Еще один день, еще одно сомнительное устройство. На этот раз это был звуковой сигнал тестера целостности цепи на моем не самом лучшем цифровом мультиметре. Устав от простых индикаторов обрыва/короткого замыкания, я задумался о создании чего-то более информативного.
Возможно, у него мог бы быть входной каскад для усиления напряжения, если таковое имеется, на измерительных токовых щупах, а за ним управляемый напряжением генератор тональных сигналов для индикации его величины и, следовательно, измеряемого сопротивления. Легко!… а может, и нет, если мы хотим сделать это правильно.
На Рисунке 1 показан (более или менее) конечный результат, в котором используется тщательно настроенный усилительный каскад, управляющий входом ГУН с линейной зависимостью высоты тона (pitch-linear VCO, PLVCO). Схема также определяет момент касания щупа и, таким образом, не потребляет энергию в неактивном состоянии.
 | |
| Рисунок 1. | Выключатель питания и тщательно настроенный усилительный каскад, управляющий входом ГУН с линейной зависимостью высоты тона, образуют хороший тестер целостности цепи. Высота тона вырабатываемого звукового сигнала пропорциональна сопротивлению между наконечниками щупов. |
Самое важное, что она вырабатывает звуковой сигнал, высота тона которого линейно зависит от измеряемого сопротивления: при проверке целостности цепи или короткого замыкания на плате вы можете услышать разницу между широкими силовыми проводниками и длинными, тонкими сигнальными дорожками, не глядя на измерительный прибор.
Это проще, чем может показаться на первый взгляд, поэтому давайте разберем схему. Через резистор R1 на измерительные щупы подается питание. Если щупы разомкнуты, p-канальный MOSFET Q1 будет закрыт, и питание схемы будет отключено (утечку менее 10 нА игнорируем).
Любой ток, протекающий через щупы, понизит напряжение на затворе транзистора Q1, открыв его и включив питание основной схемы. Это также включит транзистор Q2, который через резистор R2 подаст напряжение щупа на неинвертирующий вход усилителя A1a. Без транзистора Q2 входные защитные диоды микросхемы A1a потребляли бы ток при выключенном питании.
При номинале резистора R1, равном 43 кОм, диапазон индицируемых сопротивлений составляет от 0 до примерно 24 Ом, или 24 полутона. При других значениях диапазон изменится, поэтому, например, 4.3 кОм будут указывать на сопротивление до 2.4 Ом с полутонами 0.1 Ом. Добавление переключателя позволило использовать оба диапазона. (Фактический диапазон достигает приблизительно 30 Ом – или 3.0 Ом, – но точность при этом ухудшается). Для разных шкал можно использовать любые другие значения; ток зонда, разумеется, изменится.
Микросхема A1a усиливает напряжение щупа примерно в 1001 раз, что определяется сопротивлениями резисторов R3 и R4. Мы работаем с напряжением до 0 В, что может быть непросто. Резистор R5 смещает инвертирующий вход усилителя A2a примерно на 5 мВ, что больше, чем максимальное входное смещение MCP6002, составляющее 3.5 мВ. Резисторы R2 и R6-R8 помогают добавить немного большее смещение к неинвертирующему входу усилителя A1a, которое позволяет как обнулить любые сдвиги, так и установить рабочую точку. Эта схема может сделать ненужной отрицательную шину питания в других приложениях.