источников питания (ВТ7 107), В | V ПИТ | 3,5 | 5 | 6 | - |
| Ток, потребляемый от источника питания (исключая ток светодиодов для ВТ7107), мА | I DD | - | 0,6 | 1,0 | V N =0 |
| Входной ток утечки, пА | I LEAK | 1 | 10 | V N =0 | |
| Напряжение управления сегментом АВ4 (ВТ7106), В | V LCDS | 4 | 5 | 6 | - |
| Ток управления сегментом (кроме АВ4, ВТ7107), мА | I LED | 5 | 7 | - | Напряж. на сегменте 3В |
| Ток управления сегментом АВ4 (ВТ7107), мА | I LED1 | 10 | 15 | - | Напряж. на сегменте 3В |
| Напряжение аналоговой "земли" (по отношению к выводу положит. источника питания), В | V ANACOM | 2,7 | 3,0 | 3,3 | 25 кОм между землей и положительным выводом источника питания |
| Уровень шумов (от пика до пика), мкВ | V N | - | 15 | - | |
| Показания счетчика при нулевом входном напряжении | -000,0 | ±000,0 | +000,0 | При V N =0 на диапазоне 200 мВ | |
| Относительные показания счетчика | 999 | 999/1000 | 1000 | При V N =V REF =100мВ | |
| Линейность преобразования (максимальное отклонение от идеальной прямой линии), число единиц младшего разряда | -1 | ±0,2 | +1 | На диапазоне 200мВ или 2В | |
| Дрейф нуля мкВ/ ° С | - | 0,2 | 1 | V N =0,T OPR =0...70 ° C | |
| Ошибка разбалансировки, число единиц младшего разряда | -1 | ±0,2 | +1 | V - N =V + N =200 мВ | |
| Нелинейность коэффициента преобразования, мкВ/В | C MRR | - | 50 | 200 | V CM =±1 В, V N =0 В, диапазон 200 мВ |
Рис. 2. Схема включения БИС BT7106
Рис. 2. Схема включения БИС BT7107
Микросхема ВТ7106 питается от одного источника напряжением 9... 10 В, положительный полюс которого подключается к выводу 1, отрицательный - к выводу 26. Для питания ВТ7107 необходимы два источника по 5 В. Общей точкой обоих источников является вывод 21, +5 В подается на вывод 1, -5 В - на вывод 26. Схема включения БИС ВТ7106 приведена на рис. 2, а ВТ7107 - на рис. 3.
Микросхемы работают следующим образом (рис. 4). Измеряемое напряжение подается на интегрирующий конденсатор C INT в течение фиксированного интервала времени, определяемого тактовым генератором. Накопленный конденсатором заряд будет пропорционален входному напряжению при условии постоянства тактовой частоты и входного тока.
Рис. 4. Принцип работы микросхем
Затем этот конденсатор разряжается до нуля опорным сигналом с полярностью, противоположной входному. Интервал времени, необходимый для разряда интегрирующего конденсатора, измеряется счетчиком счетных импульсов, для того чтобы вывести результат на дисплей. Он пропорционален средней величине входного сигнала в течение времени интегрирования.
