І. ЗУБК (ЧССР)

Перші цифрові вольтметри та інші цифрові вимірювальні прилади з’явилися понад тридцять років тому. Це були важкі, громіздкі і, що найбільш істотно, вельми дорогі пристрої, призначені виключно для прецизійних лабораторних змін. І тільки тоді, коли випуск цифрових і аналогових інтегральних мікросхем став масовим, з’явилася можливість випускати подібну апаратуру для застосування в повсякденній практиці.

Цифрова вимірювальна техніка дозволила не тільки спростити сам процес вимірювань, істотно підвищити швидкодію вимірювальної апаратури, але і помітно зменшити похибки вимірювань. Вона дозволила також реалізовувати нові функції, які були неможливі при використанні аналогової техніки. Ось для порівняння кілька основних характеристик цифрових і аналогових вимірювальних приладів. Для стрілочних вимірювальних приладів похибка вимірювань лежить зазвичай в межах від ОД до 2%, причому значення 0,1% відноситься до дорогих і вимагає особливого поводження приладів (зокрема, вельми чутливим до струсів). Для цифрових приладів 0,1% – це типова похибка вимірювання, а в приладах високого класу вона може складати і 0,001%. У аналогових приладів час вимірювання визначається часом заспокоєння стрілки, яке зазвичай лежить в межах від часток секунди до декількох секунд. У цифрових приладах цей час залежить в першу чергу від часу перетворення аналогової величини в цифрову, а в вольтметрах, що використовують метод подвійного інтегрування, лежить в межах від 20 мс до десятих часток секунди.

Серед нових функціональних можливостей, які дозволяє реалізувати цифрова апаратура, слід зазначити цифровий запис результатів вимірювань та передачу їх на значну відстань.

Цифровий мультиметр, про який розповідається в цій статті, складається з основного вузла – однопредельного вольтметра – і різних додаткових вузлів, що розширюють його можливості не тільки в галузі вимірювання електричних величин, але і неелектричних (наприклад, температури).

Вольтметр дозволяє вимірювати постійне напряжоше в межах від 0 до 1,999 В з похибкою ± 0,1% (плюс – мінус одиниця молодшого розряду). Його вхідний опір – не менше 100 МОм, придушення перешкоди з частотою 50 Гц –

Рис. 1

Рис. 2 не гірше 65 дБ. Для живлення вольтметра необхідний блок живлення, що забезпечує напруги +15 В (струм 25 мА), – 15 В (струм 3 мА) і + 5 В (струм 500 мА).

У аналого-цифровому перетворювачі вольтметра використаний метод подвійного інтегрування. Структурна схема приладу приведена на рис. 1, а форма сигналу в деяких найбільш важливих його точках – на рис. 2. Інтегруючий конденсатор З підключається і перемикається перемикачем S або до джерела зразкового струму 2, або до перетворювача вхідна напруга – струм 1. Стан перемикача S визначається тригером 4. Коли на виході тригера 4 встановлюється логічний 0, то інтегруючий конденсатор З розряджається від напруги початкового рівня K0gp зі швидкістю, яка пропорційна величині струму на виході перетворювача 1 (т. е. значенню вхідної напруги Vx). Ця фаза роботи приладу продовжується до тих пір, поки лічильник 6 не заповниться імпульсами, які надходять з генератора 7. Після заповнення лічильника – в момент переходу від стану 1999 до стану 0000 – Тригер 4 змінить свій стан на протилежне і на його виході з’явиться логічна 1. При цьому конденсатор С підключиться до джерела зразкового струму 2 і почнеться зарядка конденсатора до рівня Дообр (Напрями зразкового струму і струму, що надходить з перетворювача, взаімнопротівоположни). Як тільки процес заряду конденсатора закінчиться, на виході компаратора 3 з’явиться короткий імпульс управління, що призведе до перепису поточного стану лічильника 6 в пам’ять 8 (нагадаємо, що до початку цієї фази лічильник був у стані 0000). Потім слідують установка лічильника 6 знову в стан 0000 і перемикання триггера 4 в стан, при якому на його виході буде логічний 0. На цьому даний цикл вимірювання закінчується і починається наступний. Вміст пам’яті дешифрируется дешифратором 9 і відображається на дисплеї 10. Вузол 5 забезпечує гасіння дисплея, якщо вхідна напруга має негативну полярність. Якщо ж вхідна напруга позитивно, але перевищує 1,999 В, то екран дисплея буде мигати з періодом, рівним періоду одного повного циклу вимірювання.

Принципова схема вольтметра наведена на рис. 3. Перетворювач напруга – струм зібраний на операційному підсилювачі А1 і транзисторі VI. Діодний міст V6-V9 і транзистор V3 виконують функції перемикача, а транзистор V2 і днод VI0 – джерела зразкового струму. Інтегруючий конденсатор – С1. Компаратор виконаний на операційному підсилювачі А2. Зразкове напруга на нього надходить зі стабілітрона VI2.

Вимірюється напруга подається на неінвертуючий вхід операційного підсилювача А1, що забезпечує високий вхідний опір вольтметра. Однак при підключенні до вольтметра різних ланцюгів і вузлів не слід забувати про кінцевий вхідному струмі неінвертірующего входу операційного підсилювача і (в деяких випадках) про необхідність його компенсації. Струм емітера транзистора VI пропорційний вхідному напрузі, причому коефіцієнт пропорційності задається резистором R1. Оскільки вихідним для цього вузла є струм колектора транзистора VI, то важливо, щоб він мав високий статичний коефіцієнт передачі струму. У загальному випадку бажано також, щоб цей коефіцієнт слабо залежав від струму колектора у всьому діапазоні робочих струмів. Ідеальним було б застосувати тут польовий транзистор, однак практика показує, що і для біполярного транзистора відхилення від лінійного закону перетворення не перевищують ± 0,1%.

Переключающий діодний міст управляється транзистором V3. У першій фазі вимірювального циклу транзистор V3 відкритий і конденсатор С] розряджається через транзистор VI і резистор R1. Струм розряду, як уже зазначалося, пропор-

Рис. 3

нален вхідній напрузі. Діод V8 відкритий струмом, що надходять від джерела зразкового струму на транзисторі V2, а діод V9 закритий, оскільки в цій фазі вимірювань напруга на його аноді буде + 0,7 В (падіння напруги на діод V8), а напруга на катоді визначається напругою на интегрирующем конденсаторі С1. Останнє ніколи не буває менше + 3 В. Діод V7 також закритий.

У другій фазі вимірювального циклу транзистор V3 закритий. Стан діодів моста змінюється на протилежне (закриті діоди відкриваються, відкриті закрьшаются). Струм колектора транзистора VI тепер проходить по ланцюгу V7-R3. Напруга на колекторі цього транзистора буде +8 … +14 В (залежно від значення вхідної напруги). Оскільки напруга на конденсаторі С1 не буває більше + 5 В, то діод V6 закритий. Конденсатор С1 заряджається від джерела зразкового струму через діод V9. Оскільки напруга на колекторі V2 не перевищує +5,7 В, то діод V8 в цій фазі вимірювального циклу надійно закритий. Таким чином діодний міст забезпечує не тільки підключення інтегруючого конденсатора С1 або до джерела зразкового струму, або до перетворювача вхідна напруга – струм, але і необхідну так я цих вузлів навантаження, коли вони відключаються від інтегруючого конденсатора. Це виключає перехідні процеси в межах вимірювального циклу і підвищує тим самим точність, надійність і швидкість вимірювань.

Джерело зразкового струму на транзисторі V2 особливостей ие має. Для полегшення температурного режиму (і підвищення тим самим температурної стабільності приладу) струм через стабілітрон VI0 обраний невеликим – Близько 4 мА. Таким же обраний струм і через стабілітрон VI2, який є джерелом зразкового напруги для компаратора.

Операційний підсилювач А2 виконує функції компаратора і не має зовнішньої частотної корекції. Це дає можливість отримати максимальну (для даного операційного підсилювача) швидкість зміни напруги на його виході. Діод VII прискорює вихід пристрою на робочий режим при початковому його включенні. Справа в тому, що через перехідних процесів при включенні інтегруючий конденсатор може в принципі зарядитися до напруги більшого, ніж зразкове. При цьому компаратор перейде в стійкий стан, який виключає підключення до цього конденсатору джерела зразкового струму, що є необхідною умовою для роботи аналогової частини вольтметра. Без діода VII процес розряду конденсатора С1 в цьому випадку може бути занадто довгим.

Обмежувач на діодах VI3 і V14 формує на виході компаратора імпульси з рівнями, необхідними для нормальної роботи цифрової частини приладу, яка виконана на елементах ТТЛ. Ці імпульси надходять на елемент D13.4, через який здійснюється управління доданими мостом. Продифференцировав ланцюгом C2R9 вихідні імпульси через інвертори D12.4 та D12.5 (включені паралельно для забезпечення необхідної навантажувальної спроможності) управляють пам’яттю – забезпечують запис в неї поточного стану лічильника. Встановлення лічильника в стан 0000 забезпечується на початку циклу вимірювань через диференціюються ланцюг C3R10 і елементи D12.6 та D12.3. Крім того, з аналогової частини приладу в цифрову (з виходу операційного підсилювача А1) через транзистор V4 і елемент D14.3 подається напруга, що забезпечує гасіння дисплея, якщо на вхід вольтметра буде подано негативне напруга. З цифрової частини приладу в аналогову надходять лише імпульси, що керують роботою переключающего діодного моста (через елемент D13.4 і транзистор V3). Імпульси з виходу елемента D12.6 використовуються також для установки в початковий стан тригерів D11.2 та D10.2.

Дана комбінація дифференцирующих ланцюгів та елементів у поєднанні з кон-

Рис. 5

денсаторов С4 забезпечує правильну послідовність роботи всезлов приладу (т. е. еначала перепис інформації з лічильника в пам’ять, а лише потім його установка в нульовий стан). Форма керуючих сигналів в різних точках вольтметра наведена на рис. 4. У момент, коли напруга на интегрирующем конденсаторі досягне величини К0ін, напруга на виході компаратора почне зменшуватися (зі швидкістю приблизно 20 В / мкс) від напруги насичення ОУ + 13 В. Коли воно досягне рівня + 5 В, буде сформований фронт імпульсу, керуючого доданими мостом (точка 2) і короткий імпульс управління пам’яттю (точка 4). Через затримку сигналу між входом і виходом компаратора (близько 1 мкс) напруга на його виході встигає зменшитися приблизно до – 10 В. Потім починається ріст цієї напруги до + 13 В і в цей момент формується імпульс установки лічильника в стан 0000, який використовується також і для установки в початковий стан мікросхем D11.2 та D10.2. Це зокрема виключає (блокуванням елемента D13.4) перемикання діодного моста, після того як напруга на виході компаратора повернеться до значення + 13 В.

Цей стан зберігатиметься до тих пір, поки не відбудеться заповнення всіх лічильників (включаючи і тригер D10.2) імпульсами, які надходять з тактового генератора. У момент переходу від стану 1999 до Станом 0000 на виході D10.2 з’явитися логічна 1, що приведете кінцевому підсумку до появи на одному з входів елемента D13.4 логічного 0 (на іншому вході – логічна 1). При цьому закриється транзистор V3, діодний міст змінить свій стан і конденсатор С1 підключиться до джерела зразкового струму.

Якщо при налагодженні вольтметра виникнуть труднощі з керуючими імпульсами (порушені тимчасові співвідношення або тривалість цих імпульсів недостатня), то слід проконтролювати їх за допомогою широкосмугового осцилографа (бажано з лінією затримки в каналі вертикального відхилення). Запуск розгортки осцилографа при цьому здійснюють сигналом, який беру г безпосередньо з виходу компаратора. Тривалість імпульсів встановлюють підбором конденсаторів С2 і СЗ. На затримку між спадом імпульсу, керуючого пам’яттю, і фронтом імпульсу, який встановлює лічильники в нульовий стан, впливають конденсатор С4 і резистор R9. При цьому слід мати на увазі, що ці елементи впливають і на тривалості відповідних імпульсів.

Лічильники, мікросхеми пам’яті та дешифратора, а також дисплей показані на рис. 3 умовно. Повна схема першої декади (решта їй аналогічні) наведена на рис. 5. В даному вузлі використані стандартні схеми включення всіх мікросхем, і в коментарях вони не потребують. Схема лічильника “другої тисячі” наведена на рис. 3. У нього входять мікросхеми D10.2 (власне лічильник) і D10.1 (пам’ять). Включення одиниці в самом.старшем розряді дисплея при напружених 1 В і більше забезпечує транзистор V5. Імпульси з мікросхеми D3 лічильника подаються на тригер D10.2 через инвертер 012.3, так як мікросхема МН7474 управляється фронтом відповідного імпульсу.

Генератор тактових (рахункових) імпульсів виконаний на елементах D14.2 і D13.1 (рис. 3). Для зменшення впливу перешкод з частотою мережі тактову частоту зазвичай вибирають такий, щоб тривалість першої фази вимірювального циклу (коли інтегруючий конденсатор підключений до перетворювача вхідна напруга – струм) була кратна періоду мережевої напруги (20 мс). В даному приладі тактова частота становить 12,5 кГц, тому повне вромя вимірювального циклу змінюється від 160 мс (вхідна напруга дорівнює нулю) до 320 мс (вхідна напруга 2 В). Частота генерації визначається в першу чергу ємністю конденсатора С5 і (меншою мірою) опором резисторів R13 – R15.

Як вже зазначалося, при подачі на вхід вольтметра негативної напруги дисплей гасне. Це забезпечує транзистор V4 і наступні за ним логічні елементи – на виході останнього нз них (D14.4) і відповідно на гасить вході дешифратора (наприклад, D7 на рис. 5) встановлюється напруга низького рівня, що і призводить до відключення дисплея. Як тільки негативне напруга на вході вольтметра зникне, то транзистор V4 і всі наступні елементи повернуться в початковий стан.

Більш складні процеси відбуваються в ланцюгах індикації, коли вхідна напруга перевищить значення + 2 В. Розглянемо роботу цієї частини приладу для вхідної напруги, що лежить в інтервалі 0. . 1,999 В. Форма сигналів в різних точках пристрою в цьому випадку показана на рис. 6. Вони відповідають (за співвідношенням між f і ίο) подачі на вхід вольтметра напруги близько + 1,5 В. З виходів мікросхем Dll.2 і D10.2 імпульси надходять на елемент D13.2, а потім на елемент D12.1. З виходу цього елемента імпульси надходять на вхід С тригера DILI. З невеликою затримкою (близько 1,5 мкс) на вхід R цього тригера надходять короткі імпульси, сформовані вузлом на елементі D14.1. В результаті формується короткий імпульс, що гасить для дисплея, який наше око не в змозі зареєструвати. Зауважимо, що для нормального режиму вольтметра виконується співвідношення

‘Х >1Я ·

Якщо вхідна напруга + 2 В і більше, то t буде вже менше tR і форма сигналів у відповідних точках буде іншою (рис. 7.). Легко бачити, що в цьому випадку дисплей гасне вже на досить тривалий час, який відповідає часу (т. Е. Може досягати 160 мс). Таке миготіння дисплея добре реєструється оком людини.

При перевантаженні приладу по входу до деякого значення (воно залежить від ряду ^ факторів і зазвичай становить 120% від верхньої межі вимірювань) прилад буде

Рис. 6

Рис. 7

Рис. 8

давати правильні показання трьох значущих цифр, т. е. свідчення 0,148 при миготливому дисплеї буде відповідати напрузі + 2,148 В. Проте користуватися цими даними ие слід, оскільки немає гарантії, що перетворювач не вийшов з лінійного режиму.

З деталей вольтметра особливу увагу слід звернути насамперед на інтегруючий конденсатор С1 і частотозадающіх конденсатор С5. Перший має велику ємність і тому доводиться застосовувати оксидний конденсатор. Він повинен мати мінімальний струм витоку. Що стосується С5, то для нього важливий малий температурний коефіцієнт ємності. На довгострокову стабільність калібрування приладу впливає стабільність опору резисторів R1 і R5. Однак цей параметр у поширених металоплівкових резисторів достатньо хороший, і проблем тут зазвичай не виникає. Доцільно підібрати по мінімальному зміні зразкового струму е температурою пару транзистор V2 – діод VI0. Діод V12 слід взяти з мінімальним температурним коефіцієнтом напруги стабілізації. До решти деталей вольтметра особливих вимог не висувають.

За винятком дисплея всі елементи вольтметра розміщені на одній платі з двостороннього фольгованого матеріалу. Розводка друкованих провідників для обох сторін плати та розміщення деталей на ній показані на рис. 8-10.

Рис. 10

При налагодженні приладу спочатку перевіряють споживані від блоку живлення струми. Вони не повинні перевищувати значень, наведених на початку статті. Слід зазначити, що споживання струму по ланцюгу + 5 В залежить від того, які цифри в даний момент відображає дисплей. Потім на вхід приладу подають постійна напруга в межах 0. . .2 В (його контролюють по допоміжному вольтметру) і переконуються в тому, що показання дисплея змінюються зі зміною напруги на вході. Якщо вольтметр відразу не заробив, то для його налагодження потрібно осцилограф. Їм перевіряють наявність тактових імпульсів на виході генератора (Їх період повинен бути близько 80 мкс), форму напруги на интегрирующем конденсаторі (воно має бути трикутним). Слід перевірити також і роботу всіх лічильників. Якщо вони справні, то неполадку треба шукати в ланцюгах управління, використовуючи для цього дані про форму сигналу в різних точках, які наведені на рис. 2, 4, б і 7.

Для калібрування приладу необхідний цифровий вольтметр, що має роздільну здатність таку ж або (що краще) на порядок вище, ніж саморобна конструкція. Обидва вольтметра підключають до регулюючого джерела харчування (0 … 2 В). При вхідній напрузі 0 В на дисплеї вольтметра має бути відображено “000”. Его означає, що напруга зсуву на вході операційного підсилювача не перевищує 1 мВ. Якщо це не так, то необхідно провести його компенсацію. Для цього між висновками 1 і 4 операційного підсилювача А1 підключають змінний резистор опором 47 кому, обертаючи движок якого домагаються нульових показань на дисплеї. Після цього змінний резистор можна отпаять і, вимірявши опір його введеної частини, запаяти постійний резистор -з таким же опором на друковану плату, як резистор R24? На принциповій схемі цей резистор, а також резистор R25 не показані – їх встановлюють на платі тільки при необхідності. Ці резистори замигають стандартний елемент балансування операційного підсилювача – підлаштування резистор, який включають між висновками 1 і 5, а на його движок подають напругу – 15 В.

Якщо дисплей не запалює при нульовій напрузі на вході вольтметра, то змінний резистор слід включити між висновками 4 і 5 операційного підсилювача А1. Знайшовши оптимальне опір цього резистора, запаюють відповідний постійний резистор як R25. Ці процедури необхідно проводити через кілька хвилин після включення приладу, т. Е. Коли встановиться його тепловий режим.

Тепер можна приступати до калібрування приладу. По контрольному вольтметрі встановлюють напругу трохи менше 2 В, і підбором резистора R5 домагаються збігу показань обох приладів. Після цього перевіряють лінійність перетворення у всьому діапазоні робочих напруг (наприклад, в точках, кратних 100 мВ). У справного приладу відхилення показань від дійсної величини вимірюваної напруги не повинно перевищувати ± 1 молодшого розряду.

Для мінімізації перешкод з частотою мережі робочу частоту генератора слід встановити в межах 0. . . -1% Від значення 12,5 кГц. Після цього перевіряють індикацію перевантаження і наявності на вході вольтметра негативної напруги.

До джерела живлення +15 В пред’являються підвищені вимоги – адже від нього живляться і джерело зразкового напруги і джерело зразкового струму. Для того щоб він не впливав на точність вимірювань, коливання вихідної напруги (враховуючи і амплітуду пульсацій на виході) не повинні перевищувати ± 3 мВ. До джерела живлення – 15 В жорстких вимог не пред’являється. Тут можна використовувати найпростіший параметричний стабілізатор. Джерело + 5 В також

впливає на точність вимірювань, однак цей вплив виражено досить слабо і зміни його напруги в межах ± 0,1 В можна вважати цілком прийнятними.

Як уже зазначалося, нескладні приставки дозволяють перетворити вольтметр постійного струму в багатофункціональний приладмультиметр. Принципова схема приставки, для вимірювання постійних напруг будь полярності (без перемикання вхідних щупів), а також змінних напруг частотою до 10 кГц (при похибки не більше 1%) і до 20 кГц (при похибки не більше 5%) наведена на рис. 11. Отр вимірі змінних напруг частотна похибка Іосіто систематичний характер – показання приладу менше дійсних значень змінної напруги на його вході. Це дозволяє розширити частотні межі вимірювання до 100 кГц, але показання приладу доведеться коригувати за попередньо знятої амплітудно-частотній характеристиці. Дана приставка являє собою, по суті, пристрій для виділення абсолютної величини сигналу (строго кажучи – половини абсолютної величини). Воно складається з однополупериодного випрямляча на операційному підсилювачі А1 і діодах V1-V4, а також сумматора на резисторах R3 н R4.

Якщо на вхід надходить позитивне напруга (для визначеності, скажімо, + 1 В), то діод VI буде закритий, а петля зворотного зв’язку буде замкнута через діоди V2-V4. Еквівалентна схема пристрою для цього випадку наведена нарнс. 12. Нижній за схемою висновок резистора R2 тут з’єднаний із загальним проводом, оскільки вхід підсилювача має нульовий потенціал (так звана “віртуальна земля”). Напруга на виході буде + 0,5 В.

Якщо на вхід надходить напруга – 1 В, то діод VI буде відкритий, а на його катоді напруга +1 В, так як операційний підсилювач тут працює як інвертор. Еквівалентна схема пристрою для цього випадку приведена на рис. 13. І знову напруга на виході буде + 0,5 В.

Умовою нормальної роботи приставки в цілому є точне балансування операційного підсилювача по постійному струмі, яку здійснюють підлаштування резистором R 9.

Вузол на транзисторі V6 і светодиоде V5 сигналізує про полярності вхідної напруги. Світлодіод буде світитися вже при малих позитивних напругах на вході приставки. Якщо бажано индицировать наявність негативного напруги на її вході, то слід встановити транзистор структури п-р-п, полярність підключення Сретен діода змінити на протилежну, а резистор R8 підключити до джерела + 15 В.

Оскільки коефіцієнт передачі цієї приставки 0,5, то в схему вольтметра постійного струму слід внести зміну – встановити резистор RI з опором рівно в два рази меншим первісного значення. При вимірюванні змінних напруг цей резистор також повинен мати менший опір (приблизно на 10%). Точне його значення необхідно підібрати при калібруванні приладу. Природно, що для мультиметра в вольтметр постійного струму необхідно ввести перемикач, який змінював би резистори в перетворювачі вхідна напруга – струм вольтметра.

Для вимірювання опорів цифровий вольтметр необхідно доповнити джерелом струму. Цілком прийнятну похибку вимірювань (не гірше 0,5%) може забезпечити порівняно простий стабілізатор струму з біполярним транзистором. Принципова схема приставки для вимірювання опорів з верхніми межами від 200 Ом до 2 МОм наведена на рис. 14. Власне стабілізатор струму виконаний на транзисторі VI і діод V2 і аналогічний джерела зразкового струму в про льетра. Необхідне значення струму (від 1 мкА до 10 мА) і, отже, межі вимірювання опорів вибирають перемикачем S1. Установку точного значення струму на кожному піддіапазоні виробляють відповідним підлаштування резистором (R7-R11).

Якщо є необхідність вимірювати струм, то на вході цифрового вольтметра можна ввести перетворювач струм – напруга. Схема такого перетворювача показана на рис. 15. Він забезпечує вимірювання однієї полярності (Позитивної відносно загального проводу) з межами від 2 мкА до 200 мА. Вибір меж вимірювання вироб-

Рис. 15

Рис. 16 водять перемикачем S1. Вхідний струм операційного підсилювача компенсують підлаштування резистором R3. Для цього перемикач S1 встановлюють у верхнє за схемою положення (вимірювання струмів до 2 мкА) і домагаються регулюванням резистора R3 нульової напруги на виході приставки. При проведенні цієї операції вхід приставки повинен бути розімкнений. Якщо в цій приставці застосувати операційний підсилювач з польовими транзисторами на вході, то необхідність у ланцюгах компенсації вхідного струму відпаде.

Принципова схема приставки для вимірювання температури в межах від О. . . + 200 ° С наведена на рис. 16. Датчиком температури є платиновий резистор R24 опором 100 Ом. Зміна опору цього резистора з температурою відносно невелике – приблизно на порядок менше, ніж у терморезисторів, і, в загальному випадку, для його реєстрації найкраще підходять мостові схеми. При використанні цифрового вольтметра можна безпосередньо реєструвати зміна опору датчика. У цьому випадку для відліку температури доведеться скористатися перекладної таблицею, оскільки залежність опір – Температура у платинового датчика нелінійна. Вона описується наступною формулою:

де Rj, – опір датчика при температурі– Опір датчика при температурі 0 ° С.

Для спрощення процесу вимірювань температури в цій приставці введена лінеаризація характеристики температура – напруга, і відлік температури об’єкта можливий безпосередньо за шкалою цифрового вольтметра.

На операційних підсилювачах А1 і А2 виконаний джерело струму (його навантаження – датчик температури R24). Застосування більш складного (ніж у попередніх приставках) джерела струму обумовлено підвищеними до нього вимогами. Струм через датчик обраний відносно невеликим (100 мкА), що зменшує розігрів датчика цим струмом і відповідно знижує похибку вимірювань при низьких температурах.

Напруга, що надходить з датчика, посилюється операційним підсилювачем А 4. Його коефіцієнт посилення повинен бути 519,5 (виходячи із значення коефіцієнта ‘при Штейном члені в наведеній вище формулі). В цьому випадку зміна температури від 0 до 200 ° С приведе до зміни напруги на виході приставки від 0 до 2 В. Оскільки один з висновків датчика з’єднаний із загальним проводом, то при температурі 0 ° С на виході операційного підсилювача А4 буде постійна напруга 4-5,195 В. Необхідний зсув рівня вихідної напруги приставки (до значення 0 В) здійснюють каскади на операційних підсилювачах АЗ і А5. Крім того, з виходу операційного підсилювача А5 в джерело струму заведена зворотний зв’язок, що поліпшує лінійність перетворення температура – напруга.

В інтервалі температур від 0 до 200 ° С відхилення від лінійності не перевищує 0,1%. При налагодженні підлаштування резисторами R19 і R11 можна отримати зазначену точність вимірювань і в більш широкому інтервалі температур (резистор R13 впливає тільки на установку на виході перетворювача напруги 0 В при температурі датчика 0 ° С).

Датчик намотують платиновим дротом діаметром 0,035 мм на керамічному каркасі діаметром 4 … 5 мм. Каркас повинен мати канавки для укладання дроти, щоб виключити межвітковие замикання. Висновки виготовляють з платинової або платиново-іридієвої проводки діаметром 0,3 … 0,4 мм.

Мікросхеми МН7490 замінюються на К155ІЕ2, МН7475 – на К155ТМ2, МН7474 – на К155ТМ7, МН7404 – на Ю55ЛН1, МН7400 – на К155ЛАЗ. Функціональний аналог мікросхеми D147C – К155ПП5. Аналог операційного підсилювача МАА741 – К140УД7, МА725 – К153УД5. Замість МАА748 можна використовувати будь швидкодіючі операційні підсилювачі, наприклад К153УД2 або, що краще, спеціалізовані операційні підсилювачікомпаратори 521САЗ. Транзистори КС509 і КС508 замінюються на КТ3102Е (Г), ВС179 – на КТ3107К (Л), KF517 – на КТ3107, KF507 – на КТ3102. ДіодиКА206і КА261 – кремнієві ВЧ (КД503, КД522 і їм аналогічні), LQ110 – АЛ307 (Б – Г), LQ410 – АЛ305А (Б – Е), KZ140 HKZ141 – КС148А.

Джерело: Конструкції радянських і чехословацьких радіоаматорів: Зб. статей. – Кн. 3. – М .: Радио и связь, 1987. – 144 с .: іл. – (Масова радиобиблиотека; Вип. 1113)