Точный источник напряжения. Точный источник опорного напряжения для калибровки мультиметров в домашних условиях

Основные элементы схемы:

• Микросхема AD584 — прецизионный источник опорного напряжения
• Источник питания +12В
• Переключатель для выбора выходного напряжения

Эта простая схема позволяет получить стабильное опорное напряжение 2,5В, 5В, 7,5В или 10В в зависимости от положения переключателя.

Характеристики источника опорного напряжения на AD584

Рассмотрим основные характеристики источника опорного напряжения на базе AD584:

• Точность установки напряжения: ±5 мВ (типовое значение)
• Температурный коэффициент: 5 ppm/°C (максимум)
• Долговременный дрейф: 25 ppm/1000 часов
• Выходной ток: до 5 мА
• Уровень шума: 4 мкВ (размах, 0.1 Гц — 10 Гц)

Эти характеристики позволяют использовать данный источник для калибровки большинства мультиметров, включая модели среднего класса точности.

Применение источника опорного напряжения

Рассмотрим основные способы применения созданного источника опорного напряжения:

Проверка точности мультиметра

Для проверки точности мультиметра нужно выполнить следующие шаги:

1. Подключить мультиметр к выходу источника опорного напряжения
2. Установить на источнике напряжение 10В
3. Сравнить показания мультиметра с номинальным значением
4. Повторить измерения для напряжений 7,5В, 5В и 2,5В

Отклонение показаний более чем на 0,5% для большинства мультиметров говорит о необходимости калибровки.

Калибровка мультиметра

Для калибровки мультиметра потребуется:

• Источник опорного напряжения
• Отвертка для регулировки (обычно шлицевая)
• Инструкция по калибровке конкретной модели мультиметра

Процесс калибровки обычно включает следующие этапы:

1. Подключение мультиметра к источнику опорного напряжения
2. Установка определенного напряжения (обычно 5В или 10В)
3. Регулировка внутреннего подстроечного резистора мультиметра
4. Проверка точности на других диапазонах

Сравнение нескольких мультиметров

Для сравнения точности нескольких мультиметров достаточно подключить их параллельно к выходу источника опорного напряжения. Это позволит быстро выявить прибор с наибольшим отклонением показаний.

Меры предосторожности при работе с источником опорного напряжения

При использовании источника опорного напряжения следует соблюдать некоторые меры предосторожности:

• Не превышать максимальный выходной ток микросхемы (обычно 5-10 мА)
• Использовать стабильный источник питания
• Избегать нагрева микросхемы выше рекомендованной температуры
• Не допускать короткого замыкания выхода
• Соблюдать полярность при подключении

Соблюдение этих простых правил обеспечит долгую и стабильную работу источника опорного напряжения.

Альтернативные способы получения точного напряжения

Помимо создания специального источника опорного напряжения, существуют и другие способы получить достаточно точное напряжение для проверки мультиметров:

Использование новой батарейки

Стабилизированный блок питания

Качественный лабораторный блок питания может обеспечить достаточно стабильное напряжение. Однако его точность обычно не превышает 0,1-0,5%.

Другой откалиброванный мультиметр

Если у вас есть доступ к недавно откалиброванному мультиметру высокого класса точности, его можно использовать как эталон для проверки других приборов.

Однако все эти методы уступают по точности и удобству специально созданному источнику опорного напряжения.

проверяем точность мультиметров в домашних условиях / Корпуса, БП, ИБП, корпусное охлаждение, сетевые фильтры / iXBT Live

Всех приветствую, кто заглянул на огонек. Речь в обзоре пойдет, как вы наверно уже догадались, о недорогом прецизионном источнике опорного напряжения (ИОН) на базе микросхемы AD584LH, позволяющим в домашних условиях проверить различные измерительные приборы на соответствие заявленной точности. Прибор достаточно популярный, поэтому если заинтересовались, милости прошу под кат.

Приобрести ИОН можно здесь

Характеристики:

• — Тип – ИОН
• — Напряжение питания – 4,5-30V
• — Выходное напряжение – 2,5V, 5V, 7,5V или 10V
• — Используемая микросхема – AD584LH
• — Размеры платы – 56мм*47мм

Внешний вид:

Источник опорного напряжения AD584LH (в дальнейшем ИОН) поставляется в обычном антистатическом пакете:

У некоторых продавцов в комплекте еще идет поверочная бирка с контрольными значениями, но в моем случае ее не было.

Основное назначение прибора — формирования прецизионного малошумящего напряжения известной величины с минимальными температурными и временными дрейфами. ИОН могут применяться как источники эталонного напряжения для АЦП, ЦАП, для источников питания и т.д. Данный прибор позволяет выставить на выходе четыре значения выходного напряжения: 2,5V, 5V, 7,5V и 10V. Конечно, диапазон небольшой, но общее представление о точности измерительного прибора дать может.

Выглядит он следующим образом:

Представляет собой плату, на которой распаяны следующие основные элементы:

• — микросхема AD584LH
• — два вида разъемов питания
• — выключатель питания
• — четыре контактные клеммы
• — два типа выходных клемм
• — индикатор

Монтаж платы односторонний:

Присутствуют небольшие следы несмытого флюса, но на работоспособность это никак не влияет.

Рабочее напряжение ИОН составляет от 4,5V до 30V, наиболее точные результаты получаются при напряжении 12-15V. Напряжение питания ИОН должно быть выше выходного как минимум, на 1 вольт. На плате присутствует два вида разъема питания:

Внутренний хорошо подходит для работы с 12V батарейками типа 23А:

Сама по себе батарейка там не поджимается, а вот со специальным держателем (холдером) встает как родная:

Такие держатели достаточно распространены и стоят меньше доллара за десять штук, поэтому рекомендую приобрести:

К тому с помощью таких источников питания (батареек) можно запитывать различные маломощные приборы, которым требуется для работы более 10V.

Второй разъем предназначен для подключения внешнего питания, преимущественно от сетевого источника. Представляет собой разъем DC 5мм:

У каждого разъема присутствует по одному диоду Шоттки для защиты от переполюсовки питания, поэтому по-дурости сжечь плату не получится.

Что касается самой микросхемы, то есть несколько серий и AD584L самая точная (см. спецификации). Серии «J» и «S» имеют погрешность 30mV при 10V, «K» и «T» 10mV при 10V, а «L» всего 5mV, поэтому выбирайте именно ее.

Габариты:

Размеры платки составляют всего 56мм*47мм:

По традиции сравнение с тысячной банкнотой и коробком спичек:

Тестирование:

В качестве сравнения будем использовать мультиметр UNI-T UT61E как самый точный из всей серии. Первым делом посмотрим точность при 10V:

Очень неплохо, учитывая тот факт, что сама микросхема имеет небольшую погрешность. При 10V допускается погрешность 0,005V.

Опорное напряжение 7,5V:

Погрешность самой микросхемы на этом напряжении составляет 4mV.

Опорное напряжение 5V:

Опорное напряжение 2,5V:

Конечно, немного огорчает отсутствие бирки с измеренными контрольными значениями, но ходят слухи, что китайцы ее «рисуют» от балды. В любом случае точности для домашних измерений хватает с большим запасом.

При использовании источника питания с напряжением меньшим, чем установлено на выходе, погрешность огромная. Напряжение батарейки 23А составляет 9,5V, выставлено 10V, а в действительности на выходе ИОН около 8,41V:

При установке на выходе 7,5V, показания в норме:

При 2,5V также все в норме:

На мой взгляд, разница по напряжению должна быть не менее одного вольта, чтобы получить хорошую точность на выходе ИОН.

Выоды:

Отличная и главное недорогая плата для проверки точности измерительных приборов в домашних условиях. Огорчает лишь небольшой диапазон выходного напряжения, хотелось бы больше. По ссылке самая точная из серии, рекомендую именно ее.

Ссылки:

Приобрести ИОН можно здесь

Батарейки 23А здесь

Держатели (холдеры) 23А здесь

Источники опорного напряжения. От стабилитрона до ИМС.

Необходимость в хорошем источнике опорного напряжения часто возникает во многих схемах. Например, если нужно построить источник стабилизированного питания с лучшими характеристиками, чем у готовых стабилизаторов типа 723 или нужно построить точный источник тока (т. е. схему со стабилизированным выходным током).

Простейший источник опорного напряжения – стабилитрон

Простейшим видом источников опорного напряжения является стабилитрон. В сущности это диод, работающий при обратном смещении на участке, соответствующем напряжению пробоя, где ток пробоя очень быстро возрастает при дальнейшем росте напряжения. Чтобы использовать этот диод в качестве источника опорного напряжения, надо обеспечить прохождение через него приблизительно постоянного тока. Обычно это делается с помощью резистора, подключенного к достаточно высокому напряжению, и таким образом строится наиболее примитивный стабилизированный источник.

Стабилитроны выпускаются на целый ряд значений напряжения – от 2 до 200 В (их напряжения имеют тот же набор значений, что и сопротивления стандартных 5 %‑ных резисторов), с допустимой мощностью рассеяния от долей ватта до 50 Вт и допуском на напряжение стабилизации от 1 до 20 %. Привлекательные на первый взгляд в качестве опорных источников напряжения для различных целей стабилитроны, однако, не так просты в использовании по многим причинам: они имеют конечный набор значений напряжения, у них большой допуск на напряжение стабилизации (кроме дорогих прецизионных стабилитронов), они сильно шумят и их напряжение зависит от тока и температуры. Вот пример двух последних эффектов: стабилитрон на 27 В из распространенной серии 1N5221 стабилитронов на 500 мВт имеет температурный коэффициент порядка +0,1 %/°С, и в силу этого его напряжение меняется на 1 %, когда ток изменяется от 10 до 50 % от максимального.

Есть исключение из правила о плохих характеристиках стабилитронов. Оказывается, что в окрестности значения напряжения стабилизации 6 В стабилитроны мало чувствительны к изменениям тока и при этом имеют почти нулевой температурный коэффициент. Этот эффект виден на кривых на рисунках ниже. Кривые получены путем измерения стабилитронов с разными напряжениями.

Это характерное поведение связано с тем, что в стабилитронах в действительности используются два разных механизма пробоя: зенеровский и лавинный. Первый – при низком напряжении, второй – при высоком.

Если стабилитрон используется только как стабильный источник напряжения и вам все равно, каково будет это напряжение, то лучше всего взять один из компенсированных опорных стабилитронов. Он состоящих из стабилитрона приблизительно на 5,6 В и последовательно с ним соединенного диода, смещенного в прямом направлении. Напряжение стабилитрона выбирается так, чтобы взаимно компенсировать положительный температурный коэффициент стабилитрона и отрицательный температурный коэффициент диода, соответствующий около – 2,1 мВ/°С.

Как видно из рисунка ниже, температурный коэффициент зависит от рабочего тока, а также от напряжения стабилитрона.

Таким образом, выбирая ток стабилитрона, можно как‑то «подстроить» температурный коэффициент. Из таких стабилитронов со встроенными последовательно диодами получаются неплохие источники опорного напряжения.

Для примера: серия дешевых стабилитронов на 6,2 В 1N821 имеет температурные коэффициенты от 10^‑4/°С (1N821) до 5·10^‑6/°С (1N829), а стабилитроны 1N940 и 1N946 на 9 В и 11,7 В имеют температурный коэффициент 2·10^‑6/°С.

Задание рабочего тока стабилитрона

Описанные выше компенсированные стабилитроны могут использоваться в схемах в качестве источников стабильного напряжения, но надо обеспечить питание их постоянным током. Для серии 1N821 изготовителем указано 6,2 В +5 % при токе 7,5 мА с дифференциальным сопротивлением 15 Ом. Т.е. изменение тока на 1 мА изменяет напряжение в три раза сильнее, чем изменение температуры от ‑55 до +100 °C (для прибора 1N829). На рисунке показано, как довольно просто можно обеспечить постоянный ток смещения прецизионного стабилитрона.

Операционный усилитель включен как неинвертирующий усилитель и имеет на выходе стабильное напряжение, равное +10,0 В, которое используется для получения прецизионного тока 7,5 мА. Это самозапускающаяся схема при включении операционного усилителя от однополярного источника питания. Прежде чем ставить в схему тот или иной ОУ, убедитесь, что его диапазон синфазных входных сигналов включает в себя потенциал минусовой шины источника питания (ОУ с «однополярным питанием»).

Существуют компенсированные специальные стабилитроны с гарантированной временной стабильностью напряжения. Этот параметр, как правило, не указывается. Примеры ‑ серия 1N3501 и 1N4890. Стабилитроны такого типа имеют гарантированную стабильность 5·10^‑6/1000 ч или еще лучше. Они недешевы.

Стабилитронные интегральные микросхемы

Для достижения свойственных стабилизатору 723 превосходных характеристик (стабильность U_оп 30·10^‑6 / °С) используется компенсированный стабилитрон. Стабилизатор 723 – вполне приличный источник опорного напряжения, и совместно с необходимыми навесными элементами эта ИМС может использоваться для получения стабильного источника с любым желательным напряжением.

Стабилизатор 723, применяемый в качестве опорного источника напряжения, служит примером «трехвыводного» опорного источника, т. е. источника, для работы которого нужен внешний источник питания. В схему источника входят цепь смещения стабилитрона и буферный усилитель выходного напряжения. К трехвыводной стабилитронной интегральной микросхеме относится LM369 (1,5·10^‑6/°C тип. ).

Прецизионные температурно‑компенсированные стабилитронные ИМС выпускаются в виде двухвыводных устройств. С точки зрения внешних электрических соединений они выглядят просто как стабилитроны. Но в действительности содержат еще ряд активных элементов для улучшения характеристик.

Пример:

—

—

—

—

К несчастью, стабилитронные ИМС, как и их дискретные аналоги, сильно шумят. Шум становится сильнее для стабилизаторов, использующих лавинный пробой, т.  е. с напряжением стабилитрона больше 6 В. На рисунке показан график шума стабилитронного источника 723.

Этот шум связан с поверхностными эффектами и применение стабилитронной структуры с так называемым захороненным (скрытым) или подповерхностным слоем может сильно улучшить стабильность стабилитрона и существенно уменьшить его шум.

Источник опорного напряжения на «UБЭ стабилитроне»

Получила распространение схема, известная под названием «стабилитрон с напряжением запрещенной зоны». Более точно было бы название «U_БЭ ‑стабилитрон». Это легко понять, вспомнив формулу Эберса‑Молла для диода. В основе схемы лежит идея генерации напряжения с температурным коэффициентом, положительным и равным по абсолютной величине отрицательному температурному коэффициенту напряжения U_БЭ. При сложении этого напряжения с U_БЭ получается напряжение с нулевым температурным коэффициентом.

Начнем с рассмотрения токового зеркала с двумя транзисторами, работающими с разной плотностью эмиттерного тока, с обычным отношением плотностей тока порядка 10:1.

О том, где взять постоянный задающий ток I_упр немного ниже. Сейчас вам надо только преобразовать этот ток в напряжение с помощью резистора и сложить с нормальным напряжением U_БЭ. Такая схема показана ниже.

Резистор R₂ устанавливает величину напряжения, которое складывается с U_БЭ и имеет положительный температурный коэффициент. Подбирая должным образом величину R₂, получаем нулевой результирующий температурный коэффициент. Оказывается, что температурный коэффициент будет нулевым, если суммарное напряжение равно напряжению запрещенной зоны кремния (при температуре абсолютного нуля), т.  е. примерно 1,22 В. Часть схемы, обведенная пунктиром, является стабилитроном. Ее выход используется (через резистор R₃). Для создания постоянного тока I_упр, который мы с самого начала считали существующим.

На следующем рисунке показана другая весьма популярная схема стабилитрона «запрещенной зоны» (заменена обведенная часть схемы выше).

Т ₁ и Т₂ ‑ согласованная пара транзисторов, вынужденная благодаря обратной связи по разности напряжений коллекторов работать при отношении токов коллекторов 10:1. Разность напряжений U_БЭ, равная (kT /q )ln 10, делает ток эмиттера Т₂  пропорциональным температуре (разность напряжений приложена к резистору R₁). Но поскольку коллекторный ток Т₁ всегда в 10 раз больше этой величины, он также пропорционален Т. Поэтому суммарный эмиттерный ток пропорционален Τ  и создает на резисторе R₂  падение напряжения, имеющее положительный температурный коэффициент. Это падение напряжения может быть использовано в качестве выходного сигнала температурного датчика. В данной схеме напряжение, снимаемое с резистора R₂, складывается с напряжением U_БЭ транзистора Т₁ для получения стабильного опорного напряжения с нулевым температурным коэффициентом на базах транзисторов Т₁ и Т₂. «Опорные источники запрещенной зоны» существуют в самых разных вариантах, но для них всех характерно сложение напряжения U_БЭ  с напряжением, созданным парой транзисторов, работающих с некоторым заданным отношением плотностей токов.

ИМС опорных источников с напряжением запрещенной зоны

Примером стабилитрона с напряжением запрещенной зоны является недорогая двухвыводная схема LM385‑1.2, имеющая номинальное рабочее напряжение 1,235В ± 1 % (ее собрат LM385‑2.5 имеет встроенную схему для генерации 2,5 В), работоспособную при токах вплоть до столь малых значений как 10 мкА. Это много меньше, чем можно было бы требовать от любого стабилитрона, и это делает данные ИМС прекрасным образом подходящими для микромощных приборов. Столь низкое опорное напряжение (1,235 В) часто намного более удобная вещь, чем номинальное рабочее напряжение стабилитронов 5 В. Можно встретить стабилитроны с номинальным напряжением 3,3 В, однако у них совершенно ужасные характеристики с очень плавным изгибом.

Лучшие образцы из ряда LM385 гарантируют температурный коэффициент не хуже 30·10^‑6/°С и типичное значение динамического сопротивления 1 Ом при токе 100 мкА. При этом у стабилитрона 1N4370 на 2,4 В — температурный коэффициент 800·10^‑6/°С (тип.), динамическое сопротивление около 3000 Ом при токе 100 мкА, и одновременно при этом же токе «напряжение стабилизации» (определяемое в спецификации как 2,4 В при токе 20 мА) составляет около 1,1В!

Чуть подороже можно найти опорные источники на U_БЭ‑стабилитронах с превосходной стабильностью, например такие, как двухвыводной LT1029 или трехвыводной REF43 (2,5 В, 3·10^‑6/°C макс). Последний тип, так же как и трехвыводные источники опорного напряжения на стабилитронах, нуждается в источнике питания постоянного тока.

Одним из интересных источников опорного напряжения является ИМС TL431C. Это недорогой источник опорного напряжения на «программируемом стабилитроне». Его схема включения показана на рисунке

«Стабилитрон» включается, когда управляющее напряжение достигает 2,75 В («стабилитрон» сделан по схеме U_БЭ). Этот прибор по управляющему входу потребляет ток всего лишь в несколько микроампер и имеет температурный коэффициент выходного напряжения около 10^‑5/°С. При указанных на схеме значениях параметров на выходе получается стабилизированное напряжение 10 В. Эти приборы выпускаются в двухрядных корпусах мини‑DIP и могут работать при токах до 100 мА.

Температурные датчики, использующие UБЭ

Предсказуемостью изменения U_БЭ  с температурой можно воспользоваться при создании ИМС для измерения температуры. Например, REF‑02 помимо своей основной функции генерирует выходное напряжение, линейно изменяющееся с температурой. С помощью простых внешних схем можно получить выходное напряжение, сигнализирующее о температуре ИМС с точностью 1 % в диапазоне (от ‑55 до +125 °C). Схема AD590, используемая как чисто температурный датчик, дает точный ток 1 мкА/К. Это двухвыводное устройство. К нему надо приложить напряжение (4‑30 В) и можно измерять ток. LM334 также можно применять таким способом. Другие датчики, такие как LM35 и LM335, генерируют на выходе точное напряжение с крутизной +10 мВ/°С.

Трехвыводные прецизионные источники опорного напряжения

Как уже отмечалось, возможно создание источников опорного напряжения с отличной температурной стабильностью (до 10^‑6/°С и даже лучше). Вот два способа получения таких источников.

1. Температурно стабилизированные источники опорного напряжения

Хороший подход к получению превосходной температурной стабильности источников опорного напряжения или других схем заключается в обеспечении работы источников опорного напряжения и, возможно, связанных с ними схем при постоянной повышенной температуре.

Можно добиться сильного уменьшения зависимости характеристик схемы от колебаний внешней температуры. Для прецизионной схемотехники представляет интерес метод помещения хорошо температурно‑компенсированного опорного источника в условия постоянной температуры, что значительно улучшает его характеристики.

Подобная техника температурно‑стабилизированных или «термостатированных» схем применяется уже много лет, в частности для создания сверхстабильных генераторов. Существуют не слишком дорогие источники питания и опорные источники напряжения, в которых используются термостатированные опорные схемы. Этот метод дает хорошие результаты, но имеет свои недостатки: громоздкость и сравнительно большую потребляемую нагревателем мощность, а также медленный разогрев и выход на режим (обычно 10 или более минут). Эти проблемы легко снять, если стабилизировать температуру на уровне кристалла ИМС (чипа) включением нагревательной схемы вместе с датчиком в состав самой интегральной схемы. Этот подход был впервые опробован в 60‑х годах фирмой Fairchild, выпустившей температурно‑стабилизированную дифференциальную пару μΑ726 и предусилитель постоянного тока μΑ727.

Позже появились «термостатированные» источники опорных напряжений, такие, как серия National LM199. ИМС этой серии имеют температурный коэффициент (типовое значение) 0,00002 %/°С, или 2·10^‑7/°С. Такие опорные источники установлены в стандартных транзисторных корпусах ТО‑46. Их нагреватели потребляют мощность 0,25 Вт и разогреваются до нужной температуры за 3 с.

 Пользуясь этими схемами, следует отдавать себе отчет в том, что последующие схемы на операционных усилителях, и даже проволочные прецизионные резисторы с их температурным коэффициентом ±2,5·10^‑6/°С, могут сильно испортить характеристики, если при проектировании не принять крайних мер предосторожности. В частности, приходится учитывать даже дрейф прецизионных ОУ с очень низким уровнем дрейфа, таких, как ОР‑07, с типовым значением дрейфа входного каскада 0,2 мкВ/°С

При использовании LM399 существует одна опасность. Чип может выйти из строя, если напряжение питания нагревателя хотя бы на короткий момент времени упадет ниже 7,5 В. Источник опорного напряжения с запрещенной зоной LT1019 хотя и работает в нормальных условиях без подогрева, однако имеет встроенные в кристалл нагреватель и датчик. Поэтому его можно включать так же, как и LM399, получая температурный коэффициент менее 2·10^‑6/°С. Однако в отличие от LM399 для LT1019 требуется некоторая внешняя схемная обвязка, чтобы получить термостат (ОУ и с полдюжины элементов).

2. Прецизионные источники опорного напряжения без подогрева

Термостатированная LM399 имеет превосходный температурный коэффициент, однако она не демонстрирует чего‑либо экстраординарного в отношении таких параметров, как шум или долговременный дрейф. Кроме того, нагрев этого кристалла занимает несколько секунд, и он потребляет большую мощность (4 Вт при включении, 250 мВт после стабилизации). Хитроумные разработчики сделали возможным создание источников опорного напряжения с эквивалентной стабильностью, но без подогрева. ИМС REF10KM и REF101KM имеют температурный коэффициент 10^‑6/°С (макс), они не потребляют мощность для подогрева и у них нет задержки выхода на режим за счет нагрева. Кроме того, долговременный дрейф и шум у них меньше, чем у источников типа LM399. Среди других трехвыводных источников опорного напряжения с температурным коэффициентом не более 10^‑6/°С – AD2710 или AD2712. В двухвыводной конфигурации есть лишь один достойный соперник ‑ это великолепный LTZ1000, у которого заявленный температурный коэффициент составляет 0,05·10^‑6/°С. В спецификации на это устройство указаны также на порядок лучшие характеристики по долговременной стабильности и шуму, чем у любых других источников опорного напряжения любого типа. Для ИМС LTZ1000 требуется хорошая внешняя схема смещения, которую можно построить на ОУ и еще нескольких элементах. Во всех перечисленных высокостабильных источниках опорного напряжения (включая LM399 с подогревом) используются стабилитроны с захороненным слоем, что дополнительно обеспечивает намного меньший шум, чем обычные стабилитроны или U_БЭ ‑стабилитроны

Эталонное напряжение Франка

Прецизионное эталонное напряжение

для калибровки мультиметра

создано Фрэнком Вейтнером

Прецизионное эталонное напряжение для калибровки мультиметра

Недавно я хотел отрегулировать напряжение окончания заряда солнечного контроллера заряда. Я провалил. Каждый раз, когда я проверял состояние конечно, результат отличался от моих предыдущих корректировок. Через несколько дней я узнал, что проблема была не в контроллер заряда или аккумулятор, а только то, что я использовал два разных мультиметра. Мультиметры просто показывали разные напряжения.

Дело ясное: все цифровые мультиметры должны быть проверены и при необходимости откалиброваны. Поэтому надежная ссылка необходим либо калиброванный вольтметр, либо достаточно точное эталонное напряжение.

Прецизионный стабилизатор

Прецизионный источник опорного напряжения — это не что иное, как источник питания с прецизионным стабилитроном или, лучше, прецизионным напряжением. стабилизатор. На рынке есть некоторые прецизионные стабилизаторы. Все они отличаются точностью и ценой. Выходное напряжение в основном 5.000В или 10.00В.
Вот некоторые прецизионные стабилизаторы (вероятно, их больше):

Тип	Выход	Точность	Цена	Технический паспорт
LT1431	5. 000 В	0,4 %	2,50 €	скачать
АД581Дж	10,00 В	0,3 %	9,00 €	скачать
АД587Дж	10,00 В	0,2 %	5,00 €	скачать
LM4040	10,00 В	0,1 %	1,00 €	скачать
LT1021C	10,00 В	0,05 %	6,00 €	скачать
LT1236	10,00 В	0,05 %	7,00 €	скачать

При выборе стабилизатора обратите внимание на точность мультиметра, который вы хотите откалибровать, и на точность стабилизатора. Точность мультиметра после вашей калибровки не может быть лучше точности самого стабилизатора.
Недостатком прецизионных стабилизаторов является то, что они являются очень специфическими деталями и не всегда и не везде доступны.

Сборка

Принципиальная схема проста. Я выбрал стабилизатор LT1236 только потому, что его было легко достать. Входное напряжение не критично, пока оно находится между 15 В и 30 В. Конденсаторы против любых колебаний. Вот и все.

Чтобы получить второе напряжение 1000 В, я добавил делитель напряжения. Но это не так уж и важно. Значение резистора комбинация должна быть 9:1. Я выбрал 18 кОм и 2,0 кОм, но подойдет и любая другая комбинация, если ток не превышает максимальный ток стабилизатора.
Но основная проблема это качество резисторов. Они, конечно, также должны иметь прецизионное качество. Стандартная металлическая пленка резисторы на 1% и даже на 2% не годятся — в принципе. Но хорошая возможность — выбрать пару из кучи металлопленочные резисторы с помощью омметра. Будьте очень осторожны и критичны. Компромиссы здесь неуместны.
Другая возможность следующая (это то, что я сделал): Вместо того, чтобы взять один резистор 18 КОм, я взял 10 из 180 КОм в параллельно (плюс 10 из 20 кОм). Идея состоит в том, что общий допуск становится меньше, потому что допуски компенсируют каждый другое, чем больше резисторов используется. Я протестировал этот метод и получил следующий результат: все резисторы с номиналом 1 % действительно имели допуск. всего 0,25 % (каждого). При параллельном включении допуск общего сопротивления снизился до 0,04 %.
Подходящий корпус Я не смог достать здесь, в Танзании, поэтому смонтировал все в свой мультиметр в мастерской. Было достаточно пространство внутри, а также спереди для розеток. Другим преимуществом было то, что я мог использовать внутренний источник питания.

Обновление: вторая версия

Другая версия содержит AD581, на этот раз во внешнем корпусе. Входные разъемы встроены в корпус, так что устройство непосредственно подключаемый к лабораторному блоку питания. Также V2 имеет переключатель для изменения выходного напряжения с 10,00 В на 1,00 В.

Теперь переходим к настройке.

Внутри цифрового мультиметра

Сердцем всех цифровых мультиметров является высокоинтегрированная ИС, аналого-цифровой преобразователь с драйвером ЖК-дисплея или светодиодного дисплея. ИС обрабатывает и отображает напряжение постоянного тока в диапазоне 0-200 мВ. Различные делители напряжения, выбранные поворотным переключателем (или автоматическое управление) превращают этот милливольтметр в практический вольтметр. Преобразователи токов и сопротивлений, которые мы игнорируем здесь.
Теперь, когда мы проводим калибровку, мы регулируем только опорное напряжение этого аналого-цифрового преобразователя, что означает диапазон 200 мВ. резисторы делителей фиксированы и не регулируются. Это облегчает работу.

Только один триммер

Как выбрать подходящий триммер

Это легко, когда у вас есть простой цифровой мультиметр. Здесь только один. Но некоторые мультиметры имеют несколько триммеров. Пожалуйста, НЕ поворачивайте триммеры, чтобы узнать, какой из них является правильным. Вы испортите диапазоны измерения других режимов, таких как переменный ток или ток. это гораздо лучше определить аналого-цифровой преобразователь и посмотреть его в техническом паспорте. Там вы найдете, где триммер регулировки позиционируется.
Наиболее распространенной микросхемой является ICL7106. Микросхема поставляется в 40-контактном DIL-корпусе или в квадратном SMD-корпусе. Другой распространенной ИС является ES51922, который используется, например, в популярных моделях UNI-T T61.

Общий ICL7106. Следуйте по отмеченным штифтам и доберитесь до нужного триммера. увеличить

Кстати, всегда полезно сначала довести оборудование до рабочей температуры, прежде чем вносить какие-либо коррективы. Выключатель на мультиметре и эталонном напряжении за полчаса до выполнения калибровки.

Приложение

Хотел бы я, чтобы у меня была эта идея раньше. Меня всегда беспокоило, что для развития проектов по оказанию помощи тратятся большие деньги на первоклассное оборудование. Почему каждый должен у электрика есть хотя бы FLUKE179? Я видел так много дорогих инструментов и измерительного оборудования, которые были сломаны или повреждены. грязные грязные (или просто исчезли), так что я в основном покупаю только недорогое (но разумное) оборудование, которое я нахожу в местных магазинах. В будущем каждый также получит от меня недорогой мультиметр, который техник вместе со мной будет калибровать. Таким образом он лучше узнает свой цифровой мультиметр и, надеюсь, также оценит ценность своего инструмента. особенно когда он понимает, что его цифровой мультиметр после настройки по крайней мере так же точен, как и в 10 раз более дорогой FLUKE 179….

Ссылки и источники

Для руководств или принципиальных схем попробуйте Инструкции по оборудованию мастерской.
Подробнее о Мультиметры в Википедии.
Источник электронных компонентов и цен: Райхельт

Электроника : Ручной прецизионный цифровой источник напряжения — PDVS2

Ручной прецизионный цифровой источник напряжения, действительный диапазон от 0,0000 В до 10,0000 В постоянного тока, питание от батареи.

Сделано вручную в Великобритании

В отличие от всего, что представлено на рынке, это действительно портативный прецизионный цифровой источник напряжения. Благодаря настраиваемому пользователем диапазону от истинного 0 В до 10 В постоянного тока и точности/стабильности в микровольтах он имеет множество применений в качестве калибратора, эталонного и прецизионного источника напряжения.

ВНИМАНИЕ: PDVS2 больше не выпускается и заменен PDVS2mini.
PDVS2mini — это мой новый 20-битный модуль, который доступен здесь .

ВВЕДЕНИЕ:

EEVBLOG Начало игры:-
Я отправил Дэйву Джонсу ранний прототип PDVS1 без объявления для его Почтового ящика, похоже, он был принят очень хорошо! Видео здесь . Итак, я продвинулся вперед с дизайном и сделал много улучшений. Лучшая стабильность, меньше шума на выходе, разъемы типа «банан» более высокого качества, улучшенный пользовательский интерфейс, внутренняя линия считывания для разъемов типа «банан», MAX6350 Vref заменен на LM399AH и многое другое.
Мартин Лортон подтверждает, что тяжелая работа окупилась: —
Когда PDVS1 находится в производстве, я отправил один из них Мартину Лортону, где он подготовил отличный независимый обзор устройства, ссылка на его видео здесь . Но это не остановилось на этом, потому что вскоре после этого в другом видео Мартин использовал PDVS1, чтобы помочь ему отремонтировать свой собственный 8,5-разрядный мультиметр HP3458a! Видео здесь .

Изменения для 2019 года: —
— Энкодер вращающегося вала с выемкой, каждый «щелчок с отступом» представляет собой изменение 1 цифры
— Обновленная прошивка (V3.0): лучший отклик от кодировщика вращения вала и поворотного нажимного переключателя
— Минимальное выходное напряжение в режиме 2В теперь 1мВ (было 10мВ). Минимум в режиме 10В остается на уровне 0В.
— Новая печатная плата: улучшенный фильтр на секциях vref и power, лучшая изоляция между цифровыми и аналоговыми секциями, дополнительная защита на конечном выходе, медные слои толщиной 2 унции в режиме 10 В (действующее значение 4 d. p., прибл. 38 мкВ)

Зарядная плата/гнездо для литий-ионных аккумуляторов с использованием микросхемы управления аккумулятором. Батареи/адаптер постоянного тока не входят в комплект поставки

Ссылка на страницу проекта (PDVS1) с тестами и проектными данными, а ссылка на сравнение с другими портативными эталонами напряжения .
Перед отправкой каждое устройство собирается и тестируется на месте, подвергается старению/обжигу в течение 170 часов и калибруется с помощью 8,5-разрядного мультиметра HP3458a (Калибровка Keysight, 03. 08.19)) при постоянной температуре окружающей среды.
В коробке — 1 шт. PDVS2 (без аккумуляторов, без зарядного устройства), клейкие ножки, 1 шт. разъем для зарядки с хвостовиком, протокол калибровки и подробная информация о руководстве в формате PDF (с декларацией о соответствии CE) и загрузка приложений для Windows.

УВЕДОМЛЕНИЕ : НДС не подлежит уплате покупателями за пределами ЕС, А ТАКЖЕ покупателями в ЕС (за исключением Великобритании), которые зарегистрированы как плательщики НДС, пожалуйста, свяжитесь со мной перед покупкой, чтобы получить инструкции о том, как обнулить ставку НДС.

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:

• Эталонное напряжение = LM399AH (температурный коэффициент 0,5–1 ppm/градус C)
• Режим 10 В = от 0,0000 В до 10,0000 В пост. тока прибл. 38 шагов мкВ
• Режим 2 В = от 0,001 В до 2,00000 В постоянного тока с шагом 10 мкВ
• Нагрузка = минимум 3 кОм. Пример: при выходе 10 В постоянного тока с нагрузкой 3 кОм = 3,3 мА (при поддержании выходного напряжения в пределах примерно 10 мкВ)
• Точность = в пределах 100 мкВ в режимах 2 В и 10 В. Обычно 0,001% при выходе 10 В, 0,005% при выходе 2 В
• Стабильность = 0,0001 В пост. тока вар. Максимум. 4д.п. режим. Стабильность = 0,00004 В пост. тока тип. вар. в доп. 5д.п. режим. Ориентация устройства может влиять на выходной сигнал (откалиброван по горизонтали)
• Температурный коэффициент (единица измерения) = 2 ppm/градус C, типичный (Фактическое испытание: изменение 0,000018 В постоянного тока при изменении температуры на 8,8 градуса C, продолжительность 45 минут)
• Дрейф (обычно 12 месяцев) = Sigma-ppm: диапазон 10 В: 0,77, диапазон 2 В = 1,69 (независимые испытания)
• Время стабилизации = от 10 минут до 1 часа в зависимости от температуры окружающей среды и последнего использования
• Короткое замыкание на выходе = неопределенное время (24 мА)
• Питание (батареи) = две перезаряжаемые литий-ионные батареи 9 В PP3 (не входят в комплект, рекомендуются батареи емкостью 600 мАч)
• Питание (внешнее питание) = входное напряжение от 18 до 24 В постоянного тока (также заряжает батареи) при минимальном рекомендуемом токе 400 мА
Батарея
• = прибл. 12 часов (аккумуляторы EBL 600 мА·ч), типичная непрерывная работа с выключенной подсветкой
• Потребляемый ток = ок. 50 мА. (через 10 минут)
• Размеры = 158 мм x 83 мм x 35 мм (размер корпуса)

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ, ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ПК И РУКОВОДСТВА:

• Приложение PDVS2 для Windows — V1.2 (06.02.17) для всех версий прошивки — Скачать здесь
• 24
• 24
• 24
• PDVS2 Manual — V1.2 (27.04.17) для прошивки V2.02 — Скачать здесь
• PDVS2 Manual — V1.10 (26.10.17) для прошивки V2.03 — Скачать здесь
  
• PDVS2 Manual — V1.11 (11.08.17) для прошивки V2.05 — Скачать здесь
  
• PDVS2 Manual — V1.12 (23/12/17) для прошивки V2.07 — Скачать здесь
  
• PDVS2 Manual — V2. 0 (30.03.19) для прошивки V3.00 — Скачать здесь
  

ПОВТОРНАЯ КАЛИБРОВКА:

Может быть повторно откалиброван пользователем.

ПРИМЕЧАНИЕ О БАТАРЕЯХ И ЗАРЯДКЕ:

Мы настоятельно рекомендуем литий-ионные батареи PP3 емкостью 600 мАч или лучше от EBC (я провел тест батареи здесь ). Это даст вам 12-14 часов непрерывной работы без подзарядки.
Для зарядки аккумуляторов требуется адаптер постоянного тока или источник питания (не входит в комплект). Он должен быть рассчитан на 18–25 В постоянного тока при 0,4 А. В комплект поставки входит совместимый штекер с хвостовиками.
Безопасна ли зарядка? — Я внедрил зарядное устройство/контроллер Li+ с ограничением по току и режимом переключения, и я использую его на довольно низком уровне (ток заряда 0,25 А), чтобы избежать каких-либо проблем. Программное обеспечение также контролирует ток заряда и может отключить его.
Аккумуляторы EBC имеют встроенную схему защиты в качестве дополнительной защиты от пониженного напряжения/перезаряда.

ФОТОГРАФИИ:

Поворотный энкодер, порт USB и порт для зарядки видны на боковой стороне устройства.

Гнездо адаптера постоянного тока рядом с батареями для питания устройства от внешнего источника и/или зарядки батарей. Вы можете увидеть печатную плату зарядного устройства под местом, где сидят батареи.
Выделяется эталон напряжения LM399AH (большая белая упаковка) и клеммы аккумулятора PP3. В верхней части фото виден разъем mini Usb и разъем питания постоянного тока.

Плата адаптера типа «банан». 3 соединения: выходное напряжение, 0 В пост. тока и линия считывания. Виден модуль подсветки (белый) под ЖК-дисплеем.

Верхняя сторона печатной платы. Здесь вы можете увидеть цепь зарядки аккумулятора под клавиатурой (не показана) и далеко от основной печатной платы.