Мы постарались сделать так,

чтобы Вы получили удовольствие

как от сборки и настройки этого прибора,

так и от его эксплуатации.

Олег, Павел

RLC-2

1. Технические характеристики Измеряемый параметр	Частота тест-сигнала
	100Гц	1кГц	10кГц
R	0.01 Ом – 100 МОм	0.01 Ом – 100 МОм	0.01 Ом – 10 МОм
C	1пФ – 22000мкФ	0.1пФ – 2200мкФ	0.01пФ – 220мкФ
L	1мкГн – 20 кГн	0.1мкГн – 2 кГн	0.01 мкГн – 200Гн

Режимы работы:

- частота тест-сигнала 100Гц, 1кГц, 10кГц;

- амплитуда тест-сигнала 0.3В;

- последовательная/параллельная (s/p) схема замещения; - автоматический/ручной выбор диапазона измерений;

- режим удержания показаний;

- компенсация параметров КЗ и ХХ; - отображение результатов измерений в виде:

R + LC

R + X Q + LC (добротность) D + LC (tg угла потерь)

- подача постоянного напряжения смещения на тестируемый элемент 0-30В (от внутреннего источника);

- измерение напряжения смещения (0.4В-44В);

- подача постоянного тока смещения на тестируемый элемент (от внешнего источника):

- отладочный режим.

Максимальное время измерения на:

- 100Гц – 1.6с; - 1кГц, 10кГц – 0.64с.

2. Принцип работы

В основе работы прибора лежит метод вольтметра и амперметра, т.е. измеряется падение напряжения на тестируемом элементе и ток через него, а Zx рассчитывается как Zx=U/I. Разумеется, значения тока и напряжения надо получить в комплексном виде. Для измерения реальной (Re) и мнимой (Im) составляющих напряжения и тока используется синхронный детектор (СД), работа которого в свою очередь синхронизирована с тестовым сигналом. Подавая на управление ключами СД меандр с сдвигом 0º или 90º относительно тестового сигнала, получаем искомые Re и Im части напряжения и тока. Таким образом, для одного измерения Zx необходимо выполнить четыре измерения, два для тока и два для напряжения. Преобразованием сигнала с СД в цифровую форму занимается АЦП двойного интегрирования. Выбор такого типа

АЦП обусловлен его низкой чувствительностью к помехам, и тем, что интегратор АЦП играет роль дополнительного фильтра сигнала после СД.

Тестовый сигнал получается из меандра после ФНЧ1 (фильтр низкой частоты на переключаемых конденсаторах) и ФНЧ2 (обычный двойной RC фильтр), который убирает остатки частоты F*100.

В приборе для измерения тока применен активный (на ОУ) преобразователь ток-напряжение. Руководствуясь принципом «мало-нормально-много», МК управляет выбором R range и Ку усилителя согласно представленной ниже таблице, добиваясь максимальных показаний АЦП:

Диапазон	R range	Ку для тока	Ку для напряжения
0	100 Ом	1	100
1	100 Ом	1	10
2	100 Ом	1	1
3	1к	1	1
4	10к	1	1
5	100к	1	1
6	100к	10	1
7	100к	100	1

 

3. Схема

Схема разделена на три части:

- аналоговая часть;

- цифровая часть;

- блок питания.

Ничего не рождается на пустом месте, так в нашем случае. Часть узлов и идей были “позаимствованы” от схем промышленных приборов, имеющихся в свободном доступе – LCR-4080 (Е7-22), RLC-9000, RLC-817, Е7-20.

Прибор работает следующим образом.

Микроконтроллером (МК) PIC16F876A формируется SinClk (RC2, выв.13) меандр частотой 10кГц, 100кГц или 1MГц. Сигнал подается на вход делителя, выполненного на микросхемах DD12 и DD13. На выв. 10 DD12 получаем частоту SinClk/25, которая в свою очередь дополнительно делится на 4. На выходах сдвигового регистра получаются сигналы, сдвинутые

относительно друг друга на 90º, необходимые для работы СД. Сигнал 0_Clk подается на микросхему DA6, представляющую собой эллиптический фильтр 8-го порядка. Этим фильтром выделяется первая гармоника. Частота среза фильтра определяется частотой сигнала, подаваемого на цифровой вход (выв.1 DA6). Полученный синусоидальный сигнал (первая гармоника) дополнительно фильтруется двойной RC-цепочкой R39, C27, R31, C20. На нижних диапазонах 1кГц и 100Гц подключаются дополнительно соответственно C28, C21 и C26, C25. После выходного буфера на DA3 синусоидальный сигнал через ограничительные резисторы R16, R5 и разделительный конденсатор C5 поступает на Zx. Амплитуда тестового сигнала на холостом ходу примерно 0.3В.

Падение напряжения на Zx (канал напряжения) снимается через конденсаторы C6 и C7 и подается на вход инструментального ОУ (ИОУ), выполненного на DA4.2, DA4.3 и DA4.4. Коэффициент усиления этого ИОУ определяется соотношением R28/R22=R27/R23=10k/2k=5. Через аналоговый ключ DA7.3 сигнал подается на усилитель с переменным Ку. Необходимый коэффициент усиления (1, 10 или 100) устанавливается сигналами управления Mul10 и Mul100. Дальше сигнал подается на СД DA9. На управление ключами СД подается меандр с частотой тестового сигнала со сдвигом 0º и 90º. Т.о. выделяется реальная и мнимая составляющая сигнала. Сигнал после ключей СД интегрируется цепочками R41-C30 и R42-C31 и подается на дифференциальный вход АЦП.

Ток через Zx преобразуется в напряжение на DA1 с набором из 4-х резисторов (100, 1к, 10к и 100к) в обратной связи, переключаемых с помощью DA2. Дифференциальный сигнал преобразования снимается через C18 и C17 и подается на вход ИОУ, выполненного на DA5. С его выхода сигнал поступает на аналоговый ключ DA7.3.

Опорное напряжение 0.5В АЦП получается на параметрическом стабилизаторе R59–LM385-1.2V и последующем делителе R56, R55. Тактовый сигнал АЦП AdcClk (частотой 250кГц для измерений на 1кГц и 10кГц, частотой 100кГц для 100Гц) формируется модулем USART в синхронном режиме с выхода RC5. Одновременно он подается на вывод RC0, который установлен программой как вход TMR1 в режиме счетчика. Цифровой код преобразования АЦП равен количеству импульсов AdcClk минус 10001 за время, пока сигнал Busy АЦП находится в „1”. Эта особенность используется ввода в МК результатов преобразования АЦП. Сигнал Busy подается на вывод RC1, который настроен как вход модуля сравнения и захвата МК (CPP). С его помощью запоминается значение TMR1 при положительном фронте сигнала Busy, а потом при отрицательном. Вычитая эти два значения, получаем искомый результат работы АЦП.

4. Детали

Мы старались выбирать детали исходя из критерия их доступности, максимальной простоты и повторяемости схемы. На наш взгляд единственная дефицитная микросхема - это MAX293. Но ее применение позволило значительно упростить узел, формирующий опорный синусоидальный сигнал (по сравнению с аналогичным узлом, скажем, в RLC4080). Мы также старались уменьшить разнообразие типов применяемых микросхем, номиналов резисторов и конденсаторов.

Требования к деталям.

Разделительные конденсаторы C6, C7, C17, C18, C29, C36, С34, С35, С30, С31 должны быть пленочные типа MKP10, MKP2, К73-9, К73-17 или т.п., первые четыре на напряжение минимум 250В, для С29, С36, С34, С35, С30, С31 достаточно 63В.

Самый критичный по своим параметрам элемент - это интегрирующий конденсатор C33. Он должен иметь низкие показатели диэлектрической абсорбции. Исходя из описания на ICL7135, необходимо применить конденсатор либо с полипропиленовым, либо с тефлоновым диэлектриком. Широко распространенные К73-17 в качестве интегрирующего конденсатора дают

ошибку 8-10 единиц АЦП в середине шкалы, что совершенно неприемлемо. Необходимые конденсаторы с полипропиленовым диэлектриком были обнаружены в старых мониторах. Если будете выбирать монитор на разборку, берите с толстым видеокабелем, там хорошие гибкие изолированные экранированные провода, пойдут на изготовление щупов к прибору.

Транзисторы VT1-VT5 можно заменить практически любыми другими NPN в том же корпусе.

Звуковой излучатель SP – электродинамический, от старой материнской платы. Если его сопротивление равно 50-60 Ом, то добавочное R65 можно поставить равным 0.

Детали, которые рекомендуется подобрать попарно:

R41=R42, C30=C31 – для СД;

R28=R27, R22=R23 – для ИОУ напряжения;

R36=R37, R32=R33 – для ИОУ тока.

Детали, которые рекомендуется подобрать точно по номиналу:

R6, R7, R8, R9 – от стабильности этих резисторов зависит тепловая и долговременная стабильность показаний прибора;

C20, C21, C25, C26, C27, C28 – особенно обратите внимание на конденсаторы номинала 0.1мкФ;

R48, R49, R57,R58 – от их соотношения зависит к-т усиления масштабирующего усилителя.

ЖКИ стандартный 2х16 символов, выполнены на HD44780 или совместимым с ним контроллером. Надо отметить, что встречаются индикаторы с различной разводкой выводов 1 и 2 - земля и питание. Неправильно включение приведет к выходу ЖКИ из строя! Проверьте внимательно документацию к вашему дисплею и визуально по самой плате!

5. Конструкция

Прибор собран на трех платах:

a. Основная плата аналоговой и цифровой части;

b. Плата дисплея;

c. Блок питания.

Прежде чем делать платы, рекомендуем уточнить размеры под свои детали. Особенно это относится к конденсаторам. На плате оставлено место под детали с достаточно большими габаритами, но проверить будет не лишнее.

Основная плата двухсторонняя. Верхняя сторона сплошная, служит для общей земли. Через переходные отверстия (в RLC2.lay помечены как сквозные) земля с верхнего слоя соединяется с нижним. На отверстиях под выводные детали с верхней стороны (земли) надо снять фаску сверлом 2.5мм. Сначала паяем (или проклепываем медным проводом и пропаиваем) земляные перемычки, потом выводные перемычки. Далее запаиваем SMD компоненты: резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы. За ним выводные детали: колодки, конденсаторы, разъемы.

Плата дисплея тоже двухсторонняя. Верхний слой земля – играет роль экрана от ЖКИ. Переходные отверстия так же служат для соединения верхнего и нижнего слоя земли.

Плату LCD желательно подключить к основной плате экранированным шлейфом. Он сделан из 4-х проводов, поверх которых поставлена обычная оплетка и изоляционная трубка. Оплетка заземляется только со стороны основной платы. Шлейф пропускают через ферритовое кольцо от какой-нибудь компьютерной техники. Т.о. уменьшаются до минимума помехи от работы LCD.

Плата БП односторонняя. Есть два варианта разводки под детали разного размера. На платах не поставлены конденсаторы на вход (220В) трансформатора и параллельно диодам моста, разводку лучше доделать и при необходимости поставить. Особенностью платы является способ разводки земли „в одну точку”. Если будете переразводить по каким-то причинам, сохраните эту конфигурацию. Важно подобрать трансформатор с маленькими потерями (маленький ток ХХ). Перед выбором или изготовлением трансформатора рекомендуем ознакомится со статьей В.Т. Полякова «Уменьшение поля рассеяния трансформатора», опубликованной в ж.Радио, №7 за 1983 год. Практика показала, что китайский ширпотреб без перемотки нормально не работает.

Скорее всего, придется самому намотать трансформатор исходя из формулы „Витков/вольт=55-60/S”. Это не опечатка именно 55-60/S, в этом случае потери и наводки от трансформатора будут меньше. Конструкцию трансформатора желательно выбрать такой, в которой сетевая и вторичные обмотки расположены в отдельных секциях. Это уменьшит емкость между обмотками.