UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURESTI BUCURESTI FACULT FACULTA ATEA de TRANSPORTURI TRANSPORTURI
SECŢIA TET MASURARI ELECTRONICE SI SPECIALE
PROIECT PROIECTAREA UNUI INSTRUMENT NUMERIC DE MASURA
Indrumator : S"L" Nemtoi #i$ae%a
Studenti:Rucsandoiu eor!e si Cristea A%e&andru
CUPRINS 1
1. Introducere 2. Tema proiectului 3. Memoriu tehnic 3.1Multimetrul 3.2 Masurarea tensiunilor cu ajutorul voltmetrelor 3.3 Masurarea curentilor 4. Schema bloc 4.1 Alimentarea 4.2 Circuit de intrare 4.2.1 Diviorul de curent !pentru ampermetru" 4.2.2 Diviorul de tensiune 4.3 Ampli#icatoare Ampli#icatoare 4.4 Circuitul redresor 4.$ CA% dubla panta 4.& 'eneratorul etalon !'e" 4.& Diviorul de #recventa 4.( %umaratorul 4.) Decodoare 4.*Sisteme de a#i+are 2
1. Introducere 2. Tema proiectului 3. Memoriu tehnic 3.1Multimetrul 3.2 Masurarea tensiunilor cu ajutorul voltmetrelor 3.3 Masurarea curentilor 4. Schema bloc 4.1 Alimentarea 4.2 Circuit de intrare 4.2.1 Diviorul de curent !pentru ampermetru" 4.2.2 Diviorul de tensiune 4.3 Ampli#icatoare Ampli#icatoare 4.4 Circuitul redresor 4.$ CA% dubla panta 4.& 'eneratorul etalon !'e" 4.& Diviorul de #recventa 4.( %umaratorul 4.) Decodoare 4.*Sisteme de a#i+are 2
$. Caracteristicile aparatului $.1 Caracteristicile de intrare $.2 Caracteristici de trans#er $.3 Caracteristici de ie+ire &.,reviar de calcul &.1 Divior de curent Ampermetru Ampermetru &.2 Divior de tensiune (. %omenmclatura de componente ).Schema electrica *. Calcul economic 1-.ealiarea cablajului 1-.1Cablaj imprimat primul strat 1-.2 Cablaj imprimat stratul al doilea 11. ,iblio/ra#ie
3
'"Introducere
0n aparat de masura este orice dispoitiv special realiat pentru a#isarea unei marimi electrice intrun #ormat ce poate #i interpretat de catre un operator uman. De obicei acest #ormat este sub #orma viuala deplasarea unui indicator pe o scala o serie de dispoitive luminoase aranjate sub #orma unui par/ra# sau un a#isaj #ormat din ci#re.0n ast#el aparate poate masura marimi de electrice de baa !reistenta !reistenta tensiune tensiune curent" dar eista eista si aparate aparate care pot masura masura si caracteris caracteristici tici mai complee ale acestor marimi. Aparatele de masura sunt de doua tipurianalo/ice sau di/itale.Aparate de masura di/itale sunt in /eneral cele mai modern care pentru a a#isa valoarea masurata #olosesc un a#isor numeric numeric pe cand cele analo/ice analo/ice #olosesc uun indicator mechanic pentru a#isarea marimii masurate.Indi#erent de tipul aparatului !analo/ic sau di/ital" inaintea masurarii este necesara o setare a aparatului pentru o a#isare cat mai corecta a marimii masurate. In iua de ai cele mai utiliate aparate de masura sunt cele di/itale datorita #aptului ca sunt mai rapide usor de inte/rat in sisteme de masurat si contro codnuse de calculator sunt mai usoare deci mai usor de manevrat pot #unctiona in orice poitie sunt atat de sensibile la #actorul /omot. Insa aceste aparate au si un inconvenient major acela ca nu permit sesiarea rapid5 a tendin6ei de evolu6ie a m5rimii de m5surat ceea ce #ace ca aparatele de masura analo/ice sa #ie #olosite si in iua de ai acolo unde este necesar acest lucru pentru a nu provoca pierderi de vieti omenesti si pa/ube material!e. aparate de la 4
bordul avioanelor inca #olosesc tehnica analo/ice pentru a indica anumiti parametric de bor". In cele ce uirmeaa vom vorbi despre multimetrul ce masoara tensiunea !0" si intensitatea intensitatea !I" in current alternative. alternative. 7rice aparat de m5sur5 introdus 8n circuit modi#ic5 comportamentul acestuia din urm5 8ntro oarecare m5sur5. De+i impactul este inevitabil acesta poate #i minimiat printro proiectare bun5 a aparatului de m5sur5 8n cau5. Din Din mo mome ment nt ce vo volt ltm metre etrele le se co cone nect ctea ea5 5 tot tot timp timpul ul 8n pa para rale lell cu componentul sau componentele a#late sub test orice curent prin voltmetru va modi#ica curentul total din circuitul de m5surat duc9nd inevitabil +i la modi#icarea tensiunii tensiunii reale din circuit. 0n voltmetru voltmetru ideal posed5 posed5 o reisten6 reisten655 intern5 intern5 in#init5 in#init5 ast#el 8nc9t curentul care trece prin acesta s5 #ie de - A pentru a nu a#ecta circuitul testat. Totu+i ast#el de voltmetre nu eist5 dec9t 8n pa/inile c5r6ilor nu +i 8n via6a real5: Asemenea voltmetrelor +i ampermetrele tind s5 in#luen6ee cantitatea de curent din circuitele 8n care sunt conectate. Totu+i Totu+i spre deosebire de voltmetrul ideal reisten6a interna a ampermetrului ideal este ero. Motivul 8l repreint5 o c5dere de tensiune c9t mai mic5 la bornele acestuia. 7bserva6i c5 acest lucru este eact opus voltmetrului !curent c9t mai mic consumat din circuit".
Circuite %o!ice (undamenta%e uti%i)ate *n A#N
AM% au elemente +i blocuri comune.;a baa acestora stau 5
circuite simple numite circuite lo/ice !circuite numerice". Denumirea unui sistem de numera6ie se #ace dup5 baa!," utiliat5. Sistemul de numera6ie cu ,<2 se nume+te sistem binar +i este /eneraliat in toate sistemele numerice de calcul. =e intre/ lan6ul de m5sur5 al AM% precum +i pentru comunica6iile cu echipamente peri#erice sau calculatoare se utiliea5 sistemul binar +i numai la ie+ire reultatul trebuie a#i+at in sistem ecimal. ealiarea #iic5 a elementelor ce utiliea5 sistemul binar are solu6ii practice #oarte simple. Al/ebra boolean5 atribuie ci#relor - +i 1 semni#ica6ia de #als respectiv adev5rat +i in 1*3) Shannon o aplic5 la studiul circuitelor de comuta6ie.
+" Tema Proiectu%ui: 6
Sa se realiee un aparat de masura numeric care sa indeplineasca urmatoarele #unctii >oltmetru de curent alternativ cu scarile 1$1-> reistente universale la intrare si reistenta peci#ica de 1--?@>. Ampermetru de curent alternativ cu scarile 1 $ 1-A reistente universale la intrare si tensiune speci#ica -.3$ >. ;a realiare se va #olosi un Convartor Analo/ic %umeric .
,"#emoriu te$nic 7
3.1 #u%timetru% 0tiliarea corect5 +i 8n condi6ii de si/uran65 a unui aparat de m5sur5 este o deprindere etrem de important5 pentru orice electrician sau electronist. Aceast5 utiliare preint5 un anumit risc de electrocutare datorit5 tensiunilor +i curen6ilor preen6i 8n circuitul de m5surat. Din aceast5 cau5 trebuie ac6ionat #oarte atent atunci c9nd utili5m aparatele de m5sur5. Cel mai utiliat aparat de m5sur5 electric poart5 numele de multimetru. Denumirea vine de la #aptul c5 aceste aparate sunt capabile s5 m5soare o plaj5 lar/5 de variabile precum tensiune curent reisten65 +i altele. Bn m9inile unei persoane competente multimetrul repreint5 un instrument de lucru e#icient dar +i un dispoitiv de protec6ie. Bn m9inile unei persoane i/norante sau neatente acesta poate deveni o real5 surs5 de pericol la conectarea 8ntrun circuit alimentat. Pre)entarea !enera%- a unui mu%timetru
Cu si/uran65 c5 eist5 o multitudine de modele #iecare cu caracteristici di#erite totu+i multimetrul preentat aici este unul /eneral utiliat pentru preentarea principiilor sale de ba5. =utem observa c5 a#i+ajul este di/ital din acest motiv acest tip de multimetru mai poart5 numele de multimetru di/ital. Selectorul rotativ !setat pe poi6ia 7## !8nchis" 8n acest ca" se poate /5si 8n $ poi6ii di#erite 2 poi6ii > !tensiune" 2 poi6ii A !curent" +i o poi6ie E !reisten65". De asemenea poi6ia marcat5 cu o pereche de linii oriontale paralele una continu5 +i cealalt5 8ntrerupt5 repreint5 curentul continuu iar poi6ia repreentat5 cu ajutorul unei #orme de und5 sinusoidale repreint5 curentul alternativ. Cu alte cuvinte intern multimetrul utiliea5 metode di#erite pentru m5surarea curentului +i a tensiunii 8n curent continuu respectiv curent alternativ de aici +i necesitatea eisten6ei a dou5 poi6ii pentru #iecare dintre cele dou5 variabile.
=e supra#a6a multimetrului eist5 trei prie 8n care putem introduce sondele de test. Sondele nu sunt altceva dec9t conductori speciali utilia6i pentru realiarea le/5turii dintre circuit +i multimetru. Conductorii sunt acoperi6ii de o iola6ie colorat5 nea/r5 sau ro+ie pentru a preveni contactul direct iar v9r#urile sunt ascu6ite +i ri/ide.
8
Sonda nea/r5 va #i tot timpul introdus5 8n pria nea/r5 a multimetrului cea marcat5 cu C7M !comun". Sonda ro+ie va #i introdus5 #ie 8n pria marcat5 pentru tensiune +i reisten65 !> E" sau 8n cea pentru curent !A" 8n #unc6ie de ce variabil5 dorim s5 m5sur5m
Uti%i)area mu%timetru%ui . e&em/%e #-surarea unei tensiuni de curent continuu
=rimul eemplu const5 din m5surarea unei tensiuni de c.c. la bornele unei baterii. 7bserva6i priele la care sunt conectate cele dou5 sonde ale multimetrului !> E +i C7M" +i #aptul c5 selectorul este setat pe > 8n curent continuu. #-surarea unei tensiuni de curent a%ternati0
Sin/ura di#eren6a const5 8n schimbarea poi6iei selectorului pe poi6ia > 8n curent alternativ. Din moment ce e#ectu5m tot o m5sur5toare de tensiune sondele multimetrului vor r5m9ne conectate 8n acelea+i prie. Surse de /erico%
Bn ambele cauri de mai sus este etrem de important s5 nu atin/em v9r#urile celor dou5 sonde 8ntre ele atunci c9nd acestea se a#l5 8n contact cu punctele lor respective din circuit. Dac5 acest lucru are loc se va #orma un scurt circuit lucru pe care nul dorim. M5surarea tensiunilor este probabil cea mai utiliat5 #unc6ie a unui multimetru. Fste cu si/uran65 cea mai #olosit5 metod5 pentru asi/urarea 8mpotriva electrocut5rilor +i din acest motiv trebuie #oarte bine 8n6eleas5 de c5tre utiliatorul acestuia. Giindc5 tensiunea este tot timpul relativ5 8ntre dou5 puncte aparatul de m5sur5 trebuie s5 #ie conectat 8ntre dou5 puncte din circuit pentru a putea o#eri un reultat satis#5c5tor. Acest lucru 8nseamn5 c5 ambele sonde trebuie 6inute de m9inile utiliatorului pentru crearea contactelor. Dar +tim deja c5 cea mai periculoas5 cale pentru curent 8n caul electrocut5rilor este 8ntre cele dou5 m9ini
9
deoarece curentul 8n acest ca trece direct prin inim5H din aceast5 cau5 o ast#el de m5sur5toare repreint5 tot timpul un poten6ial pericol. Dac5 iola6ia sondelor este deteriorat5 sau cr5pat5 de/etele utiliatorului pot intra 8n contact direct cu conductorii de curent 8n timpul m5sur5torilor. Dac5 putem #olosi doar o sin/ur5 m9n5 pentru ambele sonde aceasta ar #i cea mai si/ur5 metod5 de e#ectuare a m5sur5torilor. C9teodat5 este posibil5 a/56area uneia dintre sonde pe circuit ne#iind nevoi6i s5 o mai 6inem 8n m9n5H acest lucru repreint5 o reducere a pericolului electrocut5rii. =entru aceast5 opera6ie eista accesorii speciale ce pot #i ata+ate pe v9r#ul sondelor. ine6i minte c5 sondele aparatului de m5sur5 sunt parte inte/rant5 a aparatului 8nsu+i. Dac5 ave6i nevoie de accesorii speciale pentru sonde consulta6i catalo/ul produc5torului aparatului de m5sur5 sau cataloa/ele altor produc5tori de echipamente de m5sur5. %u 8ncerca6i s5 v5 construi6i propriile sonde: =roiectarea sau realiarea lor de#ectuoas5 v5 pot pune 8ntrun real pericol atunci c9nd lucra6i 8ntrun circuit alimentat: De asemenea trebuie 6inut minte c5 multimetrele di/itale realiea5 di#eren6a dintre c.c. +i c.a. Dup5 cum am v5ut mai devreme at9t tensiunile de curent continuu c9t +i cele de curent alternativ se pot dovedi periculoaseH prin urmare c9nd #olosi6i un multimetru pentru asi/urarea unui circuit 8mpotriva electrocut5rii #i6i si/uri c5 a6i e#ectuat m5sur5torile at9t 8n c.c. c9t +i 8n c.a. chiar dac5 nu va6i a+tepta s5 le /5si6i pe am9ndou5: Num-ru% m-sur-tori%or necesare
Atunci c9nd veri#ic5m preen6a unor posibile tensiuni periculoase trebuie s5 lu5m 8n calcul toate punctele din scenariul respectiv. De eemplu s5 presupunem c5 deschidem un panou electric +i /5sim trei conductori ce alimentea5 o surs5 8n curent alternativ. 7prim alimentarea prin intermediul 8ntrerup5torului 8ncerc5m s5 pornim sarcina pentru a veri#ica absen6a oric5rei tensiuni +i vedem c5 nu se 8nt9mpl5 nimic. 0rm5torul pas 8l repreint5 m5surarea tensiunii cu ajutorul aparatului de m5sur5. =rima dat5 veri#ic5m aparatul de m5sur5 asupra unei surse de tensiune cunoscute pentru a ne asi/ura de #unc6ionarea sa corect5 !pri5 de c.a. de eemplu". Gacem acest lucru +i observ5m ca multimetrul #unc6ionea5 corect. Apoi trebuie s5 m5sur5m c5derea de tensiune dintre aceste #ire ale panoului. Dar 10
tensiunea repreint5 o valoare 8ntre dou5 puncte prin urmare ce puncte trebuie s5 lu5m 8n considerareJ Adev5rul este c5 trebuie s5 m5sur5m c5derea de tensiune 8ntre toate combina6iile posibile A cu , , cu C +i A cu C. Dac5 m5sur5m o c5dere de tensiune di#erit5 de ero 8n oricare din aceste scenarii circuitul nu se a#l5 8ntro stare de ener/ie ero. Dar asta nu e tot. 0n multimetru nu va 8nre/istra tensiunile de c.c. atunci c9nd selectorul este poi6ionat pe c.a. +i inversH prin urmare trebuie s5 mai e#ectu5m un set de trei m5sur5tori pentru #iecare din cele dou5 st5ri. Totu+i nici 8n acest ca nu am reu+it s5 acoperim toate posibilit56ile. ine6i minte c5 tensiunile periculoase pot s5 apar5 8ntre oricare dintre conductori +i p5m9nt !8n caul de #a65 carcasa metalic5 a panoului electric". =rin urmare trebuie s5 m5sur5m c5derile de tensiune +i 8ntre #iecare din cele trei puncte +i p5m9nt at9t 8n c.c c9t +i 8n c.a. Acest lucru duce num5rul m5sur5torilor la 12 pentru un scenariu aparent simplu. Desi/ur dup5 ce toate m5sur5torile au #ost 8ncheiate trebuie s5 re test5m #unc6ionarea corect5 a multimetrului prin m5surarea unei c5deri de tensiune cunoscute !pria de eemplu".
#-surarea curentu%ui cu a1utoru% mu%timetru%ui
Aceasta repreint5 cea mai comple5 +i periculoas5 aplica6ie a multimetrului. Motivul este destul de simplu curentul de m5surat trebuie s5 treac5 prin aparatul de m5sur5 ceea ce 8nseamn5 c5 multimetrul trebuie inte/rat 8n circuit. =entru a realia acest lucru circuitul ini6ial trebuie oprit iar multimetrul conectat 8ntre cele dou5 puncte ale circuitului deschis. =entru realiarea propriuis5 a m5sur5torii selectorul trebuie s5 se a#le 8n poi6ia A #ie 8n c.a. #ie 8n c.c. iar sonda ro+ie trebuie introdus5 8n pria marcata cu A !vei #i/ura". 0rm5torul pas este deschiderea circuitului pentru a putea conecta multimetrul. Bnchiderea circuitul se realiea5 apoi prin multimetru ast#el conect5m v9r#urile sondelor la capetele libere ale circuitului deschis sonda nea/r5 la terminalul ne/ativ al bateriei de * > iar sonda ro+ie la cap5tul conductorului liber ce duce la bec. 11
De+i acest circuit cu o surs5 de * > este si/ur din punct de vedere al electrocut5rilor 8n circuitele de putere aceast5 metod5 repreint5 o adev5rat5 surs5 de pericol.
Se%ectarea curentu%ui sau a tensiunii
;a modi#icarea poi6iei multimetrului din modul curent !ampermetru" 8n modul tensiune !voltmetru" se 8nt9mpl5 adesea s5 schimb5m poi6ia de pe A pe > dar s5 uit5m sonda ro+ie 8n pria A +i nu 8n pria !> E". Dac5 aparatul de m5sur5 este apoi conectat la bornele unei surse de tensiune su#icient de mari reultatul va #i un scurtcircuit prin aparatul de m5sur5. Atunci c9nd multimetrul se a#l5 8n poi6ia A acesta este proiectat pentru o reisten65 8ntre v9r#urile sondelor ce tinde practic la - E. Bn poi6ia > lucrurile stau eact invers reisten6a dintre v9r#urile sondelor este de ordinul me/aohmilor !ME". =entru a preveni acest lucru majoritatea multimetrelor produc un avertisment sonor 8n caul 8n care sonda este introdus5 8n pria A iar selectorul este poi6ionat pe >. ,"+ #asurarea tensiuni%or cu a1utoru% 0o%tmetre%or:
Masurarea tensiunilor cu ajutorul voltmetrelor.In circuitele de current continuu si de curen alternativ tensiunile care depasesc 11---- >cu voltmetre. >oltmetrele se lea/a in circuitele de masurare in paralel cu punctele intre care se masoara tensiunea. In #unctie de valorea tensiunii de masurat voltmetrele se conecteaa direct sau in serie cu o reistenta aditionala. ;e/area directa in circuit a voltmetrelor este posibila numai daca curentul de masurat poate trece inte/ral prin dispoitivul de masurat #ara sal deterioree. Curentii si tensiunile #oarte mari se masoara cu ampermetrele si voltmetrele prin intermediul trans#ormatoarelor de masurat. =rin conectarea lor in circuitele de masurare voltmetrele datorita consumului propriu de puteremodi#ica re/imul de lucru al circuitelor si ca urmare valoarea marimii de masurat introducand ast#el o eroare sistematica de metoda. Intre valoarea marimii indicate de aparatele de masurat si cea adevaratacare eista
12
inainte de conectarea acestora in circuitul de masurare eista o di#erenta determinata de #aptul ca reistenta voltmetrelor nu este in#inita. Aceasta di#erenta este cu atat mai mare cu cat consumul de putere al aparatelor de masurat este mai mare in comparatie cu puterea din circuitul in care se #ace masurarea. =entru ca in#luenta consumului aparatelor de masurat si ca urmare eroarea sistematica de metoda sa #ie cat mai mici reistenta voltmetrului trebuie sa #ie cat mai mare in comparatie cu reistenta circuitului de masurare. Ca ampermetru sau ca voltmetru poate #i #olosit oricare din dispoitivele de masurat cu eceptia dispoitivelor electrostatice care nu pot #i #olosite decat ca voltmeter. Curentii si tensiunile alternative se masoara cu aparate di#erite dupa valoarea marimii de masurat. Curentii si tensiunile mici !de ordinul miliamperilor amperilor milivoltilor si voltilor " se masoara in /eneral cu aparate ma/netoelectrice cu redresor sau cu termocuplu. Curentii de ordinul amperilor si ecilor de amperi !pana la cca. )-1-- A" si tensiunile de ordinul ecilor si sutelor de volti ! pana la cca.&--($-> " se masoara cu aparate #eroma/netice electrodinamice si termice cu #ir cald. Curentii de intensitati mari !peste 1--A" se masoara prin intermediul trans#ormatoarelor de masurat care reduc de obicei curentul de masurat la $ amperi sau in anumite cauri la 1 A. Tensiunile inalte ! peste ($- > " se masoara cu ajutorul trans#ormatoarelor de masurat sau cu voltmetre electrostatice. Trans#ormatoarele de masurat se #olosesc in /eneral pentru masurari de tensiunide pana la 1-- ?>. =este aceasta tensiune masurarile cu trans#ormatoare devin costisitoare si de aceea este indicata #olosirea voltmetrelor electrostatice. Vo%tmetre numerice cu com/arati0e
;a aceste voltmetre tensiunea demasurat se compara cu o tensiune de re#erinta !etalon" ce poate #i /enerata indoua moduri 1" in trepte crescatoare si descrescatoare de nivele di#erite !cu aproimati isuccesive". 2" in trepte crescatoare de acelasi nivel. >oltmetrul di/ital cu aproimatii successive a carui schema bloc este pre entata in #i/ura de mai jos #unctioneaa pe principiul compararii tensiunii necunoscutede masurat 0 cu o tensiune de re#erinta 0 re# !variabila in trepte crescatoare si descrescatoare de niveluri di#erite" obtinuta la iesirea unui CA%. 13
Schema cuprinde un element comparator la intrarea caruia se aplica tensiunea analo/ica de masurat 0 si tensiunea de re#erinta 0 re# comandata de un bloc lo/ic care in #unctie de relatia de ordine dintre cele doua tensiuni elaboreaa comeni ce urmaresc e/aliarea acestora. F/aliarea celor doua tensiuni se #ace prin aproimatii succesive adica prin modi#icarea in trepte de niveluri di#erite a tensiunii de re#erinta incepand cu ran/ul cel mai semni#icativ si continuand cu ran/urile imediat in#erioare.
Vo%tmetre%e numerice cu tensiunea crescatoare in tre/te:
Sunt voltmeter care #unctioneaa tot pe baa metodei comparatiei cu deosebirea ca tensiunea dere#erinta #urniata de sursa etalon este o tensiune mereu crescatoare in trepte denivel constant. Schema bloc a unui voltmetru numeric cu tensiunea crescatoare in trepte este preentata in #i/ura 1 iar schema de detaliu in #i/ura 2 14
Gi/. 1 Comparatorul #urnieaa la iesire un semnal K1 cand tensiunea de masurat 0 este mai mare decat tensiunea de re#erinta 0 re# de la iesirea CA% . Acest semnal deschide circuitul Kpoarta care va permitetrecerea spre numarator a impulsurilor /enerate de /eneratorul de tact. %umaratorul binar !cu cinci unitati binare" numara impulsurile aplicate iar combinatiile de K1 siK- de la iesirea sa se aplica prin intermediul comutatoarelor de nivel C% 1 LC%$ retelei de codi#icatoare la iesirea careia se va obtine o tensiune crescatoare intrepte ! 0re# ".
Gi/. 2 Cand se realieaa conditia 0re# 0 comparatorul va #urnia la iesiresemnal K- circuitul poarta blocheaa trecerea impulsurilor de tact si se opreste numararea. Tensiunea necunoscuta 0 va #i e/ala 15
cu numarul binar de la iesirea numaratorului. Gorma de unda a tensiunilor in di#eritele puncte ale circuitului este viualiata in #i/ura 3.
#unctioneaa tot pe baa principiului conversiei semnalelor analo/ice de c. c. 8n timp dar modul 8n care se realieaa aceasta conversie di#era de conversia tensiunetimp 8nt9lnita la voltmetrul di/ital cu rampa liniara. Voltmetrele numerice cu integrare cu dubla panta
Aici conversia tensiunetimp se realieaa 8n doua #ae. Bn prima #aa se inte/reaa semnalul de masurat Ux 8ntrun interval de timp t 1 iar 8n etapa a doua se inte/reaa o tensiune de re#erinta de polaritate inversa !N Uref ". Schema bloc a voltmetrului di/ital cu inte/rare cu dubla panta este preentata 8n #i/ura de mai jos.;a momentul initial comutatorul K este poitionat pe poitia 1 ast#el 8nc9t la intrarea ampli#icatorului operational se aplica tensiunea de masurat Ux. Fa va #i inte/rata 8ntrun interval de timp determinat t 1. Schema bloc voltmetru cu dubla panta
16
=reciia acestor voltmetre este buna !O --1 P Q O -1 P din domeniul de masurare" #iind independenta de #recventa oscilatorului. Fa este determinata de erorile circuitului inte/rator ale comparatorului tensiunii de re#erinta si circuitelor de comutatie. =reciia acestor voltmetre este buna !O --1 P Q O -1 P din domeniul de masurare" #iind independenta de #recventa oscilatorului. Fa este determinata de erorile circuitului inte/rator ale comparatorului tensiunii de re#erinta si circuitelorde comutatie.
," #ASURAREA CURENTILOR Am/ermetre ma!netoe%ectrice
Indicatia 8n curent alternativ a acestor aparate este nula deoarece valoarea medie a cuplului activ instantaneu pe o perioada este ero. Sensibilitatea de curent SI a ampermetrelor ma/netoelectrice este invers proportionala cu cuplul reistent speci#ic D. ;a aparatele destinate masurarii curentilor de ordinul amperilor si miliamperilor cuplul reistent este dat de unul sau curenti de valori #oarte mici cresterea sensibilitatii se realieaa prin N asi/urarea suspensiei pe beni tensionate sau #ire de torsiuneH N utiliarea unor ma/neti permanenti de inductie mare si a unor bobine cu numar mai mare de spireH N utiliarea unui dispoitiv optic pentru citirea deviatiilor . Datorita sensibilitatii ridicate consumului propriu redus clasei de preciie bune ampermetrele ma/netoelectrice se utilieaa cu precadere ca aparate de laborator. Fle se construiesc pentru domenii cuprinse 8ntre -1 si 1-- A cu sunturi interioare si p9na la 1- ?A cu sunturi eterioare . In#i/ura de mai jos este preentatR schema electrica a suntului !a" si a juntului multiplu !b".
17
Cele n sectiuni ale suntului multiplu de valori k n R R ... R ... R 1 2 pot #i determinate prin reolvarea unui sistem de n ecuatii care pot #i scrise pentru cele n domenii stabilite initial k n I I ... I ... I 1 2 . eistenta RT !8n serie cu bobina mobila" realiata 8n /eneral din man/anina serveste la compensarea erorilor de temperatura. Am/ermetre e%ectrodinamice
Ampermetrele electrodinamice sunt aparate precise !clasa de preciie -2 si -1" construite de re/ula ca aparate de laborator si pot #i utiliate at9t pentru masurarea curentului continuu c9t si a celui alternativ. =entru valori reduse ale curentilor !sub -$ A" bobina mobila 2 N 8nseriata cu bobinele #ie 11 N se alimenteaa prin resorturile spirale. =entru valori mai mari ale curentului bobina mobila se conecteaa 8n paralel cu un sunt le/at 8n serie cu bobina #ia asa cum se observa 8n #i/ura de mai jos.
Gunctionarea ampermetrelor electrodinamice este in#luentata de c9mpurile ma/netice eterioare temperatura mediului ambiant si 8n c.a. de #recventa curentului masurat. educerea erorilor determinate de preenta c9mpurilor ma/netice eterioare se poate realia prin ecranarea dispoitivului de masurat. Frorile de temperatura sunt nesemni#icative pentru ampermetrele ale caror bobine 18
sunt le/ate con#orm schemei din #i/ura de mai sus! a). Bn caul le/arii bobinelor dupa schema !b) eroarea de temperatura N determinata 8n principal de variatia reistentei bobinei mobile N se poate diminua considerabil prin conectarea 8n serie cu aceasta a unui reistor R din man/anina. ;a #unctionarea 8n curent alternativ a ampermetrelor electrodinamice modi#icarea #recventei curentului este o posibila sursa de eroare. Daca la ampermetrele cu schema serie in#luenta #recventei asupra reultatului masurarii este ne/lijabila !p9na la 12 ?" la ampermetrele cu schema 8n paralel compensarea erorilor de #recventa se realieaa prin suntarea unei parti din reistenta aditionala a bobinei mobile cu un condensator de capacitate C care compenseaa reactanta inductiva a circuitului !8ntrun interval restr9ns de variatie a #recventei". Am/ermetre e%ectroma!netice 2(eroma!netice3
Ampermetrele #eroma/netice sunt aparate de masura analo/ice #olosite pentru masurarea curentului alternativ de #recventa industriala put9nd 8nsa #i #olosite si pentru masurarea curentului continuu. Deviatia a a sistemului mobil este proportionala cu patratul curentului a < kI 2. Gunctionarea 8n c.c. a acestor ampermetre este in#luentata de histereisul ma/netic al piesei mobile iar 8n c.a. de curentii turbionari indusi care conduc la cresterea pierderilor 8n mieul #eroma/netic.Se construiesc 8n /eneral ca aparate de tablou av9nd clasa de preciie 1$ sau 2$ dar printro constructie adecvata !piese #eroma/netice realiate din aliaje cu permeabilitate mare si c9mp coercitiv redus" erorile determinate de histereis si curentii turbionari sunt reduse considerabil ceea ce permite realiarea ampermetrelor portabile de preciie cu indice de clasa -$ sau -1. Ampermetrele #eroma/netice se construiesc pentru curenti de la 1- mA p9na la 1-- A cu unul sau mai multe domenii de masurare . ;a ampermetrele cu domenii multiple bobina este realiata din mai multe sectiuni schimbarea domeniului de masurare reali9nduse #ie prin schimbarea coneiunii serie sau 8n paralel a sectiunilor #ie prin schimbarea bornei de utiliare !#i/ura de mai jos 8n care este repreentata schema etinderii domeniului de masurare". =entru masurarea unor curenti de valori mari si #oarte mari ampermetrele #erodinamice se conecteaa 8n secundarul unor trans#ormatoare !reductoare" de curent care au curentul secundar nominal I 2n < $ A. Din aceste considerente ampermetrele de tablou !le/ate prin reductoare de curent" se construiesc pentru curentul nominal de $ A. De obicei 8nsa la etalonarea scarii se are 8n vedere raportul de trans#ormare al curentilor i K ast#el 8nc9t indicatia aparatului da direct curentul din primarul trans#ormatorului de curent 8nseriat 8n circuitul de utiliare. 19
Aparatele #erodinamice se caracterieaa prin robustete #iabilitate ridicata capacitate de supra8ncarcare relativ ridicata. Fle au 8nsa un consum propriu destul de ridicat iar preciia este relativ modesta.
4"Sc$ema B%oc
20
4"'A%imentarea
21
Montajul necesita o alimentare de 1$> datorita acestui #apt putem opta pentru o baterie de 1$> Fner/i a carei pret nu depaseste 1 onbuc. ;a bornele ! U " si ! N " se pun bornele prin care trece voltajul ! curent alternativ" ce trebuie masurat . In #unctie de scara de care avem nevoie putem #olosi comutatorul de scara pe una din treptele 1 $1- volti pentru un reultat corect pentru voltmetru sau 1 3 $A pentru masurarea intensitatilor !la ampermetru" Curentul alternativ care intra pe la bornele U si N trece printrun circuit redresor ! punte redresoare " #ormata din diode redersoare ! 1%4--1 " pentru a #i trans#ormat in curent continuu si ast#el aparatul va putea e#ectua masurarea voltajului din circuitul ce trebuie masurat. Inainte de intrarea in circuitul redresor curentul trece prin divior de curent din blocul ampermetrului iar pentru circuitul cu voltmetru curentul trece prin diviorul de tensiune . Dupa redresare curentul de masurat este trece prin circuitul de ampli#icare !tranistoare" apoi este convertit din semnal analo/ic in semnal di/ital printrun CA% . 4"+ Circuitu% de intrare
4.2.1 Diviorul de curent !pentru ampermetru"
e/ula diviorului de curent
DacV la iesirea unui circuit nu este conectatV o reistentV de sarcinV se poate aplica re/ula diviorului de curent pentru a determina curentul prin 2 de eemplu. ;a #el de bine se poate aplica re/ula diviorului de curent si pentru a a#la curentul prin 1. =resupun9nd reistentele parcurse de curentii I1 si I2 cu Wirchho## se /Vseste
le/ea curentilor lui
I < I1 U I2 CVderea de tensiune la bornele reistentelor se determinV cu 0 < I11 < I22 22
le/ea lui 7hm
4.2.2 Di0i)oru%
de tensiune:
S/eci(icatii te$nice: Cum avem doar 3 scari de masurat se vor conecta la
contactele 1 2 si 3 alcomutatorului S1 celelalte ramanand neconectate. Divioarele de tensiune utiliate la masurarea tensiunilor continue alternative si de impuls sunt dispoitive de raport cu doua perechi de borne !tip diport" care stabilesc o relatie de dependenta liniara pe un anumit interval intre marimea de masurat electrica si marimea electrica ce actioneaa asupra circuitului. Diviorul de tensiune reistiv este realiat din reistoare bobinate sau din reistente cu pelicula metalica situatie in care eactitatea este mai scauta dar su#icient de buna pentru instrumentatia analo/ica si di/itala. Se utilieaa pentru masurarea tensiunilor in curent alternative sau in joasa #recventa si pentru etinderea limitei superiore de masurare a voltmetrelorcompensatoarelor de tensiune alternativa etc. In a#ara de divioarele de valoare #ia se construiesc divioare re/labile utiliate pentru prescrierea /amelor la voltmetrele de c.c. Treptele de diviare se ale/ in secventa 1 $1>.Fista divioare de tensiune cu mai multe trepte de diviare cu particularitatea 23
ca una din componente este de inalta eactitate. Aceasta serveste ca etalon la veri#icarea prin comparatie a eactitatii celorlalte reistente ale diviorului. Multe din acestea sunt ast#el realiate incat reistentele componente sau /rupuri ale acestora sa aiba valori nominale e/ale ceea ce permite compararea directa a lor pentru determinarea erorii #iecarei trepte de diviare. In acest #el intre/ul divior poate #i autocalibrat. Frorile divioarelor de tensiune sunt determinate in primul rand de abaterile reistentelor componente de la valorile nominale precum si de imbatranirea reistentelor de variatia valorii acestora cu temperatura si umiditatea de autoincalire si de in#luenta reistentelor de iolatie.Fvitarea erorilor provocate de reistentele de iolatie mai ales la divioare cu reistoare de valori nominale #oarte mari o constituie introducerea ecranelor de /arda pentru interceptarea curentilor de iolatie. Fcranul imbraca toate partile conductoare ale diviorului inclusiv bornele care sun tmentinute la potentiale e/ale cu ale conductoarelor /ardate cu ajutorul unui divior secundar.Curentii prin iolatie sunt concentrati ast#el catre diviorul secundar ocolind reistoarele diviorului principal. 4.3 Am/%i(icatoare%e
Ampli#icatoarele instrumentale repreinta o cate/orie aparte de ampli#icatoare operationale utiliate in special in masurari motiv pentru care acest tip de ampli#icatoare operationale au mai #ost denumite si ampli#icatoare de masura. Ampli#icatorul instrumental este un ampli#icator operational di#erential cu ampli#icare #inita si #oarte bine re/lata re/lajul ampli#icarii #acanduse #ie prin conectarea in eteriorul inte/ratului a unei reistente sau /rup de reistente #ie prin comanda di/itala cu ajutorul unui calculator sau microcontroler. Ampli#icatorul instrumental are per#ormante superioare ampli#icatoarelor operationale in ceea ce priveste tensiunea de decalaj deriva termica liniaritatea stabilitatea si preciia ampli#icarii. Ampli#icatoarele instrumentale pot #i realiate cu componente discrete si ampli#icatoare operationale in tehnolo/ie monolitica sau hibrida. Cele inte/rate au elementele de reactie incluse in structura circuitului inte/rat. ;a aparatura de masura si control ampli#icarea in tensiune se #ace adesea 24
cu ampli#icatoare di#erentiale la care una din intrari este #olosita pentru intrarea de semnal iar cealalta pentru conectarea retelei de reactie. Daca sar #olosi un sin/ur ampli#icator operational reteaua de reactie ar reduce impedanta de intrare la valori care sunt prea mici #ata de cele necesare in aceste aplicatii. Din acest motiv au #ost realiate structuri speciale de ampli#icatoare di#erentiale cu doua sau mai multe ampli#icatoare operationale. Ampli#icatoarele instrumentale sunt ampli#icatoare di#erentiale cu intrari #lotante #ata de masa cu impedanta mare atat in modul di#erential cat si in modul comun si avand o reistenta de iesire redusa.Ampli#icatoarele instrumentale trebuie sa indeplineasca mai multe cerinte X ampli#icarea marimilor preluate de la senori pana la valori care pot #i prelucrate #ara probleme de etajele urmatoare din lantul de prelucrare a semnaluluiH X asi/urarea unei impedante de intrare mari pentru a nu perturba marimea aplicata la intrareH X realiarea unei anumite caracteristici de trans#er liniara sau neliniara in #unctie de natura procesului de masurareH X asi/urarea unei caracteristici de #recventa adecvate procesului de masurareH X asi/urarea unei rejectii a semnalului de mod comun #oarte mare. =rincipalii parametri ai unui ampli#icatorului instrumental sunt a" catigul !"). >aloarea acestui parametru repreinta panta caracteristicii de trans#er a ampli#icatorului instrumental. In datele de catalo/ sunt speci#icate eroarea catigului neliniaritatea catigului si tabilitatea catigului in raport cu temperatura#
b" teniunile de decala$ la intrare i la ieire . Tensiunea de decalaj la intrare Uoi YZ>[ si tensiunea de decalaj la iesire Uoo YZ>[ sunt independente una #ata de cealalta si prin urmare trebuie considerate separat. =entru un casti/ dat tensiunea totala de decalaj Uo este de#inita pe baa a doua erori eroarea totala raportata la intrare Uo!TI" < Uoi U Uoo"H 25
eroarea totala raportata la iesire Uo!T7" < "Uoi U Uoo# c" curentul de decala$ la intrare !in YnA[" %aloarea acetuia in functie de temperatura !in YnA[" precum si coeficientul mediu de temperatura al curentului de decala$ la intrare !in YpA-C[". d" curentul de polari&are la intrare !in YnA[" %aloarea acetuia in functie de temperatura !in YnA[" precum si coeficientul mediu de temperatura al curentului de polari&are la intrare !in YpA-C[". d" impedantele de intrare diferentiala i de mod comun . Sunt alcatuite dintro reistenta in paralel cu o capacitate. Se eprima in 'E\\pG. e" impedanta de ieire. Fste #oarte mica de ordinul 1-2 E. #" teniunea i curentul de &gomot ale amplificatorului . Acesti parametri pot #i raportati #ata de borna de intrare a ampli#icatorului #iind speci#icati ca si valori var# la var# sau e#ective intrun anumit interval de #recvente !se eprima in Yn>[ respectiv in YpA[". /" raportul de re$ectie a modului comun CMM. Fste speci#icat pentru o anumita nesimetrie a sursei de semnal de intrare de obicei 1 ?E pentru di#erite valori ale casti/ului si ale tensiunii de mod comun UC' . CM creste odata cu cresterea casti/ului si scade odata cu cresterea #recventei. h" parametri re#eritori la re/imul dinamic banda de frec%ente la ( d* la emnal mic . Fste speci#icata pentru di#erite valori ale casti/ului. Cu cat casti/ul este mai mare cu atat banda de #recvente este mai mica. %ite&a de urmarire !Sle] ate S Y>Zs[". timpul de tabili&are. Fste speci#icat in #unctie de valoarea casti/ului pentru o variatie data a tensiunii de intrare.
26
4"4 Circuitul redresor
edresoarele sunt circuite care trans#orm5 curentul alternativ 8n curent continuu. Dup5 tipul dispoitivelor care redresea5 +i dup5 modul acestora de comand5 redresarea poate #i necomandat5 !cu comuta6ie natural5" sau comandat5 !cu comuta6ie #or6at5". Bn aceast5 lucrare se vor studia circuite de redresare necomandate. edresarea necomandat5 se realiea5 8ntro majoritate cov9r+itoare de cauri cu diode. edresarea tensiunilor alternative este cea mai des utiliat5 opera6ie neliniar5 e#ectuat5 asupra semnalelor variabile 8n timp.edresorul monoalternan65 ideal poate #i privit ca un diport cu #unc6ionare de comutator comandat de polaritatea tensiunii de intrare. Dac5 polaritatea este poitiv5 comutatorul este 8nchis +i tensiunea de la intrare se re/5se+te la ie+ire. Bn caul 8n care tensiunea de intrare este ne/ativ5 comutatorul se deschide iar tensiunea de la ie+ire devine -. Cele mai utiliate comutatoare pentru aceast5 #unc6ie sunt diodele semiconductoare. Se poate considera c5 redresorul dubl5 alternan65 este un diport care aplic5 #unc6ia matematic5 ^ M7D0; ^ semnalului de intrare.Aceast5 #unc6ionare se poate ob6ine prin cuplarea a dou5 redresoaremonoalternan65 unul direct +i cel deal doilea prin intermediul unui repetor inversor de tensiune. 0tiliarea diodelor semiconductoare pentru redresarea semnalelor alternative repreint5 o solu6ie deosebit de simpl5 +i ie#tin5 a problemei 8n caul 8n care se urm5re+te aspectul ener/etic dac5 se porne+te de la tensiuni de intrare mult mai mari dec9t c5derea de tensiune direct5 pe diod5.
27
Bntradev5r tensiunea la ie+irea redresorului monoalternan65 cu diod5 semiconductoare cu siliciu nu repet5 identic semialternan6a poitiv5 a tensiunii de intrare ci preint5 un decalaj de aproimativ -& > #a65 de aceasta. Bn aplica6iile care au 8n vedere prelucrarea de in#orma6ie pentru m5surarea tensiunilor alternative sau 8n nenum5rate alte aplica6ii de semnal mic este inacceptabil5 distorsionarea semnalului.=entru 8nl5turarea inconvenientelor preentate mai sus se #olosesc scheme compuse din A.7. +i diode semiconductoare numite redresoare de preciie.
4"5 CAN
Conversia analo/ numeric5 cu dubl5 pant5 este ilustrat5 in urm5toarea #i/ur5
28
Semnalul de intrare este inte/rat intrun interval de timp #iat Ti determinand la iesirea inte/ratorului o ramp5 liniar5 dac5 este constant in timp. ;a s#arsitul intervalului de timp de inte/rare partea lo/ic5 determin5 deconectarea semnalului analo/ic de intrare si conectarea la o tensiune de re#erint5 in locul intr5rii analo/ice. e#erinta este de polaritate invers5 #at5 de semnalele de intrare. Timpul in care tensiunea pe inte/rator devin ero este dependent de m5rimea tensiunii la care a #ost inc5rcat condensatorul. Dac5 Ti < +iTc se m5soar5 intervalul de timp de desc5rcare T x< + x Tc . In timpul desc5rc5rii se obtine
29
Preci)ia
Gaptul ca % nu depinde in mod eplicit de alti #actori perturbatori o#era /arantia unei bune preciii.Totusi la o analia maio atenta va trebui sa mai includem printre posibilele elemente ce a#ecteaa preciia de liniaritate imper#ecta a rampelor #luctuatii relativ rapide ale #recventei /eneratorului de tact tensiunile de decalaj si derivatele termice ale inte/ratului si ale comparatorului tensiunile perturbatoare suprapuse peste semnal injectate in nodul de intrare Aceste tensiuni perturbatoare sunt de re/ula semnale alternative si ca urmare sunt in mare masura atenuate prin e#ectul de inte/rare.=entru ca un semnal alternativ sa #ie complet rejectat trebuie ca durata inte/rarii t1 sa #ie multiplu al perioadei acestui semnal.=rincipala perturbatie alternativa este tensiunea retelei cu #recvanta de $- de deci cu perioada T<2-msHde aceea este util sa se alea/a t1
•
Circuitu% de aducere automata %a 678
Asi/ura corectie tensiunii de decalaj. Se urmareste corectia tensiunii de decalaj datorate ampli#icatorului si eventual si eventual si a comparatorului. In schema din #i/ura de mai jos se presupune ca inte/ratorul este precedat de un ampli#icator si se urmareste corectia tensiunii de decalajdatorate acestuia si ampli#icatorului operational din inte/rator.
In starea K- comutatorul W3este inchis si ast#el se stabileste o bucla de reactie ne/ativa. Ampli#icatoarele avand ampli#icarea #oarte mare pe condensator va apare o tensiune e/ala cu tensiunea de decalaj >os!a" ast#el incat la bornele ampli#icatorului operational ideal di#erenta de potential sa #ie nula.
30
In celelalte doua stari comutatorul este deschis si C nu se poate descarca anihiland ast#el e#ectul tensiunii de decalaj.In bucla de reactie poate #i inclus si comparatorul!b". 4"9 eneratoru% eta%on 2e3 "eneratorul de tact etalon !'F" este constituit dintrun simplu oscilator
C #recven6a acestui put9nd #i re/lat5 la 4- ? !timpul de inte/rare este T 1<1-- ms" sau $- ? !T1<4- ms"H pentru realiarea intervalului T 1 #recven6a /eneratorului este diviat5 intern la valori corespun5toare. Tensiunea de re#erin65 !0 -" este preluat5 de la dioda _ener intern5 de 2) > !coe#icient termic --1P`C" prin intermediul unui poten6iometru cu ajutorul c5ruia poate #i re/lat5 la 1-- m> !pentru /ama de 2-- m>" sau la 1 > !pentru /ama de 2 >". Dac5 se renun65 la re#erin65 voltmetrul poate #i utiliat ca lo/ometru !ra6iometru" cea dea doua tensiune #iind introdus5 8n locul lui 0 - !adic5 pe cursorul poten6iometrului".
4"9 Divizorul de frecventa
Divioarele de #recven65 sunt circuite speciale la care in#orma6ia de intrare este considerat5 8n /eneral #recven6a semnalului de tact iar in#orma6ia de ie+ire este #recven6a unui semnal /enerat. Bmp5r6ind #recven6a de intrare la #recven6a de ie+ire se ob6ine raportul de diviare. Ca +i observa6ie #actorul de umplere a 31
semnalului de ie+ire nu neap5rat este e/al cu -$. Fste important #aptul c5 num5rul de st5ri distincte prin care trece circuitul trebuie s5 #ie e/al cu raportul de diviare.
4" Numaratoru%
4"
Decodoare
Decodorul este un circuit lo/ic cu mai multe intr5ri +i mai multe ie+iri care converte+te semnalele de intrare codate 8n semnale de ie+ire codate codurile de intrare +i de ie+ire #iind di#erite. Bn /eneral codul de intrare este construit pe mai pu6ini bi6i dec9t codul de ie+ire iar 8ntre cuvintele de cod de intrare +i cuvintele de cod de ie+ire eist5 o coresponden65 biunivoc5. Structura /eneral5 a unui circuit de decodare este cea din #i/ur5. Intr5rile de activare dac5 eist5 trebuie s5 #ie con#irmate pentru ca decodorul s5 realiee coresponden6a intrareie+ire 8n mod normal. Bn ca contrar decodorul asocia5 tuturor cuvintelor de intrare un sin/ur cuv9nt de cod de ie+ire Kdisabled !Kneactivat". =entru semnalul de intrare cel mai #recvent se utiliea5 un cod binar de n bi6i 8n care un cuv9nt de n bi6i repreint5 una dintre cele 2 n valori codate di#erite 32
8n mod normal N numerele 8ntre/i de la - la 2 n1. 0neori codurile binare de n bi6i se trunchia5 repreent9nduse ast#el mai pu6in de 2 n valori. De eemplu 8n codul ,CD combina6iile de 4 bi6i de la ---- la 1--1 repreint5 ci#rele ecimale 1...* iar combina6iile de la 1-1- la 1111 nu sunt utiliate. =entru semnalul de ie+ire cel mai #recvent se utiliea5 un cod 1 din m care con6ine m bi6i 8n orice moment #iind con#irmat unul dintre bi6i. Ast#el pentru un cod 1 din 4 cu valorile de ie+ire active 8n I' cuvintele de cod sunt ---1 --1- -1-- +i 1---. Dac5 valorile de ie+ire sunt active 8n ;7 cuvintele de cod sunt 111- 11-1 1-11 +i -111. Decodorul binar Decodorul binar este destinat opera6iilor de /enerare a semnalelor de selec6ie sau de implementare a #unc6iilor lo/ice mai complicate. Acest tip de decodor are n intr5ri de cod un num5r de intr5ri de validare +i 2 n ie+iriH intr5rile de validare permit activareadeactivarea #unc6ion5rii decodorului prin trecerea ie+irilor 8n starea inactiv5. 0n eemplu de decodor binar este S%(413) !decodor binar 1 din ) 8n tehnolo/ie TT;"H 8n seria CM7S standard nu eist5 un decodor binar. Decodorul ,CDecimal Acest decodor are 4 intr5ri +i 1- ie+iri corespun5toare numerelor ecimale -...*H codurile 1-...1$ sunt invalide +i nu produc activarea niciunui semnal de ie+ire. Decodorul ,CDecimal este #olosit mult la comanda a#i+ajelor cu tuburi indicatoare !unde #iecare ci#r5 are comand5 separat5" sau la comanda unor a#i+aje de tip bar/ra#. Femple de decodoare ,CDecimal S%(442 !decodor 1 din 1- de u /eneral 8n tehnolo/ie TT;" S%(4141 !decodor 1 din 1- pentru atacul tuburilor indicatoare 8n tehnolo/ie TT;" 4-2) !decodor 1 din 1- de u /eneral 8n tehnolo/ie CM7S". Decodoare de comand5 a a#i+ajului =entru etra/erea datelor binarecimal din num5r5toarele binare +i a#i+area lor 8n #orm5 ecimal5 se utiliea5 un decodor de comand5. Bn #unc6ie de #orma caracterelor a#i+ate reult5 trei tipuri principale de decodoare +i anume decodoare pentru comanda ilumin5rii directe a caracterelor ecimale prin codul 1 din 1- •
33
decodoare pentru comanda ilumin5rii unor se/mente din combinarea c5rora reult5 caractere ecimaleH decodoare pentru comanda ilumin5rii unor puncte 8n cul repreent5rii prin matrice al#anumerice. Tipul decodoarelor este determinat +i de valorile tensiunilor +i curen6ilor pentru comanda di#eritelor sisteme de a#i+aj. Ast#el pentru comanda sistemelor de a#i+aj cu ;FDuri condi6ia principal5 impus5 decodorului este asi/urarea curentului de ie+ire pentru polariarea se/mentelor valorile uuale #iind de 22- mA. Bn caul circuitelor TT; aceasta nu constituie o problem5. Deoarece valorile tensiunii directe pe un se/ment electrolumniscent este de 1&34 > se impune conectarea unei reisten6e serie la decodoarele cu circuit de ie+ire Kcolector deschis pentru compatibilitatea cu tensiunea de alimentare de $> a circuitelor TT;. Decodoarele CM7S pot comanda sisteme de a#i+are cu ;FDuri direct 8n caul celor cu un curent de lucru de $ mA sau prin intermediul unor ampli#icatoare de curent 8n caul unui curent mai ridicat. Bn preent se realiea5 circuite inte/rate monolitice care includ at9t sistemul de a#i+are ;FD c9t +i celelalte blocuri circuite de num5rare memoria decodorul etc. pentru comanda sistemelor de a#i+aj cu cristale lichide se #olosesc decodoarele cu circuite CM7S care asi/ur5 minimiarea consumului de putere. Comanda cristalelor lichide impune un arti#iciu de schem5 8n vederea activ5rii se/mentelor cu o tensiune alternativ5 !de la o surs5 auiliar5" +i a producerii unei tensiuni nule pe se/mentele ce #ormea5 caracterul. Sistemul de a#i+are cu cristale lichide nu se pretea5 la comanda prin multipleare din caua #aptului c5 nu eist5 un pra/ bine de#init de blocare +i c5 la aceste sisteme timpul de r5spuns are o valoare relativ mare. •
•
•
•
4"; Sisteme de a(i
A#i+area numeric5 a reultatelor m5sur5rii are ca avantaje posibilitatea citirii de la distan65 +i 8nl5turarea erorilor subiective de citire. 0n sistem de a#i+are numeric5 ideal ar #i acela care ar r5spunde simultan urm5toarelor cerin6e durat5 de via65 nelimitat5 ceea ce ar 8nsemna cca. 1-- --- ore de #unc6ionare !aproimativ 1- ani"H consum de putere c9t mai redus pentru a asi/ura necesitatea de alimentare autonom5 a aparatelor de m5suratH tensiuni de alimentare +i de lucru compatibile circuitelor inte/rate +i lo/icii numerice standardH •
•
•
34
#unc6ionarea 8n condi6ii /rele de solicit5ri de natur5 mecanic5 !vibra6ii +ocuri etc."H #unc6ionarea 8n limite c9t mai lar/i de temperatur5 !de la $$C la 12$C" +i 8n medii cu radia6ii intenseH un raport pre6 de costper#orman6e reonabil. Dintre cele c9teva sisteme care au 8ncercat c9t ami mult s5 se apropie de acest model ideal cele care sau impus 8n preent #iind acum aproape 8n mod e/al utiliate sunt a#i+ajele cu ;FD +i cu cristale lichide. •
•
Sistemu% de a(i
Diodele electroluminiscente !;FD" sunt dispoitive semiconductoare cu jonc6iune pn care emit radia6ii 8n spectrul viibil atunci c9nd sunt polariate direct. Caracterele prin care se #ace a#i+ajul sunt a+eate 8ntrun sin/ur plan reali5rile practice #iind #ie cu ( se/mente !pentru a#i+area ci#relor -...* +i a literelor A b c d F G I ; = S 0" #ie cu o matrice de Kpuncte !circulare sau p5tratice" de $( sau 4( elemente pentru orice a#i+are al#anumeric5. Conectarea diodelor 8n caul a#i+5rii cu ( se/mente se #ace cu anodul sau catodul comun iar comanda de la decodor se aplic5 la catoi respectiv la anoi. Bn caul matricelor se realiea5 conectarea pe coordonate !coloane +i r9nduri" unde sunt le/a6i 8mpreun5 anoii de pe o coloan5 +i catoii diodelor de pe un r9nd. ;a aceast5 dispunere se reduce num5rul conductorilor din elementul de a#i+are cu reversul ei N complicarea decodorului de comand5 ceea ce pe ansamblu este avantajos. =er#orman6ele tipice ale sistemului de a#i+are cu elemente ;FD sunt urm5toarele compatibilitatea cu circuitele inte/rate TT; +i CM7SH #unc6ionare stabil5 8n domeniul de temperatur5 -(-C +i pentru anumite tipuri 8n limitele $$1--CH durata de via65 mai mare dec9t 1-- --- oreH 8n5l6imea caracterelor 2$ la 1$ mm pentru care se ajun/e la un consum mediu de &- la 2)- mcaracter !cu toate se/mentele polariate"H culoarea luminii emise ro+ie !pentru citirile mai rar e#ectuate de acela+i operator pentru indicarea valorilor de aten6ie sau pentru citirea de la o distan65 mai mare" verde !cea mai convenabil5 pentru ochi deci necesar5 8n citirile repetate +i 8ndelun/ privite" sau /alben !pentru citirile 8n spa6iile mai 8ntunecoase". Cromatica radia6iilor emise de un ;FD 8n spectrul viibil depinde prin lun/imea sa de und5 de raportul dintre num5rul impurit56ilor donoare !de eemplu arsen" +i num5rul celor acceptoare !de eemplu /aliu" din jonc6iunea pn. • •
• •
•
35
Sistemu% de a(i
Cristalele lichide asi/ur5 posibilitatea a#i+ajului pe ecrane cu date multiple cu consum mic de putere !eci de Z" potrivit pentru aparatele electronice de m5surat portabile. Sistemele de a#i+are cu cristale lichide pot #i realiate 8n dou5 moduri de #unc6ionare prin transmisie sau prin re#lec6ie !cel mai r5sp9ndit" 8n ambele cauri cristalul lichid #iind 8nchis ermetic 8ntre doi electri !supor6i" cu o structur5 de #orma celei din #i/ur5 !o schi65 a unei celule de a#i+aj de ba5".
Bn caul #unc6ion5rii prin transmisie ambii electroi sunt transparen6i +i lumina unei surse auiliare p5trunde dinspre electrodul posterior perpendicular pe direc6ia de observare. ;a #unc6ionarea prin re#lec6ie !caul din #i/ur5" electrodul postrior este opac +i re#lect5 lumina care vine dinspre observator. Aici viualiarea se #ace prin utiliarea e#ectului di#u5rii dinamice a luminii cu celule de ba5 precum cea din #i/ur5 care este #ormat5 din dou5 pl5cisuport transparente 8ntre care se /5se+te cristalul lichid +i de care N pe #e6ele interioare N sunt #ia6i electroii conductori !din oii de staniu". Ace+ti electroi conductori sunt 8n contact direct cu cristalul lichid. Bn absen6a di#eren6ei de poten6ial 8ntre electroi un #ascicul de lumin5 care p5trunde 8n celul5 prin electrodul transparent #rontal va #i di#uat 8napoi !spre observator" 8ntrun con #ascicular cu un un/hi mic !$1$". Dac5 se aplic5 o di#eren65 de poten6ial !continu5 sau de joas5 #recven65" de c96iva vol6i atunci peste un anumit pra/ !$( >" lumina va #i di#uat5 puternic 8n #a65 8ntrun con #ascicular de &-)- !un/hi la v9r#". Ast#el dac5 8ntre electroii celulei tensiunea este 0<- di#uia nu apare +i celula va #i nea/r5H pentr 0 !$( >" di#uia luminii va #i puternic5 i celula va apare alb5. =arametrii tipici a#i+ajului cu cristale lichide sunt 36
