UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI

FACULTATEA DE TRANSPORTURI

CATEDRA : TELECOMENZI SI ELECTRONICA IN TRANSPORTURI

PROIECT M.E./S.T.A.D

INSTRUMENT NUMERIC DE MASURARE MULTIMETRU CUAMPERMETRU SI VOLTMETRU ELECTRONIC DE CURENT

ALTERNATIV

PROFESOR INDRUMATOR: STUDENT:

SL.drd.Fiz.Ing.Mihaela NemtoiParascan Silviu - 8313 BUCURESTI

2009-2010

CUPRINS1. Introducere

2. Tema proiectului

3. Schema bloc

4. Memoriu tehnic

Blocul de alimentare

Circuitul de intrare

Divizor de tensiune

Amplificatorul instrumental

Circuitul redresor

Convertor analog numeric

Generatorde tact cu cuart

Divizor de frecventa

Numaratorul

Memoria

Decodorul

Afisor

5. Breviar de calcul

6. Calculul economic

7. Schema electrica a aparatului

8. Nomenclatura de componente

9. Realizarea cablajului

10. Bibliografie

1. IntroducereIn contextul revolutiei stiintifice si tehnice din lumea contemporana, masurarile electrice sunt indispensabile in toate ramurile industriale, ca veriga importanta in procesele de productie, in controlul calitatii materiilor prime, a produselor intermediare si finale, in dezvoltarea cercetarii in toate domeniile. Pe suportul marimilor electromagnetice se fac cel mai frecvent atat schimburile de energie, cat si schimburile de informatie; masurarea electrica cu precizie ridicata conditioneaza deci desfasurarea normala a proceselor implicate.

Pentru a intelege, a prevedea si a actiona asupra mediului inconjurator omul trebuie sa acumuleze cunostinte referitoare la diverse obiecte, fenomene, procese, etc., prezente in natura. Acest e cunostinte pot fi clasificate prin introducerea notiunii de marime. Prin definitie, marimea reprezinta o proprietate sau un atribut comun al unei clase de obiecte, fenomene, procese, etc. Msurarea curenilor

Ampermetre analogicen general pentru msurarea curentului electric este necesar ntreruperea circuitului i introducerea unui ampermetru A, de rezisten rA, n circuitul parcurs de curentul de msurat. nainte de introducerea ampermetrului n circuit, curentul electric are valoarea I i se numete valoarea adevrat a curentului de msurat:

unde UAB este tensiunea la bornele AB iar RC este rezistena circuitului parcurs de curentul I.

SHAPE \* MERGEFORMAT

Figura 1. Influena consumului ampermetrului n circuitul de msurare

Ca urmare a introducerii ampermetrului n circuit, curentul msurat Im, mai mic dect I, va avea valoarea:

,

unde rA este rezistena intern a ampermetrului.

Eroarea relativ ce apare ca urmare a introducerii ampermetrului n circuit este:

Pentru ca aceast eroare s fie ct mai mic trebuie ca rezistena ampermetrului s fie ct mai mic fa de rezistena circuitului.

Masurarea tensiunilorVoltmetre

Voltmetrul electronic exista in doua variante constructive : analog si respective numeric.In functie de valoarea masurata sunt:

a) voltmetru de c.c , care masoara nivelul tensiunii continue de intrare (U);

b) voltmetru de c.a , care pot fi :

- de valoare medie (masoara Umed)

- de valoare de varf (masoara Umax)

- de valoare efectiva (masoara Uef)

-de valoare efectiva pentru intrare sinusoidala (masoara Umed si afiseaza Uef, avand in vedere relatia dintre cele doua marimi cand semnalul de la intrare este sinusoidal).

In circuitele de curent continuu si de curen alternativ tensiunile care depasesc 1/10000 V cu voltmetre. Voltmetrele se leaga in circuitele de masurare in paralel cu punctele intre care se masoara tensiunea.

In functie de valorea tensiunii de masurat voltmetrele se conecteaza direct sau in serie cu o rezistenta aditionala. Legarea directa in circuit a voltmetrelor este posibila numai daca curentul de masurat poate trece inegral prin dispozitivul de masurat fara sa-l deterioreze. Curentii si tensiunile foarte mari se masoar cu ampermetrele si voltmetrele prin intermediul transformatoarelor de masurat.

Voltmetru numeric lucreaza pe un principiu asemanator cu al unui aparat de tip frecventmetru/cronometru, cu deosebirea ca include si un convertor analog-numeric (CAN), care transforma tensiunea de masurat (Ux) intr-un interval de timp sau intr-o frecventa .

Schema functionala a unui voltmetru numeric este prezentata in fig 1. . Tensiunea de masurat Ux ,este aplicata unui bloc de conditionare de semnal, DT/A; acesta este similar celui folosit la voltmetrele electronice analogice . Cu divizorul de tensiune DT, se prescriu gamele (tensiunii nominale, Uxn) in succesiune decadica (tipic: 0,2; 2; 20; 200 V), iar amplificatorul de intrare A, aduce Ux la nivelul cerut de blocul de esantionare si adapteaza impedanta acestuia la cea de iesire din divizorul DT. In plus, blocul DT/A imbunatateste si imunitatea la zgomote(prin punerea dupa t a unui FTJ). Ux este apoi esantionat (pe durata t) pentru a asigura stationaritatea lui Ux, sunt trecute printr-un amplificator tampon AT , al carui rol este de a adapta impedanta de iesire a circuitului de esantionare si memorare, la impedanta de intrare al convertorului A/N. Comanda operatiilor intregului aparat (esantionare, conversie, memorare, afisare) este asigurata de un bloc de comanda, pilotat de catre generatorul de tact GE; acest bloc include si un divisor de frecventa DF , cu ajutorul caruia se obtine baza de timp a aparatului.

Caracteristici de intrare :

a) Tipul intrarii depinde de clasa de precizie a aparatului :

- voltmetru numeric standard (c=0.1) folosesc circuite de intrare cu 3 borne

- voltmetru de inalta precizie (c=0.01 .. 0.001) utilizeaza intrare cu circuit de garda

b) Tensiunea maxima admisa pe intrare este valoarea maxima a tensiunii ce poate fi aplicata intre bornele de intarre sau intre una dintre acestea si masa in conditii normale de functionare.

c) Injectia de paraziti in obiectul de masura : tensiunile parazite sunt produse de catre circuitele in comutatie . Ele devin suparatoare cand operatorul face masurari in scheme cu dispozitive sensibile.

d) Gamele de masura: sunt in succesiune decadica (0.2 , 2 , 20 , 200, ..) . Comutarea gamelor se poate face manual sau automat.

e) Schimbarea automata a gamelor : permite trecerea voltmetrelor numerice de la o gama inferioara la una superioara si invers, de indata ce Ux depaseste o limita prestabilita. Selectorul automat de game permite ca aparatul sa se plaseze singur in situatia optima in privinta preciziei.

Caracteristici de transfer:

a) Rezolutia este cea mai mica variatie a lui Ux ce paote fi citita pe o gama

b) Sensibilitatea este valoarea cea mai mica a lui Ux care poate fi masurata pe gama cea mai sensibila.

c) Precizia se exprima prin eroarea tolerate t=a%ct(de la blocuri analogice)+b%cs(de la blocurile numerice) .

Eroarea tolerata: se normeaza in raport cu eroarea de baza (b) si cu eroarea suplimentara (s)

Eroarea de baza este eroarea intrinseca a voltmetrului numeric in conditii de referinta , ste datorata urmatoarelor cauze : eroarea datorita rezolutiei, deriva referintei interioare de tensiune, deriva in timp si cu temperature a componentelor, neliniaritati din blocurile analogice si numerice, zgomotelor interne/externe, eroarea de indicare a valorii zero, variatia tensiunii de alimentare.

Conditiile de referinta sunt prescrise prin standarde si sunt alese a.i variatiile factorilor de influenta sa aiba un efect neglijabil asupra aparatului.

Eroarea suplimentara provine din variatia unui singur factor de influenta , ceilalti fiind mentinuti la nivele de referinta.

Parametrii CT sunt specificati numai pentru voltmetrele numerice de inalta precizie.

d) Stabilitatea este aptitudinea unui voltmetru numeric de a da o indicatie reproductibila, intr-o anumita perioada de timp, in care marimea de masurat Ux ramane constanta.

Stabilitatea pe termen scurt este abaterea maxima ce poate apare in indicatia voltmetrului numeric in conditii de referinta (t=23C 1C) timp de 24 ore, interval de timp in care nu sunt admise nici un fel de reglaje.

Voltmetre electronice de curent alternativ :

Spre deosebire de voltmetrele electromecanice de c.a (feromagnetice, electrodinamice si electrostatice) care raspund la valoarea efectiva (U) a tensiunii de masurat (Ux), voltmetrele electronice de c.a. sunt specializate pe unul din cei trei parametrii de baza ai lui Ux: valoarea de varf (Uv), valoarea medie (Umed) si valoarea efectiva, iar voltmetrele respective se numesc : voltmetru electronic de varf, de medie si de valoare efectiva. Indiferent de tip, toate aceste voltmetre electronice au scara gradate in valori efective ale regimului sinusoidal.

O alta particularitate , banda de frecventa. Spre deosebire de amplificatoare, la care acest parametru se defineste pe baza caderii raspunsului la 3dB , la AME banda se defineste pe baza erorii suplimentare cauzate de frecventa si anume: limita superioara a benzii (Hz) reprezinta frecventa la care indicatia aparatului () scade cu o fractiune cel mult egala cu eroarea absoluta tolerata.

La VE limita inferioara (f1) este, 10-20 Hz si este impusa de conditia de memorare(VEV) sau de conditia de integrare mecanica pe intrumentul magnetoelectric(voltmetre de valoare medie si de valoare efectiva) iar limita superioara (f2) atinge ordinal MHz (VEM si VEF) sau al sutelor de MHz (VEV) fiind impusa, de regula, de catre capacitatea de intrare la aparatul respectiv.

2. Tema proiectului

Sa se proiecteze un aparat de masura numeric care sa indeplineasca urmatoarele functii:

1. Ampermetru de c. a. cu scarile 0,3; 3; 10 A;

Rezistente individuale la intrare;

Tensiunea de intrare pe diviziune 0,35 V.

2. Voltmetru de c. a. cu scarile de 0,3; 3; 10; 100 V;

Se va folosi un convertor analog-numeric de tip registru cu aproximari succesive.

3. Schema bloc Schema bloc multimetru cu ampermetru si voltmetru de c.a.

Blocul de numrare/afiare

SHAPE \* MERGEFORMAT

SHAPE \* MERGEFORMAT

4. Memoriu tehnic

Blocul de alimentareVoltmetrul este alimentat de la o sursa de curent continuu de 9V.

La bornele ( + ) si ( ) se pun bornele prin care trece voltajul ( curent alternativ) ce trebuie masurat .

In functie de scara de care avem nevoie putem folosi comutatorul de scara pe una din treptele 3, 5, 10 volti pentru un rezultat corect.

Curentul alternativ care intra pe la bornele + si trece printr-un circuit redresor ( punte redresoare ) formata din diode redersoare (1N4001 ) pentru a fi transformat in curent continuu si astfel aparatul va putea efectua masurarea voltajului din circuitul ce trebuie masurat. Inainte de intrarea in circuitul redresor curentul trece prin divizor de curent din blocul ampermetrului, iar pentru circuitul cu voltmetru curentul trece prin divizorul de tensiune .

Dupa redresare curentul de masurat este trece prin circuitul de amplificare (tranzistoare) apoi este convertit din semnal analogic in semnal digital printr-un CAN .

Circuitul de intrare

Divizorul de curent pentru ampermetru Regula divizorului de curentDac la iesirea unui circuit nu este conectat o rezistent de sarcin se poate aplica regula divizorului de curent pentru a determina curentul prin R2 de exemplu. La fel de bine se poate aplica regula divizorului de curent si pentru a afla curentul prin R1.

Presupunnd rezistentele parcurse de curentii I1 si I2, cu legea curentilor lui Kirchhoff se gseste:

I = I1 + I2

Cderea de tensiune la bornele rezistentelor se determin cu legea lui Ohm:

U = I1R1 = I2R2

Combinnd relatiile de mai sus se obtine: Analiza unui circuit paralel simplu

S analizm un circuit paralel simplu, determinnd valorile curenilor prin fiecare ramur, respectiv prin fiecare rezistor n parte.

Mrime R1R2R3TotalUnitate

E6666V

IA

R1k3k2k

Cunoscnd faptul c pe fiecare component n parte cderea de tensiune este aceeai, putem completa tabelul tensiune/curent/rezisten astfel (mrimile sunt exprimate n voli, amperi i ohmi).

Mrime R1R2R3TotalUnitate

E6666V

I6m2m3mA

R1k3k2k

Folosind legea lui Ohm (I = E / R) putem calcula curentul prin fiecare ramur.

Mrime R1R2R3TotalUnitate

E6666V

I6m2m3m11mA

R1k3k2k

tiind c n circuitele paralele suma curenilor de pe fiecare ramur reprezint curentul total, putem completa tabelul cu valoarea total a curentului prin circuit, 11 mA.Mrime R1R2R3TotalUnitate

E6666V

I6m2m3m11mA

R1k3k2k545.45

Ultimul pas este calcularea rezistenei totale, folosind legea lui Ohm (R = E / I), sau folosind formula rezistenelor n paralel; indiferent de metoda folosit, rezultatul este acelai.

Divizorul de tensiune pentru voltmetruDivizoarele de tensiune , utilizate la masurarea tensiunilor continue, alternative si de impuls, sunt dispozitive de raport cu doua perechi de borne (tip diport), care stabilesc o relatie de dependenta liniara, pe un anumit interval, ntre marimea de masurat electrica si marimea electrica ce actioneaza asupra circuitului. Divizorul de tensiune rezistiv: este realizat din rezistoare bobinate, sau din rezistente cu pelicula metalica, situatie n care exactitatea este mai scazuta dar suficient de buna pentru instrumentatia analogica si digitala. Se utilizeaza pentru masurarea tensiunilor n curent alternativ sau n joasa frecventa si pentru extinderea limitei superiore de masurare a voltmetrelor, compensatoarelor de tensiune alternativa, etc.

In afara de divizoarele de valoare fixa se construiesc divizoare reglabile, utilizate pentru prescrierea gamelor la voltmetrele de c.c. Treptele de divizare se aleg n secventa 1-3-10 (sau o alta) pentru voltmetrele analogice si n secventa 1-10-100 pentru cele digitale.Exista divizoare de tensiune cu mai multe trepte de divizare, cu particularitatea ca una din componente este de nalta exactitate. Aceasta serveste ca etalon la verificarea prin comparatie a exactitatii celorlalte rezistente ale divizorului. Multe din acestea sunt astfel realizate nct rezistentele componente sau grupuri ale acestora sa aiba valori nominale egale, ceea ce permite compararea directa a lor, pentru determinarea erorii fiecarei trepte de divizare. In acest fel ntregul divizor poate fi autocalibrat.

Erorile divizoarelor de tensiune sunt determinate, n primul rnd, de abaterile rezistenelor componente de la valorile nominale precum i de mbtrnirea rezistenelor, de variaia valorii acestora cu temperatura i umiditatea, de autonclzire i de influena rezistenelor de izolaie. Evitarea erorilor provocate de rezistenele de izolaie, mai ales la divizoare cu rezistoare de valori nominale foarte mari, o constituie introducerea ecranelor de gard pentru interceptarea curenilor de izolaie. Ecranul mbrac toate prile conductoare ale divizorului, inclusiv bornele, care sunt meninute la poteniale egale cu ale conductoarelor gardate cu ajutorul unui divizor secundar. Curenii prin izolaie sunt concentrai astfel ctre divizorul secundar ocolind rezistoarele divizorului principal.

Amplificatorul instrumental Amplificatoarele instrumentale reprezint o categorie aparte de amplificatoare operaionale utilizate n special n msurri, motiv pentru care acest tip de amplificatoare operaionale au mai fost denumite i amplificatoare de msur. Amplificatorul instrumental este un amplificator operaional diferenial cu amplificare finit i foarte bine reglat, reglajul amplificrii fcndu-se fie prin conectarea n exteriorul integratului a unei rezistene sau grup de rezistene, fie prin comanda digital cu ajutorul unui calculator sau microcontroler. Amplificatorul instrumental are performane superioare amplificatoarelor operaionale n ceea ce privete tensiunea de decalaj, deriva termic, liniaritatea, stabilitatea i precizia amplificrii.

Amplificatoarele instrumentale pot fi realizate cu componente discrete i amplificatoare operaionale, n tehnologie monolitic sau hibrid. Cele integrate au elementele de reacie incluse n structura circuitului integrat. La aparatura de msur i control amplificarea n tensiune se face, adesea, cu amplificatoare difereniale la care una din intrri este folosit pentru intrarea de semnal, iar cealalt pentru conectarea reelei de reacie. Dac s-ar folosi un singur amplificator operaional reeaua de reacie ar reduce impedana de intrare la valori care sunt prea mici fa de cele necesare n aceste aplicaii. Din acest motiv au fost realizate structuri speciale de amplificatoare difereniale cu dou sau mai multe amplificatoare operaionale. Amplificatoarele instrumentale sunt amplificatoare difereniale cu intrri flotante fa de mas, cu impedan mare att n modul diferenial ct i n modul comun i avnd o rezisten de ieire redus.

Amplificatoarele instrumentale trebuie s ndeplineasc mai multe cerine:

amplificarea mrimilor preluate de la senzori pn la valori care pot fi prelucrate fr probleme de etajele urmtoare din lanul de prelucrare a semnalului;

asigurarea unei impedane de intrare mari, pentru a nu perturba mrimea aplicat la intrare;

realizarea unei anumite caracteristici de transfer, liniar sau neliniar, n funcie de natura procesului de msurare;

asigurarea unei caracteristici de frecven adecvate procesului de msurare;

asigurarea unei rejecii a semnalului de mod comun foarte mare.

Principalii parametri ai unui amplificatorului instrumental sunt:

a) ctigul (G). Valoarea acestui parametru reprezint panta caracteristicii de transfer a amplificatorului instrumental. n datele de catalog sunt specificate: eroarea ctigului, neliniaritatea ctigului i stabilitatea ctigului n raport cu temperature.

b) tensiunile de decalaj la intrare i la ieire. Tensiunea de decalaj la intrare, Uosi [V] i tensiunea de decalaj la ieire, Uoso [V] sunt independente una fa de cealalt i, prin urmare, trebuie considerate separat. Pentru un ctig dat, tensiunea total de decalaj Uos este definit pe baza a dou erori:

- eroarea total raportat la intrare (Total Referred to the Input Error Total RTI Error) prin: Uos(RTI) = Uosi + Uoso/G;

- eroarea total raportat la ieire ( Total RTO Error) prin: Uos(RTO) = GUosi + Uoso.

c) curentul de decalaj la intrare (n [nA]), valoarea acestuia n funcie de temperatur (n [nA]), precum i coeficientul mediu de temperatur al curentului de decalaj la intrare (n [pA/0C]).

d) curentul de polarizare la intrare (n [nA]), valoarea acestuia n funcie de temperatur (n [nA]), precum i coeficientul mediu de temperatur al curentului de polarizare la intrare (n [pA/0C]).

d) impedanele de intrare diferenial i de mod comun. Sunt alctuite dintr-o rezisten n paralel cu o capacitate. Se exprim n G||pF.

e) impedana de ieire. Este foarte mic, de ordinul 10-2 .

f) tensiunea i curentul de zgomot ale amplificatorului. Aceti parametri pot fi raportai fa de borna de intrare a amplificatorului, fiind specificai ca i valori vrf la vrf sau efective ntr-un anumit interval de frecvene (se exprim n [nV], respectiv n [pA]).

g) raportul de rejecie a modului comun, CMMR. Este specificat pentru o anumit nesimetrie a sursei de semnal de intrare, de obicei 1 k, pentru diferite valori ale ctigului i ale tensiunii de mod comun UCM. CMRR crete odat cu creterea ctigului i scade odat cu creterea frecvenei.

h) parametri referitori la regimul dinamic:

- banda de frecvene la -3 dB la semnal mic. Este specificat pentru diferite valori ale ctigului. Cu ct ctigul este mai mare cu att banda de frecvene este mai mic.

- viteza de urmrire (Slew Rate, SR [V/s]).

- timpul de stabilizare. Este specificat n funcie de valoarea ctigului pentru o variaie dat a tensiunii de intrare.

Circuitul redresorRedresoarele sunt circuite care transform curentul alternativ n curent continuu. Dup tipul dispozitivelor care redreseaz i dup modul acestora de comand, redresarea poate fi necomandat, (cu comutaie natural), sau comandat, (cu comutaie forat). n aceast lucrare se vor studia circuite de redresare necomandate. Redresarea necomandat se realizeaz, ntr-o majoritate covritoare de cazuri, cu diode. Redresarea tensiunilor alternative este cea mai des utilizat operaie neliniar efectuat asupra semnalelor variabile n timp.Redresorul monoalternan ideal poate fi privit ca un diport cu funcionare de comutator comandat de polaritatea tensiunii de intrare. Dac polaritatea este pozitiv, comutatorul este nchis i tensiunea de la intrare se regsete la ieire. n cazul n care tensiunea de intrare este negativ, comutatorul se deschide iar tensiunea de la ieire devine 0.

Cele mai utilizate comutatoare pentru aceast funcie sunt diodele semiconductoare.

Se poate considera c redresorul dubl alternan este un diport care aplic funcia matematic " MODUL " semnalului de intrare.Aceast funcionare se poate obine prin cuplarea a dou redresoaremonoalternan, unul direct i cel de-al doilea prin intermediul unui repetor -inversor de tensiune.

Utilizarea diodelor semiconductoare pentru redresarea semnalelor alternative reprezint o soluie deosebit de simpl i ieftin a problemei, n cazul n care se urmrete aspectul energetic, dac se pornete de la tensiuni de intrare mult mai mari dect cderea de tensiune direct pe diod.

ntr-adevr, tensiunea la ieirea redresorului monoalternan, cu diod semiconductoare cu siliciu, nu repet identic semialternana pozitiv a tensiunii de intrare ci prezint un decalaj de aproximativ 0,6 V fa de aceasta.

n aplicaiile care au n vedere prelucrarea de informaie, pentru msurarea tensiunilor alternative, sau n nenumrate alte aplicaii de semnal mic, este inacceptabil distorsionarea semnalului.Pentru nlturarea inconvenientelor prezentate mai sus se folosesc scheme compuse din A.O. i diode semiconductoare, numite redresoare de precizie.

Convertorul analog-numeric (CAN) de tip registru cu aproximari succesive

CAN (Convertor Analog Numeric) cu aproximare succesiv este unul din tipurile de CA/N cele mai utilizate n practic. Ele realizeaz compromisul optim ntre precizia i viteza de conversie, la o complexitate acceptabil a schemei. Stadiul actual al tehnologiei permite realizarea monolitic o ntregului CA/N, la o rezolutie de pn la 16 bii i o vitez de conversie de circa 10sec. Se utilizeaz curent aceste CA/N-uri n aparatur de msur electronic, sisteme de achiziii de date, transmisia i prelucrarea numeric a informaiei, etc. Schema bloc a acestui convertor este prezentat n figura 1.

1Figura 1

1.1 Funcionarea schemei

- nceputul unui ciclu de conversie este comandat prin semnalul logic SC="1".

- se compar tensiunea de intrare VIN (care se dorete a fi convertit ntr-un numr binar), cu cea furnizat de CN/A (Convertor Numeric/Analogic) la un moment dat. Tensiunea furnizat de CN/A este V0(N) i reprezint o fracie din VREF conform formulei:

1

N este numr binar pozitiv subunitar, avnd (2n-1) valori posibile, de la 0 pn la (1-2-n), unde n reprezint numrul de bii. CN/A folosit este de tipul cu reea divizoare n trepte ponderare binar.- numrul binar N este produs n RAS (Registrul cu Aproximaii Succesive) sub forma unui cod binar natural:

N = b1b2...bn ,

n care b1 este bitul cel mai semnificativ (MSB), iar bn este bitul cel mai puin semnificativ (LSB), aceasta conducnd la un numr de forma

N=0,b1b2...bn.

RAS funcioneaz secvenial pe o frecven fix f0, producnd numerele N conform algoritmului aproximaiilor succesive, ce este prezentat n continuare.

- un ciclu de conversie dureaz

TCONVERSIE = n(T0 ,

unde T0 = 1/f0 reprezint durata ntre dou impulsuri de ceas, iar n este numrul de bii ai convertorului.

- sfritul ciclului de conversie, cnd este disponibil rezultatul conversiei forma numrului binar stocat n RAS, este marcat prin semnalul logic FC="1".

1.2 Algoritmul de aproximare succesiv

Pentru claritatea expunerii algoritmului, se va considera n explicaii un CA/N de 8 bii.

Dup comanda de ncepere a conversiei (semnalul SC="1", care n general poate fi asincron), sincron cu primul front cresctor a impulsului de ceas, se comand nscrierea n RAS, a numrului binar:

N1= 1000 0000 .

Corespunztor acestuia, dup timpul de propagare prin circuitele logice ale RAS i prin CN/A, apare la intrarea IN- a comparatorului tensiunea:

2Rezultatul comparaiei tensiunilor VIN _i V0(N1) este semnalul logic COMP, de la ieirea comparatorului

3La urmtorul front cresctor al semnalului de ceas, este memorat valoarea logic a acestei comparaii (c1) n poziia bitului cel mai semnificativ b1 - aceast locaie din RAS nu va mai fi modificat n restul ciclului de conversie. Se marcheaz astfel apartenena tensiunii VIN la una din cele dou jumti ale domeniului analogic [0, VREF] .

Simultan cu acest nou front al semnalului de ceas, este se-tat urmtorul bit, mai puin semnificativ, b2="1". Incepnd cu acest moment, circuitul RAS conine numrul binar

N2= c1100 0000 ,

care produce la ieirea CN/A tensiunea continu corespunztoare

4

Valoarea acestei tensiuni devine disponibil la intrarea IN- a comparatorului dup timpul de propagare prin circuitul logic al RAS i prin CN/A. Rezultatul comparaiei tensiunii VIN cu tensiunea V0(N2), n al doilea pas al iterrii algoritmului, este

COMP = c2 ,

care este memorat de aceast dat n poziia urmtorului bit (b2) mai puin semnificativ fa de cel stabilit anterior. Apoi,la fel ca i la iteraia anterioar, este setat urmtorul bit b3="1".

La nceputul urmtorului pas al algoritmului, numrul binar coninut n RAS va fi

N3= c1c210 0000

(indicele numrului N semnific n acelai timp pasul de aproximare i indicele bitului ce urmeaz a fi "clarificat").

In acest fel, se continu pn la stabilirea utimului bit, cel mai puin semnificativ. Pe msur ce crete numrul de bii, se realizeaz din ce n ce mai bine aproximarea

V0(N) ( VIN .

Prezentarea sintetic a acestui algoritm se face n organigrama urmtoare.

2

Eroarea de cuantizare ce rezult n urma parcurgerii acestui algoritm este

Componentele principale ale convertorului sunt:

un integrator cu amplificatorul operaional AO (cu rezisten de intrare ridicat de cca. 1091012), rezistena R (sute k) i condensatorul C (0,11F); la intrarea acestui integrator este plasat un comutator comandat (K1 i K2), ce asigur conectarea intrrii integratorului fie la semnalul de intrare (Ux), fie la o tensiune de referin (U0) foarte stabil (0,010,002%);

un comparator (CT) ce detecteaz trecerea prin zero a semnalului de la ieirea integratorului (U2);

un generator de tact (GE) i un circuit poart (P) care valideaz impulsurile de ceas ctre un numrtor;

un numrtor (N), de cele mai multe ori decadic, cu intrare de tergere (RES) i ieire de transport/depire (TCU);

un afiaj numeric cu 7 segmente (inclusiv decodificator BCD-7 segmente);

un bistabil de comand a comutatorului de intrare (B);

un bloc de comand (secveniere) a ntregului aparat (BC), care iniiaz ciclul de conversie i stabilete condiiile iniiale ale integrrii.

Blocul de comand (BC) este pilotat de ctre generatorul de tact etalon (GE); cu ajutorul unui secveniator, acesta stabilete ciclul de msur i comand operaiile ce se vor executa n fiecare etap.

Generatorul etalon (Ge)

Generatorul de tact etalon (GE) este constituit dintr-un simplu oscilator RC, frecvena acestui putnd fi reglat la 40 kHz (timpul de integrare este T1=100 ms) sau 50 kHz (T1=40 ms); pentru realizarea intervalului T1, frecvena generatorului este divizat intern la valori corespunztoare.

Tensiunea de referin (U0) este preluat de la dioda Zener intern de 2,8 V (coeficient termic 0,01%/C) prin intermediul unui poteniometru cu ajutorul cruia poate fi reglat la 100 mV (pentru gama de 200 mV) sau la 1 V (pentru gama de 2 V). Dac se renun la referin, voltmetrul poate fi utilizat ca logometru (raiometru), cea de-a doua tensiune fiind introdus n locul lui U0 (adic pe cursorul poteniometrului).

Divizorul de frecventaDivizoarele de frecven sunt circuite speciale la care informaia de intrare este considerat n general frecvena semnalului de tact, iar informaia de ieire este frecvena unui semnal generat. mprind frecvena de intrare la frecvena de ieire se obine raportul de divizare. Ca i observaie, factorul de umplere a semnalului de ieire nu neaprat este egal cu 0,5. Este important faptul c numrul de stri distincte prin care trece circuitul trebuie s fie egal cu raportul de divizare.

Numarator

Decodoare

Decodorul este un circuit logic cu mai multe intrri i mai multe ieiri care convertete semnalele de intrare codate n semnale de ieire codate, codurile de intrare i de ieire fiind diferite. n general, codul de intrare este construit pe mai puini bii dect codul de ieire, iar ntre cuvintele de cod de intrare i cuvintele de cod de ieire exist o coresponden biunivoc.

Structura general a unui circuit de decodare este cea din figur. Intrrile de activare, dac exist, trebuie s fie confirmate pentru ca decodorul s realizeze corespondena intrare-ieire n mod normal. n caz contrar, decodorul asociaz tuturor cuvintelor de intrare un singur cuvnt de cod de ieire- disabled (neactivat).

Pentru semnalul de intrare, cel mai frecvent se utilizeaz un cod binar de n bii, n care un cuvnt de n bii reprezint una dintre cele 2n valori codate diferite, n mod normal numerele ntregi de la 0 la 2n-1. Uneori, codurile binare de n bii se trunchiaz, reprezentndu-se astfel mai puin de 2n valori. De exemplu, n codul BCD, combinaiile de 4 bii de la 0000 la 1001 reprezint cifrele zecimale 1...9, iar combinaiile de la 1010 la 1111 nu sunt utilizate.

Pentru semnalul de ieire, cel mai frecvent se utilizeaz un cod 1 din m, care conine m bii, n orice moment fiind confirmat unul dintre bii. Astfel, pentru un cod 1 din 4 cu valorile de ieire active n HIGH, cuvintele de cod sunt: 0001, 0010, 0100 i 1000. Dac valorile de ieire sunt active n LOW, cuvintele de cod sunt: 1110, 1101, 1011 i 0111.

Decodorul binar

Decodorul binar este destinat operaiilor de generare a semnalelor de selecie sau de implementare a funciilor logice mai complicate. Acest tip de decodor are n intrri de cod, un numr de intrri de validare i 2n ieiri; intrrile de validare permit activarea/dezactivarea funcionrii decodorului prin trecerea ieirilor n starea inactiv.

Un exemplu de decodor binar este SN74138 (decodor binar 1 din 8, n tehnologie TTL); n seria CMOS standard nu exist un decodor binar.

Decodorul BCD-zecimal

Acest decodor are 4 intrri i 10 ieiri, corespunztoare numerelor zecimale 0...9; codurile 10...15 sunt invalide i nu produc activarea niciunui semnal de ieire. Decodorul BCD-zecimal este folosit mult la comanda afiajelor cu tuburi indicatoare (unde fiecare cifr are comand separat) sau la comanda unor afiaje de tip bargraf. Exemple de decodoare BCD-zecimal: SN7442 (decodor 1 din 10, de uz general, n tehnologie TTL), SN74141 (decodor 1 din 10 pentru atacul tuburilor indicatoare, n tehnologie TTL), 4028 (decodor 1 din 10, de uz general, n tehnologie CMOS).Decodoare de comand a afiajului

Pentru extragerea datelor binar-zecimal din numrtoarele binare i afiarea lor n form zecimal, se utilizeaz un decodor de comand. n funcie de forma caracterelor afiate, rezult trei tipuri principale de decodoare, i anume:

decodoare pentru comanda iluminrii directe a caracterelor zecimale, prin codul 1 din 10:

decodoare pentru comanda iluminrii unor segmente, din combinarea crora rezult caractere zecimale;

decodoare pentru comanda iluminrii unor puncte, n czul reprezentrii prin matrice alfanumerice.

Tipul decodoarelor este determinat i de valorile tensiunilor i curenilor pentru comanda diferitelor sisteme de afiaj. Astfel:

pentru comanda sistemelor de afiaj cu LED-uri condiia principal impus decodorului este asigurarea curentului de ieire pentru polarizarea segmentelor, valorile uzuale fiind de 2-20 mA. n cazul circuitelor TTL, aceasta nu constituie o problem. Deoarece valorile tensiunii directe pe un segment electrolumniscent este de 1,6-3,4 V, se impune conectarea unei rezistene serie la decodoarele cu circuit de ieire colector deschis, pentru compatibilitatea cu tensiunea de alimentare de 5V a circuitelor TTL. Decodoarele CMOS pot comanda sisteme de afiare cu LED-uri: direct, n cazul celor cu un curent de lucru de 5 mA sau prin intermediul unor amplificatoare de curent, n cazul unui curent mai ridicat. n prezent, se realizeaz circuite integrate monolitice care includ att sistemul de afiare LED, ct i celelalte blocuri: circuite de numrare, memoria, decodorul etc.

pentru comanda sistemelor de afiaj cu cristale lichide se folosesc decodoarele cu circuite CMOS, care asigur minimizarea consumului de putere. Comanda cristalelor lichide impune un artificiu de schem n vederea activrii segmentelor cu o tensiune alternativ (de la o surs auxiliar) i a producerii unei tensiuni nule pe segmentele ce formeaz caracterul. Sistemul de afiare cu cristale lichide nu se preteaz la comanda prin multiplexare, din cauza faptului c nu exist un prag bine definit de blocare i c la aceste sisteme timpul de rspuns are o valoare relativ mare.

Sisteme de afiare

Afiarea numeric a rezultatelor msurrii are ca avantaje: posibilitatea citirii de la distan i nlturarea erorilor subiective de citire. Un sistem de afiare numeric ideal ar fi acela care ar rspunde simultan urmtoarelor cerine:

durat de via nelimitat, ceea ce ar nsemna cca. 100 000 ore de funcionare (aproximativ 10 ani);

consum de putere ct mai redus, pentru a asigura necesitatea de alimentare autonom a aparatelor de msurat;

tensiuni de alimentare i de lucru compatibile circuitelor integrate i logicii numerice standard;

funcionarea n condiii grele de solicitri de natur mecanic (vibraii, ocuri etc.);

funcionarea n limite ct mai largi de temperatur (de la -55C la 125C) i n medii cu radiaii intense;

un raport pre de cost/performane rezonabil.

Dintre cele cteva sisteme care au ncercat ct ami mult s se apropie de acest model ideal, cele care s-au impus n prezent, fiind acum aproape n mod egal utilizate, sunt afiajele cu LED i cu cristale lichide.

Sistemul de afiare cu diode electroluminiscente Diodele electroluminiscente (LED) sunt dispozitive semiconductoare cu jonciune p-n, care emit radiaii n spectrul vizibil atunci cnd sunt polarizate direct.

Caracterele, prin care se face afiajul, sunt aezate ntr-un singur plan, realizrile practice fiind fie cu 7 segmente (pentru afiarea cifrelor 0...9 i a literelor A, b, c, d, E, F, H, I, J, L, P, S, U), fie cu o matrice de puncte (circulare sau ptratice) de 5x7 sau 4x7 elemente pentru orice afiare alfanumeric.

Conectarea diodelor n cazul afirii cu 7 segmente se face cu anodul sau catodul comun, iar comanda de la decodor se aplic la catozi, respectiv la anozi. n cazul matricelor se realizeaz conectarea pe coordonate (coloane i rnduri) unde sunt legai mpreun anozii de pe o coloan i catozii diodelor de pe un rnd. La aceast dispunere se reduce numrul conductorilor din elementul de afiare, cu reversul ei complicarea decodorului de comand, ceea ce, pe ansamblu, este avantajos.

Performanele tipice ale sistemului de afiare cu elemente LED sunt urmtoarele:

compatibilitatea cu circuitele integrate TTL i CMOS; funcionare stabil n domeniul de temperatur 0-70C i, pentru anumite tipuri, n limitele -55-100C;

durata de via mai mare dect 100 000 ore;

nlimea caracterelor 2,5 la 15 mm, pentru care se ajunge la un consum mediu de 60 la 280 mW/caracter (cu toate segmentele polarizate);

culoarea luminii emise: roie (pentru citirile mai rar efectuate de acelai operator, pentru indicarea valorilor de atenie sau pentru citirea de la o distan mai mare), verde (cea mai convenabil pentru ochi, deci necesar n citirile repetate i ndelung privite) sau galben (pentru citirile n spaiile mai ntunecoase). Cromatica radiaiilor emise de un LED n spectrul vizibil depinde, prin lungimea sa de und, de raportul dintre numrul impuritilor donoare (de exemplu, arsen) i numrul celor acceptoare (de exemplu, galiu) din jonciunea p-n. Sistemul de afiare cu cristale lichideCristalele lichide asigur posibilitatea afiajului pe ecrane cu date multiple, cu consum mic de putere (zeci de W) potrivit pentru aparatele electronice de msurat portabile.

Sistemele de afiare cu cristale lichide pot fi realizate n dou moduri de funcionare: prin transmisie sau prin reflecie (cel mai rspndit), n ambele cazuri cristalul lichid fiind nchis ermetic ntre doi electrzi (supori), cu o structur de forma celei din figur (o schi a unei celule de afiaj de baz).

n cazul funcionrii prin transmisie, ambii electrozi sunt transpareni i lumina unei surse auxiliare ptrunde dinspre electrodul posterior, perpendicular pe direcia de observare. La funcionarea prin reflecie (cazul din figur), electrodul postrior este opac i reflect lumina care vine dinspre observator. Aici, vizualizarea se face prin utilizarea efectului difuzrii dinamice a luminii, cu celule de baz precum cea din figur, care este format din dou plci-suport transparente, ntre care se gsete cristalul lichid i de care pe feele interioare sunt fixai electrozii conductori (din oxizi de staniu). Aceti electrozi conductori sunt n contact direct cu cristalul lichid. n absena diferenei de potenial ntre electrozi, un fascicul de lumin care ptrunde n celul prin electrodul transparent frontal va fi difuzat napoi (spre observator) ntr-un con fascicular cu un unghi mic (5-15). Dac se aplic o diferen de potenial (continu sau de joas frecven) de civa voli, atunci peste un anumit prag (5-7 V) lumina va fi difuzat puternic n fa ntr-un con fascicular de 60-80 (unghi la vrf). Astfel: dac ntre electrozii celulei tensiunea este U=0, difuzia nu apare i celula va fi neagr; pentr U> (5-7 V) difuzia luminii va fi puternic i celula va apare alb.

Parametrii tipici afiajului cu cristale lichide sunt:

consum foarte mic de putere (350 W pentru o celul cu 7 segmente/electrozi toate activate, la o nlime a caracterului de cca. 20 mm); compatibilitatea cu circuitele CMOS; funcionare n c.a. de joas frecven (alimentarea n c.c. avnd neajunsul scurtrii duratei de via); domeniu de temperatur restrns (0-60C); durat de via redus (cca. 10 000 ore); timp de rspuns relativ mare (cca. 10 ms); preul de cost, mai ales la produciile de mare serie (peste 100 000 de buci), este foarte mic; citirea de la distan este mai dificil.]Caracteristicile voltmetruluiCaracteristici de intrare

Tipul intrrii depinde mult de clasa de precizie a aparatului: voltmetrele numerice standard (clasa 0,1) folosesc mai ales circuitul de intrare cu trei borne, iar cele de nalt precizie (clasa 0,01 0,001) utilizeaz intrarea cu circuit de gard; aceste tipuri de intrri asigur o impedan de intrare fix de 10 100 M si o rejecie de mod comun (RMC) de cca. 80 140 dB. Tensiunea maxim admis pe intrare reprezint valoarea maxim a tensiunii ce poate fi aplicat ntre bornele de intrare (de obicei notate H i L), sau ntre una din acestea i mas, n condiii normale de funcionare (aparatul conectat la obiectul de msurat). Injecia de parazii n obiectul de masur. Orice aparat numeric este i un generator de tensiuni parazite ce sunt produse de ctre circuitele n comutaie (prin efect di/dt); aici un loc principal l ocup baza de timp (generatorul de tact i blocul de secveniere). Aceste tensiuni parazite pot deveni supratoare atunci cnd operatorul face msurri n scheme cu dispozitive sensibile (de exemplu, tranzistoarele cu efect de cmp i circuitele integrate CMOS). De aceea, n literatura de catalog (adesea) se specific i nivelul paraziilor la bornele de intrare. Gamele de msur. Datorit specificului afirii, gamele de lucru ale unui voltmetru numeric (tensiuni la capt de scar) sunt n succesiune decadic (0,2; 2; 20; 200; ...) i nu din 10 n 10 dB (1; 3; 10; ) ca n cazul celor analogice. Exist multimetre numerice cu schimbare manual sau cu schimbare automat a gamelor. Schimbarea automat a gamelor (autoranging) este un procedeu modern care permite trecerea automat a voltmetrului numeric de la o gam inferioar la una superioar i invers, de ndat ce Ux depaete o anumit limit prestabilit. Selectorul automat de game permite ca aparatul s se plaseze singur n situatia optim n privina preciziei (cifra cea mai semnificativ a rezultatului msurrii s fie plasat mereu n ultima decad), ceea ce permite n plus i o cretere a vitezei de lucru, precum i un confort sporit pentru operator.Caracteristici de transfer

Rezoluia i sensibilitatea

Rezoluia reprezint cea mai mic variaie a lui Ux ce poate fi citit pe gama respectiv; de exemplu, la un voltmetru numeric cu afiaj de 3 cifre, pe gama de 0,2 V rezoluia este de 100 V, iar pe cea de 2V este 1 mV. Prin urmare, rezoluia corespunde intervalului dintre dou valori consecutive ale cifrei ultimului rang - cifra cea mai puin semnificativ indiferent de gam. De aceea, n literatua de catalog, rezoluia se exprim adesea n % din gam; de exemplu, n cazul citat, rezoluia este 0,1 % din gam.

n literatura de catalog, prin sensibilitate se nelege valoarea cea mai mic a lui Ux care poate fi msurat pe gama cea mai sensibil; de exemplu, la voltmetrul numeric citat mai nainte, sensibilitatea este de 100 V, valoare ce coincide i cu rezoluia pe gama respectiv.

Precizia

Datorit faptului c voltmetrele numerice sunt aparate de nalt precizie, precum i faptului c au unele blocuri nentlnite la voltmetrele analogice (convertor A/N, numrtor, etc.), considerm util a analiza mai pe larg acest parametru de calitate

Modul de exprimare. Ca parametru de catalog, precizia voltmetrelor numerice se certific prin eroare tolerat; aceasta reprezint eroarea maximal admis n conditii de referin i se exprim n una din formele:

1= a%ct + b%cs

2= a%ct + b[UUR]

adic a% din valorea citit (ct) + b% din gam (cs), respectiv, a%ct + b uniti ale ultimului rang (UUR). Prima relaie se utilizeaz n cazul voltmetrelor numerice mai vechi (19751980); de exemplu, voltmetrul romnesc E 0302 are 1 = 0,1%ct + 0,1%cs. Relaia a doua se utilizeaz pentru caracterizarea voltmetrelor numerice de dat mai recent (19851995); de exemplu voltmetrul 8506A (FLUKE 1990) cu afiaj 6 cifre (1.9999999) are eroarea tolerat de 1 = 0.0015%ct + 8[UUR] pe gama de 2 V. Eroarea a%ct provine, n principal, de la blocurile analogice (DT,A), iar b%cs (respectiv b[UUR]) este datorat blocurilor numerice (convertor A/N, numrtor), motiv pentru care a i b se mai numesc eroare analogic i eroare numeric. De observat c, n literartura recent de catalog, n locul denumirii de eroare, se utilizeaz termenul precizie (uneori precizie de baz).

Normarea erorii tolerate. Ca i n cazul aparatelor de masur analogice, eroarea tolerat (admisibil) se normeaz n raport cu eroarea de baz (b) i cu eroarea suplimentar (s), n corelaia:

s b 1 = a%ct + b%cs

Eroarea de baz este eroarea intrinsec a voltmetrelor numerice n condiii de referin (temperatur de 23C +- 1C, etc.) i provine din urmtoarele cauze:

eroarea datorat rezoluiei (numit i eroare de cuantizare);

deriva referinei interioare de tensiune (Zener sau Weston);

deriva n timp i cu temperatur a componentelor;

neliniaritile din blocurile analogice i numerice;

ambiguitatea de +-1 cifr la numrare (comparare numeric);

zgomotele (interne sau externe);

eroarea de indicare a valorii zero (voltmetrul nu indic zero cnd bornele de intrare sunt n scurtcircuit);

variaia tensiunii de alimentare (ce poate provoca i alunecarea fecvenei de tact).

Condiiile de referin sunt prescrise prin standarde i sunt alese astfel ncat variaiile factorilor de influen (temperatura, umiditatea, cmpurile electrice i magnetice perturbatoare, forma curbei Ux , tensiunea de alimentare, perturbaiile de mod comun i mod serie) s aib un efect neglijabil asupra aparatului.

Valoarea erorii tolerate (1) se stabilete astfel: se determin experimental componentele a%ct i b%cs ale erorii de baz (b); dup aceea, valorile acestor componente se rotunjesc superior, astfel ca valorile obinute s fie exprimabile printr-o singura cifr semnificativ; de exemplu, 0,042%ct se rotunjete la 0,05%ct. Valorile rotunjite n acest mod reprezint tocmai cele dou componente ale lui 1.

Eroarea suplimentar (s) sau variaia, provine din variaia unui singur factor de influen, ceilali fiind meninui la nivelele de referin, motiv pentru care s se mai numete i eroare de influen. Factorul de influen cel mai proeminent este variaia temperaturii (influena celorlali factori mai poate fi atenuat prin diverse precauii tehnologice: ecranare, gardare, filtrare, etc., ns influena temperaturii nu poate fi controlat dect n incinte termostatate, deci cu un cost mai ridicat). De aceea la voltmetrele numerice de nalt precizie eroarea de temperatur este un parametru de catalog. Eroarea suplimentar cauzat de variaia temperaturii mediului ambiant se evaluaeaz prin intermediul coeficientului de temperatur (CT); acesta se exprim prin dou componente, ca i precizia (1):

CT = (a%ct + b%cs)/C

CT = (a%ct + b[UUR])/C

Stabilitatea

Stabilitatea reprezinta aptitudinea unui voltmetru numeric de a da o indicaie reproductibil, ntr-o anumit perioad de timp, n care mrimea de msurat (Ux) rmne constant. La voltmetrele numerice de inalt precizie, stabilitatea constituie un parametru de catalog, care se normeaz n dou circumstane: pe termen scurt (24 ore) i pe termen lung (90 zile).

Stabilitatea pe termen scurt corespunde abaterii maxime ce poate aprea n indicaia voltmetrului numeric n condiii de referin (temperaura 23 C +- 1 C, etc.) timp de 24 de ore, interval de timp n care nu sunt admise nici un fel de reglaje.

Stabilitatea pe termen lung stipuleaz abaterea maxim a indicaiei voltmetrului numeric, ce poate aprea ntr-un interval mai mare de timp (tipic 90 zile), n condiii normale de lucru, fr ca aparatul s fie reetalonat. n acest interval de timp sunt permise i reglaje (de zero, de capt, de scar, etc.), efectuate numai pe baza referinelor interne ale aparatului, fr utilizarea unor aparate de msur exterioare.

Viteza de lucruViteza de lucru a aparatelor de msur numerice se exprim, de regul, prin numrul de msurri pe secund. Acest numr se determin pe baza duratei totale a unei msurri, ce nsumeaz timpul de rspuns i timpul de msur.

Timpul de rspuns. n mod normal, timpul de rspuns sau timpul de stabilire a intrrii, este mic n raport cu timpul de msur. ns cnd voltmetrul este prevzut a lucra cu filtru pe intrare (pentru atenuarea zgomotelor) timpul de rspuns crete mult i poate chiar depai timpul de msur; n acest caz trebuie ateptate cteva cicluri complete de msur pentru ca tensiunea de la intrarea convertorului A/N s ating nivelul tensiunii de msurat (Ux). Aceeai precauie este necesar i la schimbarea gamelor, sau la variaii brute ale lui Ux . De observat c acest timp de ateptare este cu att mai lung cu ct voltmetrul este mai precis.

Caracteristici de ieire

Tipul afiriiAparatele de msur numerice de tablou utilizeaz afiarea decadic simpl (de exemplu 999), iar cele de laborator afiarea decadic cu depire (de exemplu 1.999). La aceasta din urm mai poate fi asociat o afiare analogic, ansamblul respectiv purtnd numele de afiaj combinat. Principalele tehnici de afiare sunt Nixie, LED-uri i cristale lichide.

Afiajul cu depaire este afiajul cel mai utilizat la multimetre i este format din 37 decade normale (afiarea cifrelor 0,1,9) i un element de depire care poate afia numai polaritatea i cifra 1. La voltmetrele de buzunar (precizie mic), se utilizeaz afiajele 1999 i 19999, denumite prescurtat afiaje cu 3 cifre i respectiv 4 cifre, iar la voltmetrele numerice de laborator (nalt precizie) se utilizeaz afiaje cu 5 7 cifre.

Avantajul esenial al afirii cu depire const n extinderea cu 100% a scrii, ceea ce permite ameliorarea rezoluiei (i a preciziei de msurare) la trecerea de pe o gam pe alta.

Borne de ieire cu semnal util

Ca i n cazul voltmetrelor analogice, ieirile de semnal permit extinderea gradului de utilizare a voltmetrelor numerice, precum i o mai uoar integrare n diverse sisteme de msur. Tehnologic, bornele de ieire cu semnal util sunt plasate, de regul, pe panoul din spatele aparatului, iar semnalul disponibil la aceste borne poate fi analogic sau numeric; exist i voltmetre numerice care dispun de ambele tipuri de semnale.

Borne de ieire cu semnal analogic. La aceste borne sunt dsponibile, fie o tensiune (tipic 1 V), fie un curent (tipic 1 mA), proporionale cu Ux, semnale ce pot servi la comanda unui nregistrator sau a altui aparat de msur. Semnalul pentru ieirea analogic este prelevat de la ieirea amplificatorului de intrare. Exist i voltmetre numerice (din multimetre) la care ieirea de semnal analogic este izolat (galvanic) de restul voltmetrului, izolare ce se obine prin prelevarea semnalului de la ieirea convertorului A/N, separare galvanic (de regul, optic), si reconvertirea acestuia cu ajutorul unui convertor N/A; o soluie tot mai ntlnit este utilizarea amplificatoarelor de izolare, ce preiau direct semnalul analogic de la intrarea convertorului A/N. O astfel de izolare permite atenuarea influenei tensiunilor de mod comun, tensiuni care pot aprea ntre intrarea Ux i echipamentul de la ieirea analogic.

Borne de ieire cu semnal numeric. Semnalul numeric furnizat la ieire poate fi utilizat pentru comanda unei imprimante (tiprirea valorilor lui Ux) sau la integrarea aparatului ntr-un sistem de msur automat. Acest tip de ieire se ntalnete la aparatele cu microprocesor i se aliniaz de obicei la un standard de comunicaie pentru instrumentaie (de exemplu, RS-232, pentru transmisia serial, sau IEEE-488 pentru transmisia paralel).Studiul principalelor blocuri de execuie

Afiajul

Dei utilizate pe scara larg in aparatura de laborator, afiajele cu LED-uri tind s fie nlocuite de cele cu cristale lichide, deoarece acestea din urma prezint unele avantaje importante , mai ales n construcia aparatelor de msur portabile:

consum mult mai sczut (zeci de W, fa de zeci de mW);

tehnologie mai simpl i mai ieftin;

unghi mare de vizibilitate n toate direciile.

Acestea le-au impus, n ultimul timp, att n aparatele de buzunar (multimetre, calculatoare), ct i n construcia altor aparate de msur portabile (cleti ampermetrici, termometre, cronometre).

La baza acestei familii de afiaje stau o serie de substane organice (de exemplu clorhidratul de colesterol) cu proprietti speciale, numite cristale lichide.

Cristalele lichide reprezint o stare intermediar ntre starea lichid i cea solid a materiei. Au mobilitate ridicat, asemntoare lichidelor, precum i un anumit grad de ordonare a moleculelor, datorit cruia se manifest proprietile optice (anizotropie) specifice moleculelor cristaline. Ca textur, cristalele lichide pot fi: nematice, smetice i colesterice. Toate aceste trei tipuri de cristale sunt alctuite din molecule alungite, paralele ntre ele, deosebirea constnd n gruparea i mobilitatea relativ a moleculelor.

Forme constructive de baz. Spre deosebire de afiajele cu LED-uri, care sunt alctuite din module individuale, la cele cu cristale lichide ntregul afiaj se face pe o singur plachet, ceea ce simplific tehnologia, reduce gabaritul i micoreaz costul. Structura de baz a unei plachete afioare cu cristale lichide este similar cu cea a unui condensator plan-paralel cu armturi transparente, avnd ca dielectric cristalul respectiv.

Principiul de funcionare. n stare normal, neexcitat, moleculele cristalului nematic sunt paralele ntre ele, iar cristalul este transparent. Aceast stare ordonat poate fi modificat cu ajutorul unui cmp sau curent electric, situaie n care cristalul devine opac. Apare astfel posibilitatea de a comanda electric trecerea sau oprirea luminii, posibilitate ce st la baza afisajelor cu cristale lichide.

Dup felul semnalului de comand utilizat (curent, tensiune), exist dou tipuri de afiaje cu cristale lichide, cu structur similar:

afiaje ce funcioneaz pe principiul difuziei dinamice;

afiaje cu efect de cmp.

Afiaje cu cristale lichide cu difuzie dinamic. Utilizeaz un cristal nematic de puritate redus, iar modificarea transparenei se produce prin turbulena moleculelor provocat de curentul ce strbate perpendicular cristalul, curent ce este vehiculat prin ionii (impuriti) prezeni n structura cristalului respectiv. Acest tip de afiaj are vitez de rspuns acceptabil (2050 ms), ns necesit tensiune de lucru (c.c. sau c.a. de 50 Hz) relativ mare (1015 V) i de aceea nu se mai utilizeaz n domeniul aparatelor numerice portabile.

Afiaje utiliznd cristale lichide cu efect de cmp. Acesta folosete un cristal de nalt puritate (fr ioni), cu rezistivitate mare, iar efectul de modificare a transparenei se obine prin rotirea, ordonat, a moleculelor sub influena unui cmp aplicat, de unde i denumirea de cristale lichide cu efect de cmp. Acest tip de afiaj prezint avantajul c poate funciona la tensiuni mai sczute: 25 V (c.c. sau impulsuri), ns are i vitez de lucru mai sczut (0,10,2 s). Cu toate acestea, n prezent, este singurul tip de afiaj cu cristale lichide adoptat de ctre constructorii de aparate de msur cu afiare numeric.

Dup sursa de lumin folosit, ambele tipuri de afiaje pot fi cu surs proprie de lumin (utilizeaz o lamp tip baghet miniatural, plasat n spatele plachetei) sau cu lumin ambiant (folosesc numai lumina ambiant, iar cifrele apar ntunecate, pe fondul alb-cenuiu, fiind mult mai economice).

Activarea LCD se face cu tensiune dreptunghiular (cca. 50 Hz) furnizat din interiorul circuitului 7107 prin pinul 21 (firma INTERSIL atrage atenia ca aplicarea unei tensiuni continue peste 50 mV, pe o durat de cteva minute , poate distruge cristalul lichid al afiajului, drept care se recurge la alimentarea n impulsuri).

5. Breviar de calcul Calculul rezistentelor pentru ampermetru prin divizorul de current

Divizorul de curent este realizat pentru o tensiune specific de 0,35 V astfel:

scara de 0,3 A R1=0,35/0,3=1,16

scara de 3 A R2=0,35/3=0,16

scara de 10 A R3=0,35/10=0,035 6. Calculul economic R1=680Kohms ceramica 0,4 RONR2=1Mohms ceramica 0,6 RONR3=6.8Kohms ceramica 0,25 RON

R4=1Mohms ceramica

0,6 RONR5= 680Kohms ceramica

0,4 RON

R6=6,8Kohms ceramic

0,25 RONR7=680Kohms ceramic

0,4 RONRV1=50Kohms trimmer 10 ture 1,8 RON

RV2=5Kohms trimmer 10 ture 1,8 RONC1=10nF poliester 0,3 RONC2=47uF 16V electrolitic 0,55 RONC3=100nF poliester 0,35 RON

C4=220nF 1% poilester 0,35 RONC5=10nF poliester 0,3 RONC6=47uF 16V electrolitic 0,55 RONC7=100nF poliester 0,35 RON

C8=220nF 1% poilester 0,35 RON

C9=47uF 16V electrolitic 0,55 RON

C10=220nF 1% poilester 0,35 RONC11=100nF poliester 0,35 RON

C12=47uF 16V electrolitic 0,55 RONIC1=CA3161E Intersil-Harris 3,5 RON

IC2=CA3162E Intersil-Harris 5 RONIC3=CA3161E Intersil-Harris

3,5 RON

IC4=CA3162E Intersil-Harris

5 RONQ1,2,3=BC557 ceramica 1,2 RON Q4,5,6=BC557 ceramica

1,2 RONLD1,2,3 = MAN 6960 10 RON LD4,5,6= MAN 6960

10 RON 1N4001 (4 diode) 0.5 RON x 4 2 RON

1C5=LM7805

1,5 RON

Total

54.65 RON

7. Schema electrica a aparatului Sursa de alimentare

Schema electrica multimetru

8. Nomenclatura de componente R1=680Kohms ceramic

R2,4=1Mohms ceramica

R3=6.8Kohms ceramica

RV1=50Kohms trimmer 10 ture

RV2=5Kohms trimmer 10 ture

C1=10nF poliester

C2=47uF 16V electrolitic

C3=100nF poliester

C4=220nF 1% poilester

IC1=CA3162E Intersil-Harris

IC2=CA3161E Intersil-Harris

Q1,2,3=BC557 ceramicaLD1,2,3 = MAN 6960 anod comun

LM7805= regulator de tensiune 5V

1N4001= dioda redresoare9. Realizarea cablajului Realizarea cablajelor imprimate reprezint de cele mai multe ori una din provocrile dificile pentru electronistul amator. Metodele existente n prezent sunt laborioase, complicate, periculoase i nu ofer rezultatele dorite. Fie c este vorba despre corodarea cu clorur feric, fie de lampa cu ultraviolete, fie de folia Press-n-Peel, nici una din ele nu ofer garania executrii unui cablaj de calitate i o repetabilitate corespunztoare a rezultatelor. De multe ori, realizarea unor montaje cu aspect profesional este limitat tehnic de capacitile de producie a plcii imprimate.

n prezent, soluiile disponibile electronitilor pentru realizarea rapid a unui cablaj constau n:

marcarea traseelor prin diverse metode (marker de cablaje, folie Press-n-Peel) i corodarea cu clorur feric

folosirea unei lmpi UV (metoda fotografic)

trimiterea circuitului la o firm specializat n producia de cablaje prin metode chimice

Principalele avantaje ale cablajelor imprimate sunt:- realizeaza o mare densitate de montare a componentelor, permitnd reducereavolumului si greutatii (deci miniaturizarea) aparatelor electronice;- asigura pozitionarea precisa si fixa a componentelor si a interconexiunilor acestora n circuite permitnd cresterea fiabilitatii n functionare si reducerea/compensarea cuplajelor parasite dintre component si/sau circuite;- asigura o rezistenta superioara a echipamentelor electronice (din care fac parte) la solicitari mecanice, termice si climatice, mbunatatind totodata considerabil mentenabilitatea acestora;- simplifica si reduc durata operatiilor de montaj, facilitnd automatizarea acestora, reducnd posibilitatile de montare eronata si asigurnd un nalt grad de reproductibilitate;- fac posibila unificarea si standardizarea constructiva a subansamblelor (blocurilor, modulelor) functionale din structura aparatelor/echipamentelor electronice, permitnd interconectarea simpla, rapida, precisa si fiabila a acestora. Exista totusi si unele dezavantaje, minore, ale cablajelor imprimate:- orice modificari ulterioare ale circuitelor (si uneori, chiar ale componentelor) sunt relativ dificil de efectuat;- majoritatea tipurilor de cablaje imprimate sunt sensibile la soc termic- ceea ce impuneunele precautii la lipirea terminalelor componentelor.

Structura si clasificarea cablajelor imprimate

Un cablaj imprimat este un sistem de conductoare plate (imprimate) amplasate n unul, doua sau mai multe plane paralele si fixate (cu adeziv) pe suprafata unui suport electroizolant (dielectric) care asigura si sustinerea mecanica a componentelor.a). Suportul electroizolant al circuitelor imprimate este realizat din materiale avnd proprietati fizico chimice, electrice, mecanice si termice adecvate.Exista mai multe categorii de asemenea materiale, dar cele mai frecvent utilizate n prezent pentru cablaje rigide sunt : Pertinaxul (temperatura maxima de lucru 105C) pe baza de textura din hrtie impregnata cu rasini fenolice ce constituie materialul standard pentru solicitari normale n cele mai diverse aplicatii.Steclotextolitul (temperatura maxima de lucru 150C) pe baza de textura din fibre de sticla impregnata cu rasini expodice larg utilizat n aparatura electronica profesionala ntruct permite obtinerea unor performante superioare.

Principalele materiale electroizolante utilizate ca suport al circuitelor imprimate

n ultimul timp, pentru realizarea cablajelor profesionale sunt utilizate si suporturi ceramice avnd proprietati termice excelente dar si rezistenta mecanica redusa.Circuitele imprimate flexibile utilizeaza drept suport materiale termoplasate ca: ACLAR (max. 200C), TEFLON (max. 274C), KAPTON (max. 400C).

b) Traseele conductoare se realizeaza din materiale avnd proprietati adecvate: rezistivitate electrica redusa, buna sudabilitate, rezistenta mare la coroziune. n general cel mai frecvent utilizat material este cuprul electrolitic de nalta puritate, formnd o folie de grosimi normalizate uzuale: 35 mm sau 70 mm aplicata pe suprafata suportului electrolitic izolant (mpreuna cu care formeaza semifabricantul placat din care, prin operatii tehnologice specifice se obtin cablajele imprimate avnd diferite structuri, configuratii, dimensiuni etc.).n unele aplicatii profesionale se pot utiliza si aurul, argintul sau nichelul. n scopul facilitarii lipirii terminalelor componentelor ca si pentru asigurarea unor contacte electrice fiabile folia de cupru se acopera uneori cu o pelicula de cositor, de aur sau de argint.

c) Adezivi utilizati pentru fixarea foliei de cupru pe suportul electroizolant de tip Pertinax de regula, rasini speciale - trebuie sa reziste la temperatura de lipire si sa fie suficient de elastici (pentru a prelua - la lipire diferentele de dilatare dintre suport si folie).

Materialele electroizolante de tip Steclotextolit nu necesita adezivi.Semifabricatele placate cu cupru se produc la diferite dimensiuni - mai frecvente fiind: 900 X 900 mm sau 900 X 1800 mm. Din acestea se debiteaza placile cu viitoarele cablaje imprimate ale caror dimensiuni nu trebuie sa depaseasca 240 X 360mm pentru cablaje simplu/dublu strat si 200 X 240 mm pentru cablajele multistrat, astfel nct procesul tehnologic de realizare a acestora sa nu devina prea dificil.

Circuit imprimat

Stratul de sub plac

Stratul de deasupra plcii

10. BibliografieSilviu Ciorchin: Msurari electrice i electronice, Litografia U.P.B.

Ilie Mlaia: Msurarea componentelor electronice, Editura Tehnic

Bucureti.

Mihai Antoniu, tefan Poli, Eduard Antoniu Msurri Electronice, ediia a doua, editura SATYA

Iai, 2000Angel Ciprian Cormo, Radu erban Timnea, Dorin Laureniu Bureea Circuite Integrate Digitale, editura Printech Bucureti, 2006

Internet:

http://www.alldatasheet.com/ http://www.datasheetarchive.com/UAB

A

B

A

rA

RC

Im

Numrtor (N)

Registru de memorare

Decodor

(D)

Afiaj numeric (AN)

CAN

BT

Afiaj

P

P

CAN

BT

BC

GE

_1336801956.unknown

_1336801958.unknown

_1336801955.unknown