Woltomierz cyfrowy quasi-retro.

[zjawisko]

Z cyklu "1000000 pomysłów na dzień z tego 999999,9 niezrealizowanych, czyli rozważania prawie czysto teoretyczne".

W temacie o zegarze cyfrowym na tranzystorach staszeks wspomniał o książce Массовая радиобиблиотека. Вып. 814. Малогабаритные любительские электроизмерительные приборы, w której opisano "Цифровой вольтметр ЦВТ-0,5" - czyli ni mniej, ni więcej jak cyfrowy woltomierz wykonany na wiaderku tranzystorów. Przez cały opis tego dziwoląga nigdy nie udało mi się przejść, ale ogólnie chyba załapałem sens działania.

Ostatnio przypomniał mi się ten opis i w mym szalonym umyśle wykiełkował pomysł, by poeksperymentować z raczej niestosowanymi już dziś metodami pomiaru napięcia, tyle że z pomocą układów TTL/CMOS i wzmacniaczy operacyjnych... Elementy raczej średnio retro, ale sposób pomiaru tak.

Pomiar wyzwalany przyciskiem, który uruchamia:
Generator 1kHz (2x BC108) sterujący kaskadą liczników do 999, nixie jako wyświetlacz (3x 4017, 30x BC546)
3 generatory przebiegu schodkowego 0-9V (2x 4518 i 3x741 jako wtórniki) taktowane przebiegami 1kHz (setne), 100Hz (dziesiętne) i 10Hz (jedności) z kaskady liczników
sumator umożliwiający uzyskanie przebiegu 0-9,99V z krokiem 10mV (1x 741)
komparator zatrzymujący generator sterujący w momencie, gdy przebieg schodkowy osiąga wartość napięcia mierzonego
W momencie zatrzymania na wyświetlaczach pozostaje zmierzona wartość aż do kolejnego naciśnięcia przycisku wyzwalającego. I możliwości rozbudowy ograniczone jedynie fantazją, np dołożenie jeszcze jednego miejsca po przecinku. Czym jak czym, ale woltomierzem o takiej rozdzielczości bym nie wzgardził. Tylko obawiam się przekłamań związanych z operacjami na pojedynczych mV...

Generatory przebiegu schodkowego z kontaktronami i 1% rezystorami zasilanymi ze źródła prądowego mogłyby być całkiem zabawne. Problemem jest znalezienie 12 identycznych przekaźników kontaktronowych... Ewentualnie jest 4066, ale tu pojawiają się dodatkowe rezystancje wprowadzające chaos.

Główne pytanie brzmi: jak dokładnie realizowano układy takich mierników w latach 60 i na początku lat 70? Czy koledzy posiadają dokumentacje do takowych? Mam na myśli urządzenia takie jak te z fotografii OTLampa.

Moduły LCD i wszelakie ustroje wskazówkowe są dobre, ale... własnoręcznie wykonana terkocząca machina mieląca cyframi wyświetlacza na lampach nixie w zasilaczu warsztatowym, to brzmi ponętnie!

BTW, jak zgrabnie można wykonać wyżej wspomniany generator przebiegu schodkowego? Bo im bardziej kombinuję tym większe mam wrażenie, że gdzieś widziałem znacznie prostsze rozwiązanie.

[qdlaczian]

Zdaje się jakoś tak: http://docs6.chomikuj.pl/699470542,PL,0 ... waniu.docx

[zjawisko]

Ale to już jest chyba znacznie nowsza metoda pomiaru...
Tu już są kwarce i inne wynalazki, a ja mam na myśli bardziej prymitywne mierniki.

[staszeks]

Nie przebieg schodkowy.
Testowanie przebiegiem schodkowym jest może prostsze ale wolne
i komparator przez dłuższy czas ma na wyjściu dużą różnicę.
Rysunek powinien wyjaśnić o co mi chodzi.
Wybaczcie, że odręczny.

[zjawisko]

Szczerze mówiąc nie potrafię odgadnąć o co chodzi z tym przebiegiem.

Czyli jak skutecznie, a jednocześnie w niezbyt skomplikowany sposób przetworzyć napięcie na ciąg impulsów? Bo zliczenie i wyświetlenie ich ilości jest najmniejszym problemem.

[_idu]

Szczerze mówiąc nie potrafię odgadnąć o co chodzi z tym przebiegiem.

Czyli jak skutecznie, a jednocześnie w niezbyt skomplikowany sposób przetworzyć napięcie na ciąg impulsów? Bo zliczenie i wyświetlenie ich ilości jest najmniejszym problemem.

Najprostsze to całkowanie. Zazwyczaj robione dwuetapowo czyli podwójne całkowanie.
Najpierw mierzonym napięciem ładujesz kondesator, potem go rozładowujesz znanym Tobie prądem. Czas rozładowania będzie liniową funkcją średniej wartości napięcia podczas etapu ładowania. A czas to można łatwo odmierzyć zliczając impulsy o stałej częstotliwości.
Istnieje poprawiony wariant tej metody zwany poczwórnym całkowaniem. To prosta ale dokładna metod pomiaru. MA jedną zaletę - jak okres ładowania pomiaru będzie pełną wielokrotnością okresu częstotliwości sieci energetycznej to pomiar staje się całkowicie nieczuły nawet na duży przydźwięk sieciowy.
Przeważająca większość współczesnych multimetrów używa tej metody.

[staszeks]

Wszystko co pisze STUDI to święta prawda.
Na dodatek nie wspomniał, że tą samą metodą mierzymy n.p. pojemność
kondensatorów co oznacza, ze ten sam miernik
po drobnych modyfikacjach (wykonanych n.p. przełącznikiem) może służyć jako miernik pojemności.
Autor wątku pyta jednak o nie stosowane już metody pomiaru i to w odniesieniu
do konkretnej pozycji literatury technicznej.
Na początek jednak pytanie do autora wątku:
Czy zapoznał się z rys 44 na str.97 i czy wie jak to działa.
(mówimy o nr.814 massowoj radiobiblioteki)

[maciej_333]

Kilka lat temu wykonywałem woltomierz na 8051 bez wewnętrznego A/C. Wówczas zrobiłem tzw. przetwornik z bezpośrednim porównaniem. Wykonałem przetwornik C/A (8 bitów) R-2R. Dołączyłem go do jednego z portów. Napięcie z jego wyjścia porównywałem komparatorem z napięciem mierzonym. W chwili zrównania mikrokontroler przestawał inkrementować wartość wystawianą na port. Po odczycie wartości z portu miałem już w rejestrze wartość proporcjonalną do napięcia mierzonego. Było to proste i zadziwiająco dokładne rozwiązanie. W przetworniku C/A wstawiłem rezystory 150K/10% (jako R) i dwa takie rezystory, połączone szeregowo (jako 2R). Jako rezystory podciągające 4,7K.

Najprostszy sposób (również najgorszy) pomiaru to pojedyncze całkowanie. Zwykle realizowano to tak:
-Ux dołączone do jednego z wejść komparatora
-do drugiego wejścia komparatora dołączony był przebieg liniowo narastający (od tego przebiegu i jego parametrów w dużej mierze zależy dokładność woltomierza)
-na wyjściu komparatora mamy już impuls o czasie proporcjonalnym do napięcia Ux
-potem już klasycznie bramka i licznik

Pomiar rozpoczynał się tu od startu generatora liniowego. Polegało to na rozładowaniu kondensatora, który był ładowany ze źródła prądu (od tego źródła też sporo zależało). W takiej sytuacji przebieg na tym kondensatorze zaczynał narastać od 0. Można to było porównywać z napięciem Ux.

[zjawisko]

O opisem tego radzieckiego woltomierza zapoznałem się mocno pobieżnie, ale w wolnej chwili postaram się dokładnie przeczytać ten opis. Najwygodniej byłoby to wydrukować, bo szukanie schematu do którego opis jest oddalony o 10 stron jest znacznie łatwiejsze w formie papierowej...

Ale szukałem czegoś w starych "Radioamatorach i krótkofalowcach" i... bingo! W numerze 6/77 jest opis zestawu zawierającego częstościomierz, sondę, wzorzec f, generator i przetwornik U/f.
Problemem jest zastosowanie tranzystora jednozłączowego, który należy do elementów raczej egzotycznych. Ale domyślam się, że można go zastąpić jakąś bipolarną protezą, tudzież scalakiem? Oczywiście pomijając gotowe, specjalizowane przetworniki U/f.

Nabyłem niedawno PFL-30 i myślę nad zbudowaniem kilku przystawek typu preskaler :10 na LB3500 (+ 2 TTLe do podziału :1,25), czy wzorzec częstotliwości przy użyciu (podobno) wzorcowej częstotliwości PR 1. Odbiór "Jedynki" przy oknie małym tranzystorem mam całkiem dobry, więc problemów nie powinno być. Podział przez 225 też wydaje się być prosty przy użyciu kilku liczników (np 4017).
Woltomierz-przystawka dokładniejszy niż te popularne 3,5 cyfry również wydaje się być dobrym pomysłem, a użycie ICL7137 uważam za zbyt wygodne i mało ambitne.

Jeszcze kilkanaście dni wakacji, a ja nie chcę mieć moralniaka pod tytułem "minęły 2 m-ce, a nic przydatnego nie zrobiłem".

W przetworniku C/A wstawiłem rezystory 150K/10% (jako R) i dwa takie rezystory, połączone szeregowo (jako 2R).

Coś mi tu nie gra... nie 1%? 10% to stosunkowo duży rozrzut...

edit: Napisałem wzorzec czasu, oczywiście powinno być wzorzec częstotliwości.

[staszeks]

akurat do zlokalizowanego na str.97 rys. opis znajduje się na stronach 96, 97.

Wydaje się, ze wykres na rys. jest jadnak podobny do mojego i nier powinno być
trudności ze zrozumieniem mojego odręcznego rysunku.

[maciej_333]

W przetworniku C/A wstawiłem rezystory 150K/10% (jako R) i dwa takie rezystory, połączone szeregowo (jako 2R).

Coś mi tu nie gra... nie 1%? 10% to stosunkowo duży rozrzut...

edit: Napisałem wzorzec czasu, oczywiście powinno być wzorzec częstotliwości.

Zastosowałem rezystory 10%. Jednak pochodziły one z jednej taśmy, tzn. były wyprodukowane w jednej serii. To spowodowało, że ich rezystancje były wystarczająco podobne. Trochę byłem tym zaskoczony, ale działało to znakomicie. Był to oczywiście projekt z serii "sztuka dla sztuki".

Jeszcze kilkanaście dni wakacji, a ja nie chcę mieć moralniaka pod tytułem "minęły 2 m-ce, a nic przydatnego nie zrobiłem".

Zostały jeszcze prawie dwa miesiące wakacji . Tylko, że to już moje ostatnie wakacje w życiu - ostatni rok studiów...

[_idu]

Wszystko co pisze STUDI to święta prawda.
Na dodatek nie wspomniał, że tą samą metodą mierzymy n.p. pojemność
kondensatorów co oznacza, ze ten sam miernik
po drobnych modyfikacjach (wykonanych n.p. przełącznikiem) może służyć jako miernik pojemności.
Autor wątku pyta jednak o nie stosowane już metody pomiaru i to w odniesieniu
do konkretnej pozycji literatury technicznej.
Na początek jednak pytanie do autora wątku:
Czy zapoznał się z rys 44 na str.97 i czy wie jak to działa.
(mówimy o nr.814 massowoj radiobiblioteki)

Metody całkowania są prostsze. Mniej przełączników.
Opisana metoda przypomina metody porównania / kompensacji.

Zmienianie o jeden schodek nie jest optymalne. Ja bym proponował coś innego:

Przetwornik C/A - drabinka R-2R jako źródło napięcia wzorcowego.
Dzielimy zakres na połówki. Wynik porównania wzorcowe - mierzone decyduje o wyborze połówki - która potem dzielimy na pół. W ten sposób schodzimy od najstarszego do najmłodszego bitu.
Zaleta - potrzebujemy tylko tyle kroków ile jest bitów. Czas pomiaru jest zawsze ten sam.
Przy narastających liczbach czas jest zmienny. Dla przetwarzania 8bit - pierwsza - 8 kroków - druga od 1 do 256 kroków.
Metody z porównaniem napięć nie lubią zmiana mierzonego sygnału. Konieczny jest układ sample-and-hold.


Dlatego mimo wszystko polecałbym metody całkowania.

[staszeks]

Wszystko co pisze STUDI to święta prawda.
Na dodatek nie wspomniał, że tą samą metodą mierzymy n.p. pojemność
kondensatorów co oznacza, ze ten sam miernik
po drobnych modyfikacjach (wykonanych n.p. przełącznikiem) może służyć jako miernik pojemności.
Autor wątku pyta jednak o nie stosowane już metody pomiaru i to w odniesieniu
do konkretnej pozycji literatury technicznej.
Na początek jednak pytanie do autora wątku:
Czy zapoznał się z rys 44 na str.97 i czy wie jak to działa.
(mówimy o nr.814 massowoj radiobiblioteki)

Metody całkowania są prostsze. Mniej przełączników.
Opisana metoda przypomina metody porównania / kompensacji.

Zmienianie o jeden schodek nie jest optymalne. Ja bym proponował coś innego:

Przetwornik C/A - drabinka R-2R jako źródło napięcia wzorcowego.
Dzielimy zakres na połówki. Wynik porównania wzorcowe - mierzone decyduje o wyborze połówki - która potem dzielimy na pół. W ten sposób schodzimy od najstarszego do najmłodszego bitu.
Zaleta - potrzebujemy tylko tyle kroków ile jest bitów. Czas pomiaru jest zawsze ten sam.
Przy narastających liczbach czas jest zmienny. Dla przetwarzania 8bit - pierwsza - 8 kroków - druga od 1 do 256 kroków.
Metody z porównaniem napięć nie lubią zmiana mierzonego sygnału. Konieczny jest układ sample-and-hold.


Dlatego mimo wszystko polecałbym metody całkowania.

Właśnie to co opisałeś próbowałem zasugerowć swoim nieporadnym odrecznym rysunkiem.
Przy dzisiejszych cenach i dostepności przyrządów (bardziej skomplikowane z odzysku)
budowa we własnym zakresie z ekonomicznego punktu widzenia moim zdaniem
mija się z celem.
Budowa będąca głównie sztuką dla sztuki, gdzie inne cele mają znaczenia drugorzędne
pozwala stwierdzić, że żadna z zastosowanych metod pomiaru nie może być preferowana.
Zresztą w każda z metod ma swoje, jak mawiał mój kolega "zady i walety"
i w zależnaości od różnych czynników w konkretnej sytuacji może być lepsza.

[zjawisko]

Mniej więcej ogarniam o co chodzi.

Przy dzisiejszych cenach i dostepności przyrządów (bardziej skomplikowane z odzysku)budowa we własnym zakresie z ekonomicznego punktu widzenia moim zdaniem mija się z celem.

To jest oczywiste. Szczególnie, że przy użyciu elementów "z szuflady" miernik na ICLu o rozdzielczości 4,5 cyfry da się poskładać za 15-20PLN, a nieśmiertelny uA723 w prostym termostacie da stabilniejsze Uref niż dużo droższe wynalazki polecane w notach katalogowych...

Chciałem się tylko zorientować, czy są jakieś inne sposoby wykonania miernika niż nowoczesny, bezduszny scalak zajmujący pół płytki.