В большинстве приборов, предназначенных для измерения различных аналоговых величин (температура, влажность, сила света и т.п.) при помощи различных датчиков и усилителей постоянного тока измеряемая физическая величина преобразуется в постоянный ток или напряжение, которое, обычно поступает на простой стрелочный измеритель. Для цифровой индикации результата измерения обычно используются различные АЦП, преобразующие ток в частоту или напряжение в частоту.


Затем эту частоту измеряют при помощи цифрового индикатора, представляющего собой упрощенный цифровой частотомер. Либо используют однокристальный АЦП типа КР572ПВ2, преобразующий напряжение в коды для управления семисегментными индикаторами.

На рисунке показана схема относительно простого АЦП средней точности, который построен на широко распространенной элементной базе, и в случаях, когда не требуется высокая точность индикации и большое количество разрядов (например бытовой термометр, измеряющий температуру воздуха), может с успехом заменить редкий и дорогой однокристальный АЦП.

Данный АЦП представляет постоянное напряжение, поступающее на его вход в цифровом двухразрядном десятичном виде на табло из двух семисегментных светодиодных индикаторов.

Диапазон измеряемого напряжения 0...7В, для измерения более высоких напряжений на входе необходимо включить простой резистивный делитель и, если необходимо, произвести корректировку частоты, вырабатываемой мультивибратором на D1.1 и D1.2, так чтобы индицируемые числа соответствовали реальному значению напряжения.

Если требуется измерять низкие напряжения, например 0..0,7В, нужно перед входом АЦП включить усилитель постоянного напряжения с коэффициентом усиления, в данном случае, равным десяти.

Принцип работы АЦП.

Он основан на измерении времени зарядки конденсатора стабильным током до напряжения, равного входному напряжению. Индикация времени измерения выражается в цифровом виде и приводится по значению к уровню входного измеряемого напряжения.

Работой измерителя управляет генератор прямоугольных импульсов на элементах D1.3 и D1.4. Предположим, в исходном состоянии на выходе элемента D1.4 будет ноль. Транзистор VT2 откроется и не будет препятствовать зарядке конденсатора С2 от источника тока на VT1. В это время напряжение на прямом входе компаратора А1 будет ниже чем входное напряжение и логический уровень на выходе компаратора будет равен нулю.

Такой же уровень и на выходе D1.4. В результате оба диода VD2 и VD3 будут закрыты, на вывод 2 элемента D1.1 через резистор R1 поступает логический нуль. Это приводит к запуску мультивибратора на элементах D1.1 и D1.2. Импульсы с выхода мультивибратора поступают на вход двухразрядного счетчика на D2 и D3.

Как только С2 зарядится до напряжения, равного входному, логический уровень на выходе компаратора сменится на единичный. Диод VD2 откроется и работа мультивибратора на D1.1 и D1.2 прекратится. Счетчик на D2 и D3 остановится на определенном значении. Таким образом, мультивибратор и счетчики работают столько времени, сколько необходимо на зарядку конденсатора С2 до напряжения, равному входному.

И поскольку, частота поступающая на вход счетчика постоянна, получается, что индикаторы показывают время, в течении которого С2 заряжается, и чем больше входное напряжение, тем будет больше это время, и больше будет число, отображенное на индикаторах.

Одновременно с остановкой мультивибратора на D1.1 и D1.2 логическая единица поступает на вход транзисторного ключа на VT3 и VT4 и открывает его, включая индикаторы. В таком состоянии схема будет оставаться до тех пор пока на выходе D1.4 не появится единица. В этот момент откроется транзистор VT2 и разрядит конденсатор С2. Уровень на выходе компаратора А1 изменится на нулевой.

Но это не приведет к гашению индикаторов и запуску счетчика, поскольку откроется второй диод VD3 и будет поддерживать мультивибратор D1.1 D1.2 в заблокированном состоянии, а индикаторы во включенном. Такое состояние продлится до тех пор, пока мультивибратор на элементах D1.3 и D1.4 не вернется в исходное положение — с нулем на выходе D1.4.

В этот момент произойдет три события: первое — откроется транзистор VT2 и начнется зарядка С2, второе — погаснут индикаторы и запустится мультивибратор на D1.1 и D1.2, и третье — единица с выхода элемента при помощи цепи С4 R7 VD1 сформирует короткий положительный импульс, который поступит на входы R обеих счетчиков D2 и D3 и установит их в нулевые состояния.

Затем, весь описанный процесс повторится. Таким образом, индикаторы будут гаснуть на время измерения входного напряжения, а затем включаться и показывать результат измерения. Частота мигания индикатора будет около 16-17 Гц, а время измерения будет зависеть от входного напряжения, но не будет превышать 0,033 секунды.

Конденсаторы и резисторы любого типа. Транзисторы КТ315 можно заменить на любые аналогичные. Транзистор VT4 можно заменить на КТ816. Полевой транзистор — КП103И. Индикаторы АЛС335Б можно заменить на любые другие с общим анодом, рассчитанные на небольшие токи зажигания. Нужно учитывать, что индикаторы красного цвета свечения, обычно обеспечивают яркость больше чем зеленые. Если индикаторы с общим катодом нужно изменить схему ключа на VT3 и VT4, и подать на выводы 6 D2 и D3 логические нули.

Резистор R2 желательно многооборотный типа СП-5-2, поскольку от точности установки его сопротивления зависит точность индикации.

Настройка

Включив микроамперметр между точкой соединения С2 и VT1 (при отключенном R5) нужно подобрать номинал R3 таким образом, чтобы ток был равен 20 мкА. Затем нужно отключить микроамперметр, восстановить подключение R5, и подав на вход прибора контрольное напряжение 5В, подстроить R2 таким образом, чтобы индикаторы показывали "50". На этом настройка заканчивается.