České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Analogové předzpracování signálu a jeho digitalizace Číslicový Voltmetr s ICL7107 Ondřej Tomíška Petr Česák Petr Ornst 2002/2003
ZADÁNÍ: 1) Nakalibrujte měřící přípravek pomocí trimru tak, aby referenční napětí na svorkách REFHI a REFLO bylo 100 mv. 2) Změřte statickou převodní charakteristiku pro obě polarity napětí. 3) Sledujte vliv souhlasného rušivého napětí na výstup (hodnota zobrazená na displeji). Změřte závislost CMRR na rušivém napětí UR (max. 2 V). 4) Sledujte vliv sériového rušivého napětí na výstup. ROZBOR: Popis ICL 7107: ICL 7107 je integrovaný č íslicový voltmetr s možností přímého připojení na 3 1/2 LED displej. Jeho součástí je dekodér pro sedmisegmentový displej, reference a vestavěné hodiny. Další vlastnosti: - diferenciální vstup - automatické nulování na napětí <10 µv - teplotní drift 1 µv / C - vstupní klidový proud 10 pa - spotřeba typicky 600 mw - měření obou polarit napětí s přesnou detekcí nuly - úroveň šumu <15 µv VPP - CMRR 86 db - Symetrické napájecí napětí ± 5 V Funkce obvodu: Obvod ICL 7107 pracuje na principu A/D převodníku s dvoutaktní integrací. Činnost převodníku je rozdělena do tří fází. V první fázi je automaticky vynulováno napětí na vstupu výstupního zesilovače analogové části, tak aby byla zajištěna nula na výstupu. V druhé fázi se na vstup integrátoru automaticky připojí měřené napětí, čímž dochází k lineárnímu nárůstu napětí na jeho výstupu, jehož sklon je úměrný měřenému napětí. Tato fáze probíhá vždy po konstantní dobu. Ve třetí fázi je na vstup integrátoru připojeno referenční napětí opačné polarity. Dochází opět k integraci, tentokráte však s opačným sklonem, přičemž čítače zachycují dobu integrace. Když průběh dosáhne nuly, jsou čítače pozastaveny a jejich obsah se vynásobí příslušnou převodní konstantou a je převeden na výstup (na displej).
Průběh napětí v jednotlivých fázích převodu: Popis zapojení: ICL 7107 pracuje v jednoduchém zapojení s danými hodnotami součástek jako voltmetr s základním rozsahem ± 200 mv. Pro správné měření hodnot napětí je potřeba nastavit potenciometrem R4 napětí 100 mv mezi vstupy REF HI a REF LO. Měřené napětí se přivádí na vstupy IH HI a IN LO. Schéma: Modifikací tohoto zapojení můžeme realizovat poměrová měření napětí, proudů a odporů.
Činitel potlačení souhlasného rušení CMRR: Souhlasné rušení je takové rušení, které působí na stejně na obě vstupní svorky Voltmetru proti zemi. V praxi bývá nejčastěji vyvoláno rozdílem potenciálů země voltmetru a měřeného objektu. U voltmetru samozřejmě požadujeme aby toto souhlasné rušivé napětí nemělo vliv na výstupní údaj voltmeru. Definujeme tedy Činitel potlačení souhlasného rušení CMRR dle vztahu: CMRR = 20 * log U CM U X kde U CM je souhlasné rušivé napětí (může být stejnosměrné i střídavé) U X je změna údaje voltmetru způsobená rušivým napětím U CM Schéma pro měření činitele potlačení souhlasného rušení CMRR: Činitel potlačení sériového rušení SMRR: Sériové rušení je takové rušení, které působí v sérii s měřeným napětím. Toto napětí může být jak stejnosměrné tak střídavé. Kde nejčastěji v praxi je střídavé sériové rušení, které má frekvenci sítě či její násobky. U voltmetru samozřejmě požadujeme aby toto sériové rušivé napětí nemělo vliv na výstupní údaj voltmeru. Definujeme tedy Činitel potlačení sériového rušení SMRR dle vztahu: SMRR = 20 * log U SM U X
kde U SM U X je sériové rušivé napětí je změna údaje voltmetru způsobená rušivým napětím U SM Schéma pro měření činitele potlačení sériového rušení SMRR: Naměřené a vypočtené hodnoty: 1. Nastavili jsme referenční napětí U ref = 98,46 mv 2. Změřili jsme statickou převodní charakteristiku Statická převodní charakteristika 200 150 100 50 Uicl[V] 0-200 -150-100 -50 0 50 100 150 200-50 -100-150 -200 Un[V]
3. Pozorovali jsme vliv souhlasného rušení na vstupu obvodu ICL7107 Bohužel se nám nepodařilo změřit činitel potlačení souhlasného rušení CMRR, protože změna napětí na výstupu Voltmetru ICL7107, při připojení souhlasného rušivého napětí na vstup, byla neměřitelná. Zkusili jsme připojit jak stejnosměrné tak střídavé souhlasné rušivé napětí. 4. Pozorovali jsme vliv sériového rušení na vstupu obvodu ICL7107 Bohužel se nám nepodařilo změřit činitel potlačení sériového rušení SMRR, protože změna napětí na výstupu Voltmetru ICL7107, při připojení sériového rušivého napětí na vstup, byla neměřitelná.