Функциональная схема

Так как входное напряжение вольтметра существенно превышает величину питающего напряжения, на входе устройства необходимо предусмотреть согласующую цепь, приводящую уровень входного сигнала к диапазону питающих напряжений. Кроме того, во входной цепи необходимо предусмотреть схему защиты от случайного подключения прибора к источникам с напряжением, значительно превышающим рабочий диапазон напряжений.

Разрабатываемый прибор предназначен для измерения только постоянного напряжения, поэтому для обеспечения лучшей стабильности показаний входной сигнал необходимо отфильтровать с помощью фильтра нижних частот.

Для обеспечения требуемой точности во всех диапазонах входных напряжений необходимо предусмотреть дополнительное усиление входного аналогового тракта с коэффициентом 10 для диапазона 1 В, и с коэффициентом 100 - для диапазона 100 мВ.

Для оцифровки входного напряжения схема должна содержать аналого-цифровой преобразователь (АЦП). При этом для обеспечения требуемой точности 1% в районе нижней границе измерительного диапазона, разрядность АЦП не должна быть меньше 10. Тогда для входного напряжения, близкого к верхней границе диапазона, точность измерения будет приближаться к 0.1%. Для нормальной работы АЦП в схеме необходимо предусмотреть источник опорного напряжения (ИОН). Кроме того, так как измеряемое напряжение может быть как положительной, так и отрицательной полярности, сигнал с выхода аналогового тракта должен поступать на схему сдвига уровня, обеспечивающую изменение сигнала на входе АЦП в диапазоне от 0 В до напряжения, генерируемого ИОН.

Для ручного переключения диапазонов измерения удобно использовать кнопку, с помощью которой при ее последовательном нажатии будет производиться переключение того или иного коэффициента усиления аналогового тракта.

Для цифрового вывода измеренного напряжения, по заданию должен использоваться семисегментный светодиодный индикатор. Для обеспечения точности не хуже 1%, необходимо и достаточно чтобы разрядность индикатора составляла три десятичных разряда. Кроме того, необходим дополнительный разряд, для вывода символа «-» (минус) в случае измерения отрицательных напряжений. Для индикации текущего диапазона необходимо также предусмотреть дополнительный светодиодный индикатор, показывающий размерность (вольты или милливольты) выводимых данных.

Поскольку аналоговый тракт должен содержать усилители и работать с двуполярным сигналом, функциональная схема дополняется устройством, генерирующим отрицательное питающее напряжение, которое необходимо для нормальной работы операционных усилителей аналогового тракта.

Для организации автоматической работы устройства в целом, а именно - поддержки переключения диапазонов, обеспечения работы АЦП, преобразования полученного кода и вывод данных на индикатор - функциональная схема должна содержать устройство управления.

Функционально входную согласующую цепь удобно совместить с устройством защиты, входным фильтром нижних частот и схемой сдвига уровня для диапазона ±10 В. Усилители с коэффициентом усиления 10 и 100 удобно совместить со схемами сдвига уровня для диапазонов ±1 В и ±100 мВ. Таким образом, функциональная схема может иметь вид, изображенный на рисунке 1.

Лучшие статьи по информатике

Моделирование волноводных устройств СВЧ
Прогресс радиоэлектроники сопровождается быстрым развитием теории и техники СВЧ - устройств. Возрастает сложность СВЧ трактов, повышаются требования к элек ...

Расчёт электронно-дырочного перехода
Полупроводниковый диод, двухэлектродный электронный прибор на основе полупроводникового (ПП) кристалла. Понятие "Полупроводниковый диод" объединяе ...

Принципиальная схема усилителя на основе полевых и биполярных транзисторов
Аналоговыми называются устройства, у которых сигналы являются непрерывными функциями времени. К основным классам аналоговых устройств относятся: усилители, ...