Rejestrator prądu spoczynkowego, temperatury, napięcia DC końcówek mocy
Wstęp, do czego służy?
Podczas konstruowania końcówek mocy niezbędny jest pomiar prądu spoczynkowego. Zwykle odbywa się on za pomocą pomiaru napięcia rzędu pojedynczych miliwoltów na rezystorach emiterowych końcówki. Z wartości napięcia i znanej rezystancji obliczamy prąd według prawa Ohma. Jest to dość kłopotliwe, a jeśli zechcemy wyznaczyć pełną charakterystykę prądu w funkcji temperatury całość stanie się dość uciążliwa i czasochłonna. Aby ułatwić takie pomiary skonstruowałem specjalny miernik/rejestrator wyposażony jeszcze w kilka ciekawych funkcji.
Jak działa?
Urządzenie umożliwia pomiar napięcia (0 ? 100 mV) na rezystorze o definiowanej w programie wartości (50 ? 999 miliOhm), prąd obliczany i wyświetlany jest automatycznie (0 ? 999 mA). Dodatkowo urządzenie za pomocą zewnętrznego termistora mierzy temperaturę. Konstrukcja wejścia pomiarowego umożliwia także pomiar napięcia DC na wyjściu wzmacniacza (+/- 500 mV).
Rejestrator
Oprócz wyświetlania zmierzonych parametrów urządzenie umożliwia ich rejestracje w kilku trybach. Rejestracja czasowa z ustawianym krokiem (0,1 ? 20 s) umożliwia zapis temperatury z wybraną wartością: prądu, napięcia, napięcia DC. Jest to przydatne do badań zachowania wzmacniacza zaraz po włączeniu. Pozwala określić czas stabilizacji termicznej prądu spoczynkowego czy napięcia DC. Rejestracja tego napięcia jest szczególnie przydatna w końcówkach o budowie niesymetrycznej. To w nich, silnie zależy ono od temperatury tranzystora wzmacniacza napięciowego.
Dodatkowo urządzenie posiada automatyczny pomiar charakterystyki prądu spoczynkowego w funkcji temperatury. Po rozgrzaniu wzmacniacza do bliskiej maksymalnej temperatury pracy (około 90 -100 stopni Celsjusza) odłączamy od niego obciążenie i sygnał a włączamy rejestrator w trybie AUTOtemp/current. Wzmacniacz zacznie się schładzać. Każdy spadek temperatury o 5stopni powoduje zapisanie do pamięci wartości zmierzonego prądu. Po kilku minutach niezmieniającej się temperatury urządzenie zakończy proces rejestracji, sygnalizując to długim dźwiękiem.
Zapisane dane można przeglądać w urządzeniu lub wysłać je portem szeregowym. Zapis dokonywany jest w jednym bloku do wewnętrznej pamięci EEPROM, maksymalnie wynosi 166 rekordów. Dla zapisu AUTOtemp/current będzie to 18 (zapis co 5 stopni z temp max.100 stopni i min. 15 stopni).
Kolejną dodatkową funkcją jest obsługa przekaźnika sygnałowego; zaraz po włączeniu rejestratora w trybie czasowym załączany jest przekaźnik na ustawiony czas (0,1 ? 5 s). Umożliwia to rejestrację wzrostu prądu spoczynkowego po pobudzeniu sygnałem i pozwala określić dynamiczną (zanim nagrzeje się radiator) stabilizacje prądu spoczynkowego, bardzo ważną w końcówkach mocy z tranzystorami w układzie Darlingtona.
Budowa
Na zdjęciach widzimy urządzenie oraz schemat blokowy. Sercem jest procesor Atmega8 i wyświetlacz LCD 2 x 16, obsługa za pomocą trój przyciskowej klawiatury lokalnej. Dodatkowo wyjście szeregowe (TTL) i dwa gniazda Chinch zwierane przekaźnikiem. Wejścia pomiarowe są dwa; wejście termistora NTC 100k (4190) oraz wejście pomiaru napięcia. Na wejściu tym znajdują się dwa wzmacniacze operacyjne pracujące w układzie odwracającym. Wzmacniacz pomiaru napięcia 0 ? 100 mV ma duże wzmocnienie (50 x) aby przy 10 bitowym przetworniku i napięciu referencyjnym 5 V uzyskać rozdzielczość pomiaru 0,1 mV, konieczne było zastosowanie wzmacniacza o niskim napięciu offsetu z wyjściem Rail to Rail. Aby wejść w liniowy zakres pracy wyjścia (> 50 mV) dodałem regulowany offset (zerowanie). Poświęcając na niego część nieużytecznych 23 wartości z 1023 wartości przetwornika. Offset jest regulowany potencjometrem wielo obrotowym, którym przy zwarciu wejścia ustawiamy 0,0 mV na wyświetlaczu. Drugi kanał pomiarowy ma podobną budowę tylko o niższym wzmocnieniu (5 x). Regulacja offsetu wprowadza wyjście wzmacniacza na poziom połowy napięcia referencyjnego, co umożliwia również pomiar napięć ujemnych (+/- 500 mV). Pomiar temperatury jest realizowany w typowym dzielniku pomiarowym z termistorem NTC. Silnie nieliniowa charakterystyka termistora jest interpolowana programowo z trzech prostych. Teoretyczna dokładność interpolacji to około +/-1 stopnia Celsjusza.
Dokładność pomiarowa
Głównie chodzi o dokładność pomiaru napięcia 0 ? 100 mV, z którego wyliczany jest prąd. Odpowiada za nią precyzja dość dużego wzmocnienia wzmacniacza pomiarowego. Oraz napięcie referencyjne 10 bitowego przetwornika ADC w tym przypadku napięcia zasilania (7805). Są to wartości o dość dużym rozrzucie, więc dokładność samego przetwornika możemy pominąć. W układzie jest przewidziane tylko zerowanie toru pomiarowego za pomocą dwóch PR-ków. Kalibracja napięcia ze względu na jednostkowa produkcję jest wyłącznie programowa na etapie kompilacji programu. Oprogramowanie uwzględnia rzeczywiste napięcie zasilania oraz wzmocnienie wzmacniaczy. Po kilku pomiarach korygujemy wartości stałych w programie, aby zbliżyć się wynikiem do rzeczywistej wartości napięć mierzonych. I tu na pewno baaaardzoooo przydałby mi się precyzyjny miernik będący nagrodą w konkursie :)
Przydatność
To dość specyficzny przyrząd, skrojony na miarę potrzeb i praktycznie niedostępny w handlu. Teoretycznie nie jest niezbędny, choć w mojej praktyce elektronicznej przydał mi się nie raz. Oszczędzając mi sporo czasu i przyczyniając się do kolejnych ulepszań moich audio konstrukcji.
Parametry miernika rejestratora:
-pomiar napięcia stałego: 0 ? 100 mV z rozdzielczością 0,1 mV
-pomiar napięcia stałego DC: +/-500mV z rozdzielczością 1 mV
-pomiar temperatury (zewn. term. NTC): 15 - 100 stopni Celsjusza
-ilość rejestrowanych rekordów: max 166, dla Auto/temp/current: 18
-zakres ustawień rezystancji bocznika: 0,05 ? 0,999 Ohma
-zakres obliczanego prądu: 0 ? 999 mA
-zakres ustawień początkowego czasu zwarcia przekaźnika: 0,1 ? 5 s
Fajne? Ranking DIY
Apeluję do wszystkich Kolegów, żebyście chociaż trochę porywalizowali z Irkiem, żeby nie było jednostajnie 