Современная электроника №4/2021

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 40 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2021 Миллиомметр с графическим LCD Nokia-5110 Рис. 1. Упрощённая схема миллиомметра В статье приведена аппаратная и программная реализация цифрового миллиомметра на базе нового микроконтроллера EFM8LB12 со встроенным 14-разрядным высокоскоростным SAR АЦП, ИУ INA333 и ОУ OPA334. Погрешность измерения миллиомметра составляет не более 1%. Показания миллиомметра выводятся на популярный графический дисплей Nokia-5110 (84 × 48 пикселей), установленный в корпусе размером 102 × 54 × 30 мм. В статье приводятся принципиальные схемы, разводка и фотографии плат, изображения самого устройства, позволяющие изготовить прибор самостоятельно. Алексей Кузьминов (compmicrosys@mail.ru ) Введение Часто требуется измерить достаточно малое сопротивление (миллиомы) неко- торых относительно низкоомных объек- тов или компонентов (вторичных обмо- ток силовых трансформаторов, катушки индуктивности с небольшим количе- ством витков, токоизмерительных рези- сторов, шунтов и т.п.). Для измерения таких малых сопротивлений выпуска- ются специализированные приборы, называемые миллиомметрами. Стоимостьподобныхприборов доволь- новысокаиначинаетсяот $300 уприбо- ров с не особенно высокой точностью. Более точные приборы стоят в несколь- ко раз дороже. В тоже время опыт, полу- ченный автором при конструировании цифровоговольтметра с высокимразре- шением [1], и метод, применённый для измерения напряжений, натолкнул на идею: а нельзя ли сконструировать мил- лиомметр, применивподобныепринци- пыдляизмерениямалыхсопротивлений? Небольшая стоимость вольтметра [1], простота схемы и достаточно высокая точность измерений позволили предпо- ложить, что такой миллиомметр будет ненамногосложнеепосхемеи, кроме того, возможно, будетобладатьневысокойсто- имостьюи достаточно приемлемой точ- ностьюизмерениямалыхсопротивлений. Дальнейшее изложение будет постро- ено следующимобразом. Вначале будет объясненпринципизмерения сопротив- ления, применённый в миллиомметре, затем будут приведены принципиаль- ные схемы, разводка плат ифотографии плат и внутреннего устройства прибора. Далее будут описаныпрограммные сред- ства, применённые в приборе, и дано руководство по его настройке и исполь- зованию. После этого будут приведены примеры измерений прибором малых сопротивлений (до 0,5 мОм). Предварительные замечания Чтобы понять принципиальные схе- мымиллиомметра, приведённые далее, на рисунке 1 показана упрощённая схе- ма, поясняющая принцип измерения сопротивления тестируемого резисто- ра Rx. Этот принцип основан на изме- рении напряжения U Rx на резисторе Rx, через который пропускается определён- ный ток I Rx (также измеряемый). Сопро- тивление Rx вычисляется по закону Ома: . Дляисключенияпогрешностиизмере- ний из-за падения напряжения на про- водах, возникающегоприпрохождении понимотносительнобольшого тока (до 0,5 А), используется хорошо известная двухконтурная измерительная схема Кельвина. Измеряемыйрезисторподклю- чаетсякэтимконтурамспомощьюспеци- ализированныхзажимов, которые также именуются как зажимыКельвина (в схе- меиспользуются зажимымаркиLCR-90). Для формирования тока I Rx использу- ется стабилизатор напряжения, пока- занный на рисунке 1 в виде отдельного блока. На вход стабилизатораV in подаёт- ся напряжение питания, условно пока- занное как V п . Стабилизатор может включаться и выключаться с помощью сигнала «on/off», подаваемого на одно- имённый вход. Кроме того, на вход V ref стабилизатораподаётсяопорноенапря- жение V ref . В качестве V ref в данном слу- чае используется выходное напряжение внешнегоисточникаопорногонапряже- ния (ИОН) номиналом 2,5 В. Любой ста- билизатор имеет также измерительный вход V refi , на который подаётся напряже- ние V refi , сравниваемое с опорным V ref . И, наконец, стабилизаторимеетвыходV out , напряжениенакоторомV refm ииспользу- етсядляформированиятока I Rx . Отличи- тельной особенностью стабилизатора является способ подключения напряже- ниякизмерительномувходуV refi . Обычно к этому измерительному входу подклю- чается выходное напряжение стабили- затора V refm , которое и стабилизируется. Новданномслучаекэтомувходу, каквид- но из схемы, подключено напряжение, взятое с контакта зажима с образцовым резистором, т.е. V refi . Таким образом, ста- билизаторвыдаёт такоевыходноенапря- жение V refm , чтобынапряжение V refi было равно опорному V ref , поскольку именно напряжение, поданное на измеритель- ный входV refi , сравнивается с опорным. В первом контуре (сигнал V refm –R x – –R обр –«земля») ток I Rобр проходит через измеряемый резистор Rx и последова- тельно соединённый с нимобразцовый V rобрi V refi V ref V out Vr обр on/off V refm V refi I R обр к АЦП к АЦП V п (1-й канал) (2-й канал) G = 1 + 100К/RG LCR-90 V out = G(V in+ – V in– ) + V ref (3,5 В) LCR-90 (2,5 В) (2,5 В) GND on/off Стабилизатор V out V in V ref V refi 100 RG RG REF ИУ INA333 V in– V out V in+ 100 R обр RG RX