Измерительная техника
Нашли ошибку? Сообщите нам ...Комментировать: Испытатель стабилитронов — приставка к мультиметруРаспечатать: Испытатель стабилитронов — приставка к мультиметру

Испытатель стабилитронов — приставка к мультиметру



Этой конструкцией автор планирует завершить цикл своих статей [1-9] по расширению возможностей мультиметров серий М-83х, DT-83x. Приставка позволяет измерять напряжение стабилизации маломощных стабилитронов, а также прямое напряжение и напряжение пробоя диодов, светодиодов и p-n переходов транзисторов. Как и разработанные ранее, она питается от мультиметра и не требует его доработки.

В настоящее время производители выпускают очень большой спектр многофункциональных измерительных приборов с автономным питанием - мультиметров. Чего только они ни "умеют" измерять, но напряжение стабилизации стабилитронов - далеко не все. Не лишены этого недостатка и популярные М-83х, DT-83x. Для таких измерений необходим встроенный или внешний источник напряжением несколько десятков вольт.

Приставка позволяет в некоторой степени решить для них (и подобных им мультиметров) эту задачу. Помимо напряжения стабилизации, она позволяет оценить прямое падение напряжения на маломощных светодиодах и диодах. Некоторые радиолюбители применяют транзисторы, например, серии КТ315, в качестве стабилитронов, используя эмиттерный p-n переход, включённый в обратном направлении. В этом случае с помощью приставки можно быстро подобрать экземпляр транзистора с нужным напряжением стабилизации.

Основные технические характеристики

Измеряемое напряжение, В ..........................0...30

Ток через тестируемый прибор, мА ........................ 5

Напряжение питания, В ............3

Потребляемый ток:

в режиме измерения, не более, мА ...................... 3

в режиме ожидания, мА........1,5

Схема приставки показана на рис. 1, а поясняющие её работу временные диаграммы - на рис. 2. При включении мультиметра питание на приставку поступает через вилку ХР1 с гнезда "NPNc" мультиметра со встроенного в микросхему АЦП стабилизатора напряжения +3 В. На транзисторе VT3 и элементах R13, C7, как и в [8], собран узел плавной подачи напряжения на конденсатор С4. Обоснованность применения этого узла, принцип его работы и назначение элементов приведены там же.

Схема приставки

Рис. 1. Схема приставки

Временные диаграммы

Рис. 2. Временные диаграммы

На специализированной микросхеме DA1 (NCP1402SN50T1) собран повышающий с 3 до 31...32 В преобразователь напряжения. В отличие от типовой схемы в [10], энергия в дросселе L1 накапливается за счёт протекания тока через часть обмотки, подключённой между выходом Lx микросхемы DA1 и линией питания +3 В. Во время цикла обратного хода положительные импульсы напряжения на отводе относительно общего провода с учётом падения напряжения на выпрямительном диоде VD1 и напряжения на входе OUT (вывод 2) микросхемы - 5,8 В, а относительно начала обмотки (т. е. за вычетом напряжения питания) - 2,8 В. На крайних выводах обмотки формируется импульсное напряжение, повышенное до 30,8 В. Коэффициент трансформации равен 11. В рабочем режиме напряжение на входе OUT микросхемы NCP1402SN50T1 стабилизировано и равно 5 В, поэтому применение микросхем из этой серии с меньшим выходным напряжением потребует увеличения числа витков обмотки дросселя L1 и усложнит его изготовление. Для нормальной работы преобразователя установлены нагрузочный резистор R1 (100 кОм) [11] и сглаживающий конденсатор С1.

Положительные импульсы напряжения с повышающей обмотки накопительного дросселя L1 поступают через выпрямительный диод VD2 на сглаживающий конденсатор С2. Постоянное напряжение на этом конденсаторе - около +31 В - складывается из выпрямленного и питающего (3 В) за вычетом потерь.

Оно поступает на источник тока, собранный на транзисторе VT2 по обычной схеме, который и задаёт ток через проверяемый стабилитрон.

Диоды VD5 и VD6 задают стабильное напряжение -1,15 В на базе транзистора относительно линии питания +31 В.

Выходной ток, равный 5,3 мА, задан резистором R9. Тестируемый прибор подключают к выходу источника тока (гнёзда XS1, XS2 "VDx"). Но если источник тока будет работать постоянно, потребляемый приставкой ток станет намного больше максимально допустимого тока нагрузки для встроенного в АЦП мультиметра стабилизатора напряжения. Поэтому в приставке источник тока включается только на короткие промежутки времени.

Источником тока управляет генератор импульсов, собранный на трёх двунаправленных аналоговых ключах DD1.1-DD1.3, входящих в состав микросхемы 74HC4066D - четырёхканального коммутатора [12]. На чей DD1.1 и DD1.2 формируется последовательность прямоугольных импульсов длительностью 12,5 мкс (рис. 2,а) с периодом повторения 500 мкс (скважностью 40). Ключи DD1.1 и DD1.3 с нагрузочными резисторами R4 и R7 включены инверторами, а DD1.2 - как неинвертирующий буферный элемент с нагрузочным резистором R6. В качестве входов использованы входы управления ключами. ПОС для генерации обеспечивает конденсатор С3, ООС - цепь R2VD3R3. Длительность импульсов (12,5 мкс) задана цепью R3VD3 и конденсатором С3, а длительность паузы (487,5 мкс) - резистором R2 и конденсатором C3. Поскольку резисторы R3 и R4 соизмеримы по сопротивлению, цепь ООС R2VD3R3 подключена не напрямую к выходу (выводу 1) инвертора на ключе dD 1.1, а к выходу буферного неинвертирующего элемента. В этом случае возрастает усиление в петле ПОС, а значит, и прямоугольность выходных импульсов.

С резистора R6 импульсы генератора поступают на затвор полевого транзистора VT1. Каждый раз, открываясь на 12,5 мкс, он соединяет резистор R8 с общим проводом, включая на это время подачу тока с источника тока на проверяемый стабилитрон. В проме-жутках между импульсами транзисторы VT1 и VT2 и проверяемый прибор обесточены. Такой режим работы обеспечивает средний ток потребления преобразователем напряжения от линии питания +3 В не более 2,4...2,5 мА. Импульсы потребляемого тока, как и в [8], сглаживает конденсатор С4.

Импульсы напряжения с выхода ключа DD1.1 с задержанным на 3 мкс цепью R5C5 фронтом поступают на управляющий вход аналогового ключа DD1.4 (рис. 2,б) и открывают его на 9,5 мкс. К этому моменту на подключённом стабилитроне уже установится его напряжение стабилизации. Параллельно стабилитрону подключён резистивный делитель R10R11 с коэффициентом передачи 1:10. Напряжение с выхода резистивного делителя, "вырезанное" за 9,5 мкс ключом DD1.4, поступает на "запоминающий" конденсатор С6, а с него - через вилку XP2 на вход мультиметра "V^mA" для измерения. Конденсатор С6 образует с резисторами R10 и R11 интегрирующую цепь, которая оказывает влияние на коэффициент передачи делителя. Сопротивление резистора R11 задано с учётом этого влияния. Эпюры напряжения на выходе делителя показаны на рис. 2,в.

Чертёж печатной платы показан на рис. 3. Применены элементы (за исключением дросселя L1) для по-верхностного монтажа. Обмотка дросселя содержит 9+91 виток провода ПЭЛ 0,16 и ПЭЛ 0,1 соответственно. Она намотана в один слой на кольцевом магнитопроводе с изоляционным покрытием, изъятом из балласта КЛЛ. Размеры магнитопровода - 4,5х6х х10мм. Начальная магнитная проницаемость, вычисленная с помощью программы-калькулятора Coil32, - около 5000. Индуктивность обмотки между началом и отводом - 160 мкГн. Отклонение более ±30 мкГн ухудшает КПД преобразователя и может привести к его неустойчивой работе [11]. Повышающую обмотку лучше намотать с запасом в несколько витков, а точное число подобрать при налаживании. Штырь ХР1 "NPNc" и входные гнёзда XS1, XS2 "VDx" - от подходящего разъёма. Штыри ХР2 "V^mA" и ХР3 "СОМ" - от измерительных щупов. Конденсаторы С1-С3, С5, С6 - керамические типоразмера 1206, С4, С7 - тан-таловые типоразмера D и В соответственно. Конденсатор С4 можно заменить выводным, например, К50-35 или импортным. На плате для его плюсового вывода предусмотрена контактная площадка. Все резисторы - типоразмера 1206. Полевой транзистор BSN20 можно заменить транзистором BSS138, BSS138L, 2N7002K, 2N7002L или другим маломощным с ёмкостью затвор-исток не более 50 пФ (при напряжении сток-исток 1 В), допустимым напряжением сток-исток не менее 50 В, а пороговым - не более 2,5 В. Транзистор BC857C можно заменить маломощным структуры p-n-p с коэффициентом передачи тока базы не менее 300 и допустимым напряжением коллектор- эмиттер не менее 50 В. Полевой транзистор IRLML6302 заменим транзистором SSM3J01F, TP0101TS, FDN338P или другим с p-каналом, пороговым напряжением не более 2 В и сопротивлением открытого канала не более 0,5 Ом. Размещение элементов на плате показано на рис. 4.

Чертёж печатной платы

Рис. 3. Чертёж печатной платы

Размещение элементов на плате

Рис. 4. Размещение элементов на плате

Перед подключением к мультиметру, чтобы не вывести его из строя, приставку сначала подключают к внешнему источнику питания напряжением 3 В. Измеряют потребляемый ток, который при замкнутых гнёздах XS1, XS2 должен быть 2,7...3 мА, а затем подключают к мультиметру. Измеряют напряжение на линии питания +31 В. Оно должно быть в пределах 31.32 В, а изменить его можно подборкой числа витков повышающей обмотки дросселя L1. Далее к гнёздам XS1, XS2 подключают стабилитрон с измеренным заранее напряжением стабилизации при токе 5 мА. Устанавливают переключатель рода работ мультиметра в соответствующее положение и при необходимости корректируют показания, подбирая резистор R11. Внешний вид собранной приставки показан на рис. 5.

Внешний вид собранной приставки

Рис. 5. Внешний вид собранной приставки

И в заключение об установке положений переключателя рода работ мультиметра. В положении "DCV 200m" предел измерений падений напряжений - 2000 мВ (удобен для диодов и p-n переходов), в положении "DCV 2000m" - 20 В, в "DCV 20" - более 20 В. Максимальное значение измеряемого напряжения - 30 В, оно ограничено выходным напряжением преобразователя напряжения.

Чертежи печатной платы в форматах Sprint LayOut 5.0 и TIFF имеются здесь.

Литература

1. Глибин С. Измеритель ЭПС - приставка к мультиметру. - Радио, 2011, № 8, с. 19, 20.

2. Глибин С. Об измерителе ЭПС. - Радио, 2012, № 8, с. 25.

3. Глибин С. Замена микросхемы 74АС132 в измерителе ЭПС. - Радио, 2013, № 8, с. 24.

4. Глибин С. LC-метр - приставка к мультиметру. - Радио, 2014, № 8, с. 21-24.

5. Глибин С. Измеритель ёмкости и ЭПС оксидных конденсаторов - приставка к мультиметру. - Радио, 2015, № 1, с. 20-23.

6. Глибин С. Вольтметр среднеквадратичных значений - приставка к мультиметру. - Радио, 2015, № 4, с. 24-26.

7. Глибин С. Мегомметр - приставка к мультиметру. - Радио, 2015, № 5, с. 53, 54.

8. Глибин С. Миллиомметр - приставка к мультиметру. - Радио, 2015, № 8, с. 23, 24.

9. Глибин С. Мегомметр до 200 МОм - приставка к мультиметру. - Радио, 2017, № 7, с. 54.

10. NCP1402. 200 mA, PFM Step-Up Micropower Switching Regulator. - URL: https:// www.onsemi.com/pub/CoNateral/NCP1402-D.PDF (01.05.17).

11. Глибин С. Микромощный преобразователь напряжения с высоким КПД. - Радио, 2017, №5, с. 23.

12. 74HC4066; 74HCT4066. Quad singlepole single-throw analog switch. - URL: http:// www. voltmaster. ru/pdf/datasheets/nxp/ 74HC_HCT4066-839702.pdf (01.05.17).

Автор: С. Глибин, г. Москва


Дата публикации: 01.11.2017
Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.


Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:








 



RadioRadar.net - datasheet, service manuals, схемы, электроника, компоненты, semiconductor,САПР, CAD, electronics