Хорошо, когда вы располагаете 6-разрядным вольтметром, ценой в подержанную иномарку. А если такого вольтметра у вас нет? Как измерить напряжение в десятки вольт с разрешающей способностью 6-разрядного вольтметра бюджетным вольтметром?
Выход есть. Принцип такого измерения приведен на Рисунке 1.
 |
|
| Рисунок 1. | Измерение напряжения с максимальной разрешающей способностью вольтметра. |
Предположим, что нам нужно измерить зависимость выходного напряжения некоторого устройства от температуры.
Потенциометром R1 устанавливаем напряжение на «холодном» выводе вольтметра примерно равное напряжению на выходе исследуемого устройства, а «горячий» вывод вольтметра присоединяем к выходу устройства, затем переводим вольтметр в режим наибольшей чувствительности. После чего нагреваем устройство в целом или отдельные компоненты его схемы и смотрим, как это влияет на выходное напряжение.
Из принципа измерения ясно, что вспомогательный источник напряжения V1 должен иметь стабильность не хуже стабильности вольтметра, иначе измерение теряет смысл.
Ниже мы рассмотрим схему такого источника напряжения, изображенного на Рисунке 2 и отметим особенности его конструкции.
 |
|
| Рисунок 2. | Схема вспомогательного источника напряжения. |
Для получения высокого напряжения при питании от аккумулятора применен комбинированный зарядный модуль J5019 китайского noname производителя, включающего в себя собственно драйвер заряда на микросхеме TP4059 и повышающий стабилизированный DC/DC преобразователь на микросхеме MT3608.
Внешний вид этого модуля на фоне готового прибора показан на Рисунке 3.
 |
|
| Рисунок 3. | Модуль J5019 и завершенный прибор. |
Стабилизация напряжения на выходе повышающего преобразователя весьма посредственная, поэтому для вторичной стабилизации был применен шунтовой стабилизатор TL431AC.
На Рисунке 4 показан прибор в действии при измерении стабильности источника питания. Разрешающая способность измерений 0.1 мВ. Встроенный вольтметр прибора служит для оперативной установки опорного напряжения и оценочных измерений. Показания этого вольтметра могут случайным образом «плавать» в пределах двух единиц последнего разряда при неизменном выходном напряжении, поэтому точные измерения с его помощью невозможны.
 |
|
| Рисунок 4. | Пример практического применения вспомогательного источника при измерении с высоким разрешением. |
Простота схемы создает обманчивое впечатление легкости изготовления прибора. После первой итерации, когда прибор был собран в корпус, он оказался практически неработоспособным из за высокого уровня пульсаций напряжения повышающего преобразователя, несмотря на фильтр, состоящий из синфазного дросселя и конденсатора С1. Вторым мешающим фактором оказались высокочастотные наводки повышающего преобразователя на элементы схемы.
Пришлось поместить модуль J5019 в глухой экран из фольгированного стеклотекстолита толщиной 0.5 мм, так как, работая практически в режиме холостого хода, он не греется.
При заряде аккумулятора нагрев, конечно, имеет место, поэтому для снижения температуры микросхемы TP4059 на её корпус приклеена медная пластина толщиной 0.5 мм площадью около 2 см2. Емкость выходного конденсатора повышающего преобразователя увеличена до 10 микрофарад.
Многооборотный резистор R2 пришлось перенести на другое место, а в пустующем отверстии разместить обычный потенциометр сопротивлением 100 Ом, включенный последовательно с R3.
Резистор R4 сделал работу Z1 более стабильной, так как непосредственное подключение конденсаторов С2 и С3 к катоду Z1 вызывало небольшие флуктуации напряжения, хотя в даташите на TL431 такое подключение встречается.
В комплексе эти меры позволили снизить высокочастотные пульсации и наводки, измеренные на выходных клеммах устройства до 0.5 мВ от пика до пика.
Однако на этом приключения не кончились. Многооборотный резистор R2 оказался весьма чувствительным к внешним помехам и сетевым наводкам, которых много в каждой лаборатории. Пришлось оклеить корпус прибора изнутри несколькими слоями фольги, между которыми проложен зачищенный от изоляции многожильный провод. Аналогичным образом был защищен и резистор R2.
Экраны корпуса и резистора R2 соединены с минусовой выходной клеммой через резистор в 1 кОм. В результате описанных выше действий суммарные шумы и помехи снизились до 1 мВ от пика до пика.
Для уменьшения влияния внешних помех на результаты измерений прибор имеет дополнительный коаксиальный выход, что позволяет использовать экранированный провод.
Влияния изменения напряжения аккумулятора от 3 В до 4.2 В на выходное напряжение не выявлено. Специальных температурных испытаний не проводилось, так как предполагается работа прибора при комнатной температуре.
Исходя из сказанного выше, очевидно, что выбор пластмассового корпуса для прибора был ошибочным. При повторении прибора его необходимо разместить в металлическом корпусе, создав для модуля J5019 экранированный отсек.
Купить MT3608 на РадиоЛоцман.Цены
