UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTIFACULTATEA DE TRANSPORTURICATEDRA : TELECOMENZI SI ELECTRONICA IN TRANSPORTURI PROIECT M.E./S.T.A.DINSTRUMENT NUMERIC DE MASURARE MULTIMETRU CUAMPERMETRU SI VOLTMETRU ELECTRONIC DE CURENTALTERNATIVPROFESOR INDRUMATOR: STUDENT:SL.drd.Fiz.Ing.Mihaela Nemtoi Parascan Silviu - 8313BUCURESTI 2009-2010

CUPRINS1. Introducere2. Tema proiectului3. Schema bloc4. Memoriu tehnic Blocul de alimentare Circuitul de intrare Divizor de tensiune Amplificatorul instrumental Circuitul redresor Convertor analog numeric Generatorde tact cu cuart Divizor de frecventa Numaratorul Memoria Decodorul Afisor5. Breviar de calcul6. Calculul economic7. Schema electrica a aparatului8. Nomenclatura de componente9. Realizarea cablajului10. Bibliografie1. IntroducereIn contextul revolutiei stiintifice si tehnice din lumea contemporana, masurarile electrice sunt indispensabile in toate ramurile industriale, ca veriga importanta in procesele de productie, in controlul calitatii materiilor prime, a produselor intermediare si finale, in dezvoltarea cercetarii in toate domeniile. Pe suportul marimilor electromagnetice se fac cel mai frecvent atat schimburile de energie, cat si schimburile de informatie; masurarea electrica cu precizie ridicata conditioneaza deci desfasurarea normala a proceselor implicate.Pentru a intelege,a prevedea si a actiona asupra mediului inconjurator omul trebuie sa acumuleze cunostinte referitoare la diverse obiecte, fenomene, procese, etc., prezente in natura. Acest e cunostinte pot fi clasificate prin introducerea notiunii de marime. Prin definitie, marimea reprezinta o proprietate sau un atribut comun al unei clase de obiecte, fenomene, procese, etc. Msurarea curenilorAmpermetre analogicengeneralpentrumsurareacurentului electric este necesar ntreruperea circuitului i introducerea unui ampermetru A, de rezisten rA, n circuitul parcurs de curentul de msurat. nainte de introducerea ampermetrului n circuit, curentul electric are valoarea I i se numete valoarea adevrat a curentului de msurat:cRUIABunde UAB este tensiunea la bornele AB iar RC este rezistena circuitului parcurs de curentul I.Figura 1. Influena consumului ampermetrului n circuitul de msurareABArARCImUABCa urmare a introducerii ampermetrului n circuit, curentul msurat Im, mai mic dect I, va avea valoarea:A cmr RUI+AB,unde rA este rezistena intern a ampermetrului.Eroarea relativ ce apare ca urmare a introducerii ampermetrului n circuit este:CAA CACC A C mIRrr RrRR r RII I + +11 1Pentru ca aceast eroare s fie ct mai mic trebuie ca rezistena ampermetrului s fie ct mai mic fa de rezistena circuitului. Masurarea tensiunilorVoltmetre Voltmetrul electronic exista in doua variante constructive : analog si respective numeric.In functie de valoarea masurata sunt: a) voltmetru de c.c , care masoara nivelul tensiunii continue de intrare (U);b) voltmetru de c.a , care pot fi :- de valoare medie (masoara Umed)- de valoare de varf (masoara Umax)- de valoare efectiva (masoara Uef)-de valoare efectiva pentru intrare sinusoidala (masoara Umed si afiseaza Uef, avand in vedere relatia dintre cele doua marimi cand semnalul de la intrare este sinusoidal). In circuitele de curent continuu si de curen alternativ tensiunile care depasesc 1/10000 V cu voltmetre. Voltmetrele se leaga in circuitele de masurare in paralel cu punctele intre care se masoara tensiunea. In functie de valorea tensiunii de masurat voltmetrele se conecteaza direct sau in serie cuorezistentaaditionala. Legareadirectaincircuit avoltmetrelor esteposibilanumai daca curentul de masurat poate trece inegral prin dispozitivul de masurat fara sa-l deterioreze. Curentii si tensiunile foarte mari se masoar cu ampermetrele si voltmetrele prin intermediul transformatoarelor de masurat. Voltmetru numeric lucreaza pe un principiu asemanator cu al unui aparat de tip frecventmetru/cronometru, cu deosebirea ca include si un convertor analog-numeric (CAN), care transforma tensiunea de masurat (Ux) intr-un interval de timp sau intr-o frecventa .Schema functionala a unui voltmetru numeric este prezentata in fig 1. . Tensiunea de masurat Ux ,este aplicata unui bloc de conditionare de semnal, DT/A; acesta este similar celui folositlavoltmetreleelectronice analogice . Cu divizorul de tensiune DT, se prescriu gamele (tensiunii nominale, Uxn) in succesiune decadica (tipic: 0,2; 2; 20; 200 V), iar amplificatorul de intrare A, aduce Ux la nivelul cerut de blocul de esantionare si adapteaza impedanta acestuia la cea de iesire din divizorul DT. In plus, blocul DT/A imbunatateste si imunitatea la zgomote(prin punerea dupa t a unui FTJ). Ux este apoi esantionat (pe durata t) pentru a asigura stationaritatea lui Ux, sunt trecute printr-un amplificator tampon AT , al carui rol este de a adapta impedanta de iesire a circuitului de esantionare si memorare, la impedanta de intrare al convertorului A/N. Comandaoperatiilor intregului aparat (esantionare, conversie, memorare, afisare) este asigurata de un bloc de comanda, pilotat de catre generatorul de tact GE; acest bloc include si un divisor de frecventa DF , cu ajutorul caruia se obtine baza de timp a aparatului.

Caracteristici de intrare :a) Tipul intrariidepinde de clasa de precizie a aparatului : - voltmetru numeric standard (c=0.1) folosesc circuite de intrare cu 3 borne- voltmetru de inalta precizie (c=0.01 .. 0.001) utilizeaza intrare cu circuit de gardab) Tensiuneamaximaadmisapeintrareestevaloareamaximaatensiunii cepoatefi aplicataintreborneledeintarresauintreunadintreacesteasi masainconditii normalede functionare.c) Injectia de paraziti in obiectul de masura : tensiunile parazite sunt produse de catre circuiteleincomutatie. Eledevinsuparatoarecandoperatorul facemasurari inschemecu dispozitive sensibile.d)Gamele de masura: suntin succesiune decadica (0.2 , 2 , 20 , 200, ..) . Comutarea gamelor se poate face manual sau automat.e) Schimbarea automata a gamelor : permite trecerea voltmetrelor numerice de la o gama inferioara la una superioara si invers, de indata ce Ux depaseste o limita prestabilita. Selectorul automat de game permite ca aparatul sa se plaseze singur in situatia optima in privinta preciziei.Caracteristici de transfer:a) Rezolutia este cea mai mica variatie a lui Ux ce paote fi citita pe o gamab) Sensibilitatea este valoarea cea mai mica a lui Ux care poate fi masurata pe gama cea mai sensibila.c) Preciziase exprima prin eroarea tolerate t=a%ct(de la blocuri analogice)+b%cs(de la blocurile numerice) .Eroarea tolerata: se normeaza in raport cu eroarea de baza (b) si cu eroarea suplimentara (s) Eroarea de baza este eroarea intrinseca a voltmetrului numeric in conditii de referinta , ste datorata urmatoarelor cauze : eroarea datorita rezolutiei, deriva referintei interioare de tensiune, deriva in timp si cu temperature a componentelor, neliniaritati din blocurile analogice si numerice, zgomotelor interne/externe, eroareadeindicareavalorii zero, variatiatensiunii de alimentare.Conditiile de referinta sunt prescrise prin standarde si sunt alese a.i variatiile factorilor de influenta sa aiba un efect neglijabil asupra aparatului.Eroarea suplimentara provine din variatia unui singur factor de influenta , ceilalti fiind mentinuti la nivele de referinta. Parametrii CT sunt specificati numai pentru voltmetrele numerice de inalta precizie.d) Stabilitatea este aptitudinea unui voltmetru numeric de a da o indicatie reproductibila, intr-o anumita perioada de timp, in care marimea de masurat Ux ramane constanta.Stabilitatea pe termen scurt este abaterea maxima ce poate apare in indicatia voltmetrului numeric in conditii de referinta (t=23C 1C) timp de 24 ore, interval de timp in care nu sunt admise nici un fel de reglaje.

Voltmetre electronice de curent alternativ :Spre deosebire de voltmetrele electromecanice de c.a (feromagnetice, electrodinamice si electrostatice) careraspundlavaloareaefectiva(U)atensiunii demasurat (Ux), voltmetrele electronice de c.a. sunt specializate pe unul din cei trei parametrii de baza ai lui Ux: valoarea de varf (Uv), valoarea medie (Umed) si valoarea efectiva, iar voltmetrele respective se numesc : voltmetruelectronicdevarf, demediesi devaloareefectiva. Indiferent detip, toateaceste voltmetre electronice au scara gradate in valori efective ale regimului sinusoidal.O alta particularitate , banda de frecventa. Spre deosebire de amplificatoare, la care acest parametru se defineste pe baza caderii raspunsului la 3dB , la AME banda se defineste pe baza erorii suplimentarecauzatedefrecventasianume: limitasuperioaraabenzii (Hz)reprezinta frecventa la care indicatia aparatului () scade cu o fractiune cel mult egala cu eroarea absoluta tolerata.La VE limita inferioara (f1) este, 10-20 Hz si este impusa de conditia de memorare(VEV) saudeconditia deintegrare mecanica peintrumentul magnetoelectric(voltmetre devaloare medie si de valoare efectiva) iar limita superioara (f2) atinge ordinal MHz (VEM si VEF) sau al sutelor deMHz(VEV) fiindimpusa, deregula, decatrecapacitatea deintrarelaaparatul respectiv. 2. Tema proiectului Sa se proiecteze un aparat de masura numeric care sa indeplineasca urmatoarele functii:1. Ampermetru de c. a. cu scarile 0,3; 3; 10 A;Rezistente individuale la intrare;Tensiunea de intrare pe diviziune 0,35 V.2. Voltmetru de c. a. cu scarilede0,3; 3; 10; 100 V;Se va folosi un convertor analog-numeric de tip registru cu aproximari succesive.3. Schema bloc Schema bloc multimetru cu ampermetru si voltmetru de c.a.BTBlocul de numrare/afiareNumrtor (N)Registru de memorareDecodor(D)Afiaj numeric (AN)CANBTAfiaj PCANPBC GE4. Memoriu tehnic Blocul de alimentare Voltmetrul este alimentat de la o sursa de curentcontinuu de 9V.Labornele(+ ) si ( ) se pun bornele prin care trece voltajul ( curent alternativ) ce trebuie masurat . In functie de scara de care avem nevoie putem folosi comutatorul de scara pe una din treptele 3, 5, 10 volti pentru un rezultat corect.Curentul alternativ care intra pe la bornele + si trece printr-un circuit redresor ( punte redresoare ) formata din diode redersoare ( 1N4001 ) pentru a fi transformat in curent continuu si astfel aparatul va putea efectua masurarea voltajului din circuitul ce trebuie masurat. Inainte de intrarea in circuitul redresor curentul trece prin divizor de curent din blocul ampermetrului, iar pentru circuitul cu voltmetru curentul trece prindivizorul de tensiune . Dupa redresare curentul de masurat este trece prin circuitul de amplificare (tranzistoare) apoi este convertit din semnal analogic in semnal digital printr-un CAN . Circuitul de intrare Divizorul de curent pentru ampermetru Regula divizorului de curentDac la iesirea unui circuit nu este conectat o rezistent de sarcin se poate aplica regula divizorului de curent pentru a determina curentul prin R2 de exemplu. La fel de bine se poate aplica regula divizorului de curent si pentru a afla curentul prin R1. Presupunnd rezistentele parcurse de curentii I1 si I2, cu legea curentilor lui Kirchhoff se gseste: I = I1 + I2Cderea de tensiune la bornele rezistentelor se determin cu legea lui Ohm: U = I1R1 = I2R2Combinnd relatiile de mai sus se obtine: Analiza unui circuit paralel simpluS analizm un circuit paralel simplu, determinnd valorile curenilor prin fiecare ramur, respectiv prin fiecare rezistor n parte.MrimeR1R2R3Total UnitateE 6 6 6 6 VI AR 1k 3k 2k Cunoscndfaptul cpefiecarecomponent npartecdereadetensiuneesteaceeai, putemcompleta tabelul tensiune/curent/rezisten astfel (mrimile sunt exprimate n voli, amperi i ohmi).MrimeR1R2R3Total UnitateE 6 6 6 6 VI 6m 2m 3m AR 1k 3k 2k Folosind legea lui Ohm (I = E / R) putem calcula curentul prin fiecare ramur.MrimeR1R2R3Total UnitateE 6 6 6 6 VI 6m 2m 3m 11m AR 1k 3k 2k tiind c n circuitele paralele suma curenilorde pe fiecare ramur reprezint curentul total, putem completa tabelul cu valoarea total a curentului prin circuit, 11 mA.MrimeR1R2R3Total UnitateE 6 6 6 6 VI 6m 2m 3m 11m AR 1k 3k 2k 545.45 Ultimul pasestecalcularearezistenei totale, folosindlegealuiOhm(R=E/I), sau folosind formula rezistenelor n paralel; indiferent de metoda folosit, rezultatul este acelai. Divizorul de tensiune pentru voltmetru Divizoarele detensiune , utilizatelamasurarea tensiunilorcontinue,alternativesi de impuls, sunt dispozitive de raport cu doua perechi de borne (tip diport), care stabilesc o relatie de dependentaliniara,pe un anumitinterval,ntremarimeade masuratelectricasimarimea electrica ce actioneaza asupra circuitului. Divizorul de tensiune rezistiv:este realizat din rezistoare bobinate, sau din rezistente cu peliculametalica, situatiencareexactitateaestemai scazutadar suficient debunapentru instrumentatia analogica si digitala. Se utilizeaza pentru masurarea tensiunilor n curent alternativ sau n joasa frecventa si pentru extinderea limitei superiore de masurare a voltmetrelor, compensatoarelor de tensiune alternativa, etc.In afara de divizoarele de valoare fixa se construiesc divizoare reglabile, utilizate pentru prescrierea gamelor la voltmetrele de c.c. Treptele de divizare se aleg n secventa 1-3-10 (sau o alta) pentru voltmetrele analogice si n secventa 1-10-100 pentru cele digitale.Existadivizoaredetensiunecumai multetreptededivizare, cuparticularitateacaunadin componente este de nalta exactitate. Aceasta serveste ca etalon la verificarea prin comparatie a exactitatii celorlalte rezistente aledivizorului. Multe din acestea sunt astfel realizate nct rezistentele componente sau grupuri ale acestora sa aiba valori nominale egale, ceea ce permite comparareadirectaalor, pentrudeterminareaerorii fiecarei treptededivizare. Inacest fel ntregul divizor poate fi autocalibrat.Erorile divizoarelor de tensiune sunt determinate, n primul rnd, de abaterile rezistenelor componentedelavalorilenominaleprecumi dembtrnirearezistenelor, de variaia valorii acestora cu temperatura i umiditatea, de autonclzire i de influena rezistenelor deizolaie. Evitareaerorilor provocatederezistenele deizolaie, mai ales ladivizoare cu rezistoaredevalorinominalefoartemari,oconstituieintroducereaecranelorde gard pentru interceptareacurenilor deizolaie. Ecranul mbractoateprileconductoarealedivizorului, inclusiv bornele, care sunt meninute la poteniale egale cu ale conductoarelor gardate cu ajutorul unui divizor secundar. Curenii prinizolaiesunt concentrai astfel ctredivizorul secundar ocolind rezistoarele divizorului principal. Amplificatorul instrumental Amplificatoarele instrumentale reprezint o categorie aparte de amplificatoare operaionale utilizate n special n msurri, motiv pentru care acest tip de amplificatoare operaionale au mai fost denumite i amplificatoaredemsur. Amplificatorul instrumental esteunamplificator operaional diferenial cuamplificarefiniti foartebinereglat, reglajul amplificrii fcndu-sefieprinconectareanexteriorul integratului aunei rezistene sau grup de rezistene, fie prin comanda digital cu ajutorul unui calculatorsaumicrocontroler. Amplificatorul instrumental areperformane superioareamplificatoareloroperaionalenceeaceprivetetensiuneade decalaj, deriva termic, liniaritatea, stabilitatea i precizia amplificrii.Amplificatoarele instrumentale pot fi realizate cu componente discrete i amplificatoareoperaionale, ntehnologiemonoliticsauhibrid. Cele integrate au elementele de reacie incluse n structura circuitului integrat. La aparatura de msur i control amplificarea n tensiune se face, adesea, cu amplificatoare difereniale la care una din intrri este folosit pentru intrarea de semnal, iar cealalt pentru conectarea reelei de reacie. Dac s-ar folosi un singur amplificator operaional reeaua de reacie ar reduce impedana de intrare la valori care sunt prea mici fa de cele necesare n aceste aplicaii. Din acest motiv au fost realizate structuri speciale de amplificatoare difereniale cu dou sau mai multe amplificatoare operaionale. Amplificatoarele instrumentale sunt amplificatoare difereniale cu intrri flotante fa de mas, cu impedan mare att n modul diferenial ct i n modul comun i avnd o rezisten de ieire redus.Amplificatoarele instrumentale trebuie s ndeplineasc mai multe cerine:amplificareamrimilor preluatedelasenzori pnlavalori carepot fi prelucratefrproblemedeetajeleurmtoaredinlanul deprelucrarea semnalului; asigurarea unei impedane de intrare mari, pentru a nu perturba mrimea aplicat la intrare; realizarea unei anumite caracteristici de transfer, liniar sau neliniar, n funcie de natura procesului de msurare; asigurarea unei caracteristici de frecven adecvate procesului de msurare; asigurarea unei rejecii a semnalului de mod comun foarte mare.Principalii parametri ai unui amplificatorului instrumental sunt:a) ctigul (G). Valoarea acestui parametru reprezint panta caracteristicii de transfer a amplificatorului instrumental. n datele de catalog sunt specificate: eroarea ctigului, neliniaritatea ctiguluii stabilitatea ctigului n raport cu temperature.b) tensiunile de decalaj la intrare i la ieire. Tensiunea de decalaj la intrare, Uosi[V] itensiunea de decalajla ieire,Uoso[V] sunt independente una fa de cealalt i, prin urmare, trebuie considerate separat. Pentru un ctig dat, tensiunea total de decalaj Uos este definit pe baza a dou erori: - eroarea total raportat la intrare (Total Referred to the Input Error Total RTI Error) prin: Uos(RTI) = Uosi + Uoso/G; - eroarea total raportat la ieire ( Total RTO Error) prin:Uos(RTO) = GUosi + Uoso.c)curentul dedecalaj laintrare(n[nA]),valoareaacestuianfunciede temperatur(n [nA]), precumicoeficientul mediu de temperatur alcurentului de decalaj la intrare (n [pA/0C]).d) curentul de polarizare la intrare (n [nA]),valoarea acestuia n funcie de temperatur(n [nA]), precumicoeficientul mediu de temperatur alcurentului de polarizare la intrare (n [pA/0C]).d) impedanele de intrare diferenial i de mod comun. Sunt alctuite dintr-o rezisten n paralel cu o capacitate. Se exprim n G||pF.e) impedana de ieire. Este foarte mic, de ordinul 10-2 .f) tensiunea i curentul de zgomot ale amplificatorului. Aceti parametri pot fi raportai fa de borna de intrare a amplificatorului, fiind specificai ca i valori vrf lavrf sauefectiventr-unanumit interval defrecvene(se exprim n [nV], respectiv n [pA]).g)raportul derejecieamodului comun, CMMR. Estespecificat pentruo anumitnesimetrieasursei desemnal deintrare, deobicei 1k, pentru diferite valori ale ctigului i ale tensiunii de mod comun UCM. CMRR crete odat cu creterea ctigului i scade odat cu creterea frecvenei.h) parametri referitori la regimul dinamic:- banda de frecvene la -3 dB la semnal mic. Este specificat pentru diferite valori ale ctigului. Cu ct ctigul este mai mare cu att banda de frecvene este mai mic.- viteza de urmrire (Slew Rate, SR [V/s]).- timpul de stabilizare. Este specificat n funcie de valoarea ctigului pentru o variaie dat a tensiunii de intrare. Circuitul redresor Redresoarele suntcircuitecare transform curentul alternativ n curent continuu. Dup tipul dispozitivelor careredreseazi dupmodul acestoradecomand, redresareapoatefi necomandat, (cu comutaie natural), sau comandat, (cu comutaie forat). n aceast lucrare sevor studia circuitede redresare necomandate. Redresarea necomandat se realizeaz,ntr-o majoritate covritoare de cazuri, cu diode. Redresarea tensiunilor alternative este cea mai des utilizat operaie neliniar efectuat asupra semnalelor variabile n timp.Redresorul monoalternanideal poatefi privit caundiport cufuncionaredecomutator comandat de polaritatea tensiunii de intrare. Dac polaritatea este pozitiv, comutatorul este nchis i tensiunea de la intrare se regsete la ieire. n cazul n care tensiunea de intrare este negativ, comutatorul se deschide iar tensiunea de la ieire devine 0.Cele mai utilizate comutatoare pentru aceast funcie sunt diodele semiconductoare.Sepoate consideracredresorul dublalternan esteundiport careaplic funcia matematic " MODUL " semnalului de intrare.Aceast funcionare se poate obine prin cuplarea adouredresoaremonoalternan, unul direct i cel de-al doilea prin intermediulunui repetor -inversor de tensiune.Utilizarea diodelor semiconductoare pentru redresarea semnalelor alternative reprezint o soluie deosebit de simpl i ieftin a problemei, n cazul n care se urmrete aspectul energetic, dac sepornete dela tensiuni de intrare mult mai mari dect cderea de tensiune direct pe diod.ntr-adevr, tensiunea la ieirea redresorului monoalternan, cu diod semiconductoare cu siliciu, nu repet identic semialternana pozitiv a tensiunii de intrare ci prezint un decalaj de aproximativ 0,6 V fa de aceasta.naplicaiilecareaunvedere prelucrarea de informaie,pentru msurarea tensiunilor alternative, saunnenumratealteaplicaii desemnal mic, esteinacceptabildistorsionarea semnalului.Pentru nlturarea inconvenientelor prezentate mai sus se folosesc scheme compuse din A.O. i diode semiconductoare, numite redresoare de precizie. Convertorul analog-numeric (CAN)de tip registru cu aproximari succesive CAN (Convertor Analog Numeric) cu aproximare succesiv este unul din tipurile de CA/N cele mai utilizate n practic. Ele realizeaz compromisul optim ntre precizia i viteza de conversie, la o complexitate acceptabil a schemei. Stadiul actual al tehnologiei permite realizarea monolitic o ntreguluiCA/N, laorezolutiedepn la16biiio vitezdeconversie de circa10sec.Se utilizeaz curent aceste CA/N-uri n aparatur de msur electronic, sisteme de achiziii de date, transmisia i prelucrarea numeric a informaiei, etc.Schema bloc a acestui convertor este prezentat n figura 1.0 .1Funcionarea schemei- nceputul unui ciclu de conversie este comandat prin semnalul logic SC="1".- se compar tensiunea de intrare VIN(care se dorete a fi convertit ntr-un numr binar), cu cea furnizat de CN/A (Convertor Numeric/Analogic) la un moment dat. Tensiunea furnizat de CN/A este V0(N) i reprezint o fracie din VREF conform formulei:Figura 1N este numr binar pozitiv subunitar, avnd (2n-1) valori posibile, de la 0 pn la (1-2-n), unde nreprezint numrul de bii. CN/A folosit este de tipul cu reea divizoare n trepte ponderare binar.- numrul binarNeste produs n RAS (Registrul cu AproximaiiSuccesive) sub forma unui cod binar natural:N = b1b2...bn ,n care b1 este bitul cel mai semnificativ (MSB), iar bn este bitul cel mai puin semnificativ (LSB), aceasta conducnd la un numr de formaN=0,b1b2...bn.RASfuncioneaz secvenial pe o frecven fix f0, producnd numerele Nconform algoritmului aproximaiilor succesive, ce este prezentat n continuare.- un ciclu de conversie dureazTCONVERSIE = n T0 ,undeT0=1/f0reprezintduratantredouimpulsuri deceas, iarnestenumrul debii ai convertorului.- sfritul ciclului de conversie, cnd este disponibil rezultatul conversiei forma numrului binar stocat n RAS, este marcat prin semnalul logic FC="1".0 .2Algoritmul de aproximare succesivPentru claritatea expunerii algoritmului, se va considera n explicaii un CA/N de 8 bii.Dup comanda de ncepere a conversiei (semnalul SC="1", care n general poate fi asincron), sincron cu primul front cresctor a impulsului de ceas, se comand nscrierea n RAS, a numrului binar:N1= 1000 0000 .V 2 b=VN = (N)VREFk -kn= 1 kRE F 0

,`

.|Corespunztoracestuia, duptimpul de propagare prin circuitele logice ale RAS i prin CN/A, apare la intrarea IN- a comparatorului tensiunea:Rezultatul comparaieitensiunilor VIN_i V0(N1) este semnalul logic COMP, de la ieirea comparatoruluiLaurmtorul front cresctor al semnalului deceas, estememorat valoarea logic aacestei comparaii (c1) n poziia bitului cel mai semnificativ b1- aceast locaie din RAS nu va mai fi modificat n restul ciclului de conversie. Se marcheaz astfel apartenena tensiunii VIN la una din cele dou jumti ale domeniului analogic [0, VREF] .Simultancuacest noufront al semnalului deceas, estese-tat urmtorul bit, mai puin semnificativ, b2="1". Incepnd cu acest moment, circuitul RAS conine numrul binarN2= c1100 0000 ,care produce la ieirea CN/A tensiunea continu corespunztoareValoarea acestei tensiuni devine disponibil la intrarea IN- a comparatorului dup timpul de propagare princircuitul logic al RASi prinCN/A. Rezultatul comparaiei tensiunii VINcu tensiunea V0(N2), n al doilea pas al iterrii algoritmului, esteCOMP = c2 ,care este memorat de aceast dat n poziia urmtorului bit (b2) mai puin semnificativ fa de cel stabilit anterior. Apoi,la fel ca i la iteraia anterioar, este setat urmtorul bit b3="1".V 2=V N=V 2 b= )N(VR E F1 -R E F 1 R E Fk -kn= 1 k1 0

,`

.|'V< )N(Vdaca1,V> )N(Vdaca0,=c= COMPIN 1 0IN 1 01( )V 21 +2 c=V N= )N(V REF-2 -11 REF 2 2 0 La nceputul urmtorului pas al algoritmului, numrul binar coninut n RAS va fiN3= c1c210 0000(indicele numrului N semnific n acelai timp pasul de aproximare i indicele bitului ce urmeaz a fi "clarificat").In acest fel, se continu pn la stabilirea utimului bit, cel mai puin semnificativ. Pe msur ce crete numrul de bii, se realizeaz din ce n ce mai bine aproximareaV0(N) VIN .Prezentarea sintetic a acestui algoritm se face n organigrama urmtoare.Eroarea de cuantizare ce rezult n urma parcurgerii acestui algoritm esteV 2+ =V21+ = V =REF1) + -(nLSB _ _ Componentele principale ale convertorului sunt: un integrator cu amplificatorul operaional AO (cu rezisten de intrare ridicat de cca. 1091012), rezistena R(sute k) i condensatorul C(0,11F); laintrarea acestui integrator este plasat un comutator comandat (K1 i K2), ce asigur conectarea intrrii integratorului fie la semnalul de intrare (Ux), fie la o tensiune de referin (U0) foarte stabil (0,010,002%); uncomparator(CT)cedetecteaz trecereaprin zero a semnaluluidelaieirea integratorului (U2); un generator de tact (GE) i un circuit poart (P) care valideaz impulsurile de ceas ctre un numrtor; un numrtor (N), de cele mai multe ori decadic, cu intrare de tergere (RES) i ieire de transport/depire (TCU); un afiaj numeric cu 7 segmente (inclusiv decodificator BCD-7 segmente); un bistabil de comand a comutatorului de intrare (B); un bloc de comand (secveniere) a ntregului aparat (BC), care iniiaz ciclul de conversie i stabilete condiiile iniiale ale integrrii.Blocul de comand (BC) este pilotat de ctre generatorul de tact etalon (GE); cu ajutorul unui secveniator, acesta stabilete ciclul de msur i comand operaiile ce se vor executa n fiecare etap. Generatorul etalon (Ge)Generatorul de tact etalon (GE) este constituit dintr-un simplu oscilator RC, frecvena acestui putnd fi reglat la 40 kHz (timpul de integrare este T1=100 ms) sau 50 kHz (T1=40 ms); pentru realizarea intervalului T1, frecvena generatorului este divizat intern la valori corespunztoare.Tensiunea de referin (U0) este preluat de la dioda Zener intern de 2,8 V (coeficient termic 0,01%/C) prin intermediul unui poteniometru cu ajutorul cruia poate fi reglat la 100 mV (pentru gama de 200 mV) sau la 1 V (pentru gama de 2 V). Dac se renun la referin, voltmetrul poate fi utilizat ca logometru (raiometru), cea de-a doua tensiune fiind introdus n locul lui U0 (adic pe cursorul poteniometrului). Divizorul de frecventa Divizoarele de frecven sunt circuite speciale la care informaia de intrare este considerat n general frecvena semnalului de tact, iar informaia de ieire este frecvena unui semnal generat. mprindfrecvena deintrare la frecvena deieire seobine raportul de divizare. Ca i observaie, factorul de umplere a semnalului de ieire nu neaprat este egal cu 0,5. Este important faptul c numrul de stri distincte prin care trece circuitul trebuie s fie egal cu raportul de divizare. Numarator Decodoare Decodorul este un circuit logic cu mai multe intrri i mai multe ieiri care convertete semnaleledeintrarecodatensemnaledeieirecodate, coduriledeintrareideieirefiind diferite. n general, codul de intrare este construit pe mai puini bii dect codul de ieire, iar ntre cuvintele de cod de intrare i cuvintele de cod de ieire exist o coresponden biunivoc.Structurageneralaunuicircuitde decodare este cea din figur.Intrrile de activare, dacexist, trebuiesfieconfirmatepentrucadecodorul srealizezecorespondenaintrare-ieire n mod normal. n caz contrar, decodorul asociaz tuturor cuvintelor de intrare un singur cuvnt de cod de ieire- disabled (neactivat).Pentru semnalul de intrare, cel mai frecvent se utilizeaz un cod binar de n bii, n care un cuvnt de n bii reprezint una dintre cele 2nvalori codate diferite, n mod normal numerele ntregi de la 0 la 2n-1. Uneori, codurile binare de n bii se trunchiaz, reprezentndu-se astfel mai puinde2nvalori. Deexemplu, ncodul BCD, combinaiilede4bii dela0000la1001 reprezint cifrele zecimale 1...9, iar combinaiile de la 1010 la 1111 nu sunt utilizate.Pentru semnalul de ieire, cel mai frecvent se utilizeaz un cod 1 din m, care conine m bii, n orice moment fiind confirmat unul dintre bii. Astfel, pentru un cod 1 din 4 cu valorile de ieire active n HIGH, cuvintele de cod sunt: 0001, 0010, 0100 i 1000. Dac valorile de ieire sunt active n LOW, cuvintele de cod sunt: 1110, 1101, 1011 i 0111.Decodorul binarDecodorul binar estedestinat operaiilor degenerareasemnalelor deseleciesaude implementare a funciilor logice mai complicate. Acest tip de decodor are n intrri de cod, un numr de intrri de validare i 2nieiri; intrrile de validare permit activarea/dezactivarea funcionrii decodorului prin trecerea ieirilor n starea inactiv.Un exemplu de decodor binar este SN74138 (decodor binar 1 din 8, n tehnologie TTL); n seria CMOS standard nu exist un decodor binar.Decodorul BCD-zecimalAcest decodor are 4 intrri i 10 ieiri, corespunztoare numerelor zecimale 0...9; codurile 10...15 sunt invalide i nu produc activarea niciunui semnal de ieire. Decodorul BCD-zecimal estefolosit mult lacomandaafiajelor cutuburi indicatoare(undefiecarecifrare comandseparat) saulacomandaunorafiajedetipbargraf. ExemplededecodoareBCD-zecimal: SN7442 (decodor 1 din 10, de uz general, n tehnologie TTL), SN74141 (decodor 1 din 10 pentru atacul tuburilor indicatoare, n tehnologie TTL), 4028 (decodor 1 din 10, de uz general, n tehnologie CMOS).Decodoare de comand a afiajuluiPentru extragerea datelor binar-zecimal din numrtoarele binare i afiarea lor n form zecimal, se utilizeaz un decodor de comand. n funcie de forma caracterelor afiate, rezult trei tipuri principale de decodoare, i anume: decodoare pentru comanda iluminrii directe a caracterelor zecimale, prin codul 1 din 10: decodoare pentrucomanda iluminrii unor segmente, dincombinarea crora rezult caractere zecimale; decodoarepentrucomandailuminrii unor puncte, nczul reprezentrii prinmatrice alfanumerice.Tipul decodoarelor este determinat i de valorile tensiunilor i curenilor pentru comanda diferitelor sisteme de afiaj. Astfel: pentru comanda sistemelor de afiaj cu LED-uri condiia principal impus decodorului este asigurarea curentului de ieire pentru polarizarea segmentelor, valorile uzuale fiind de 2-20mA. ncazul circuitelor TTL, aceasta nuconstituie oproblem. Deoarece valorile tensiunii directe pe un segment electrolumniscent este de 1,6-3,4 V, se impune conectareaunei rezisteneserieladecodoarelecucircuit deieirecolector deschis, pentru compatibilitatea cu tensiunea de alimentare de 5V a circuitelor TTL. Decodoarele CMOS pot comanda sisteme de afiare cu LED-uri: direct, n cazul celor cu un curent de lucru de 5 mA sau prin intermediul unor amplificatoare de curent, n cazul unui curent mai ridicat. n prezent, se realizeaz circuite integrate monolitice care includ att sistemul de afiare LED, ct i celelalte blocuri: circuite de numrare, memoria, decodorul etc. pentru comanda sistemelor de afiaj cu cristale lichide se folosesc decodoarele cu circuite CMOS, careasigurminimizareaconsumului deputere. Comandacristalelor lichide impune un artificiu de schem n vederea activrii segmentelor cu o tensiune alternativ (delaosursauxiliar)iaproduceriiunei tensiuninulepe segmentelece formeaz caracterul. Sistemul de afiare cu cristale lichide nu se preteaz la comanda prin multiplexare, din cauza faptului c nu exist un prag bine definit de blocare i c la aceste sisteme timpul de rspuns are o valoare relativ mare. Sisteme de afiare Afiarea numeric arezultatelor msurrii areca avantaje: posibilitatea citirii dela distan i nlturarea erorilor subiective de citire. Un sistem de afiare numeric ideal ar fi acela care ar rspunde simultan urmtoarelor cerine: durat de via nelimitat, ceea ce ar nsemna cca. 100 000 ore de funcionare (aproximativ 10 ani); consum de putere ct mai redus, pentru a asigura necesitatea de alimentare autonom a aparatelor de msurat; tensiuni dealimentarei delucrucompatibilecircuitelor integratei logicii numerice standard; funcionarea n condiii grele de solicitri de natur mecanic (vibraii, ocuri etc.);funcionarea n limite ct mai largi de temperatur (de la -55C la 125C) i n medii cu radiaii intense; un raport pre de cost/performane rezonabil.Dintrecelectevasistemecare au ncercat ct ami mult s se apropie de acest model ideal, cele care s-au impus n prezent, fiind acum aproape n mod egal utilizate, sunt afiajele cu LED i cu cristale lichide. Sistemul de afiare cu diode electroluminiscente Diodeleelectroluminiscente(LED)suntdispozitivesemiconductoarecujonciunep-n, care emit radiaii n spectrul vizibil atunci cnd sunt polarizate direct.Caracterele, prin care se face afiajul, sunt aezate ntr-un singur plan, realizrile practice fiind fie cu 7 segmente (pentru afiarea cifrelor 0...9 i a literelor A, b, c, d, E, F, H, I, J, L, P, S, U), fie cu o matrice de puncte (circulare sau ptratice) de 5x7 sau 4x7 elemente pentru orice afiare alfanumeric.Conectarea diodelor n cazul afirii cu 7 segmente se face cu anodul sau catodul comun, iar comanda de la decodor se aplic la catozi, respectiv la anozi. n cazul matricelor se realizeaz conectarea pe coordonate (coloane i rnduri) unde sunt legai mpreun anozii de pe o coloan i catozii diodelor depeunrnd. Laaceast dispuneresereduce numrul conductorilor din elementul de afiare, cu reversul ei complicarea decodorului de comand, ceea ce, pe ansamblu, este avantajos.Performanele tipice ale sistemului de afiare cu elemente LED sunt urmtoarele: compatibilitatea cu circuitele integrate TTL i CMOS; funcionare stabil ndomeniul de temperatur 0-70Ci, pentruanumite tipuri, n limitele -55-100C; durata de via mai mare dect 100 000 ore; nlimea caracterelor 2,5 la 15 mm, pentru care se ajunge la un consum mediu de 60 la 280 mW/caracter (cu toate segmentele polarizate); culoarea luminii emise: roie (pentru citirile mai rar efectuate de acelai operator, pentru indicarea valorilor de atenie sau pentru citirea de la o distan mai mare), verde (cea mai convenabil pentru ochi, deci necesar n citirile repetate i ndelung privite) sau galben (pentrucitirilenspaiilemaintunecoase).Cromaticaradiaiilor emisede un LED n spectrul vizibil depinde, prin lungimea sa de und, de raportul dintre numrul impuritilor donoare(deexemplu, arsen) i numrul celor acceptoare (deexemplu, galiu) din jonciunea p-n. Sistemul de afiare cu cristale lichide Cristalele lichide asigur posibilitatea afiajului pe ecrane cu date multiple, cu consummic de putere (zeci de W) potrivit pentru aparatele electronice de msurat portabile.Sistemele de afiare cu cristale lichide pot fi realizate n dou moduri de funcionare: prin transmisie sau prin reflecie (cel mai rspndit), n ambele cazuri cristalul lichid fiind nchis ermetic ntre doi electrzi (supori), cu o structur de forma celei din figur (o schi a unei celule de afiaj de baz).n cazul funcionrii prin transmisie, ambii electrozi sunt transpareni i lumina unei surse auxiliare ptrunde dinspre electrodul posterior, perpendicular pe direcia de observare. La funcionarea prin reflecie (cazul din figur), electrodul postrior este opac i reflect lumina care vine dinspre observator. Aici, vizualizarea se face prin utilizarea efectului difuzrii dinamice a luminii, cucelule debazprecumcea dinfigur, careesteformat dindouplci-suport transparente,ntre care se gsete cristalul lichid i de care pe feele interioare sunt fixai electrozii conductori (din oxizi de staniu). Aceti electrozi conductori sunt n contact direct cu cristalul lichid. nabsenadiferenei depotenial ntreelectrozi, unfascicul delumincare ptrunde n celul prin electrodul transparent frontal va fi difuzat napoi (spre observator) ntr-un con fascicular cu un unghi mic (5-15). Dac se aplic o diferen de potenial (continu sau de joasfrecven) decivavoli, atunci pesteunanumit prag(5-7V) luminavafi difuzat puternicnfantr-unconfascicular de60-80(unghi lavrf). Astfel: dacntreelectrozii celulei tensiuneaesteU=0, difuzianuapareicelulavafineagr; pentrU>(5-7V)difuzia luminii va fi puternic i celula va apare alb.Parametrii tipici afiajului cu cristale lichide sunt: consumfoarte mic deputere (350 W pentru o celul cu 7 segmente/electrozi toate activate, la o nlime a caracterului de cca. 20 mm); compatibilitatea cu circuitele CMOS; funcionare n c.a. de joas frecven (alimentarea n c.c. avnd neajunsul scurtrii duratei de via); domeniu de temperatur restrns (0-60C); durat de via redus (cca. 10 000 ore); timp de rspuns relativ mare (cca. 10 ms); preul de cost, mai ales la produciile de mare serie (peste 100 000 de buci), este foarte mic; citirea de la distan este mai dificil.]Caracteristicile voltmetruluiCaracteristici de intrare Tipul intrriidepinde mult de clasa de precizie a aparatului: voltmetrele numerice standard (clasa 0,1) folosesc mai ales circuitul de intrare cu trei borne, iar cele de nalt precizie (clasa 0,01 0,001) utilizeaz intrarea cu circuit de gard; aceste tipuri de intrri asigur o impedan de intrare fix de 10 100 M si o rejecie de mod comun (RMC) de cca. 80 140 dB. Tensiunea maxim admis pe intrare reprezint valoarea maxim a tensiunii ce poate fi aplicat ntre bornele de intrare (de obicei notate H i L), sau ntre una din acestea i mas, n condiii normale de funcionare (aparatul conectat la obiectul de msurat). Injecia de parazii n obiectul de masur.Orice aparat numeric este i un generator de tensiuni parazite ce sunt produse de ctre circuitele n comutaie (prin efect di/dt); aici un loc principal l ocup baza de timp (generatorul de tact i blocul de secveniere). Aceste tensiuni parazite pot deveni supratoare atunci cnd operatorul face msurri n scheme cu dispozitive sensibile (de exemplu, tranzistoarele cu efect de cmp i circuitele integrateCMOS). Deaceea, nliteraturadecatalog(adesea) sespecifici nivelul paraziilor la bornele de intrare. Gameledemsur.Datoritspecificului afirii, gameledelucrualeunui voltmetru numeric (tensiuni la capt de scar) sunt n succesiune decadic (0,2; 2; 20; 200; ...) i nu din 10 n 10 dB (1; 3; 10; ) ca n cazul celor analogice. Exist multimetre numerice cu schimbare manual sau cu schimbare automat a gamelor. Schimbareaautomatagamelor (autoranging)este un procedeu modern care permite trecerea automat a voltmetrului numeric de la o gam inferioar la una superioar i invers, dendatceUxdepaeteoanumitlimitprestabilit. Selectorul automat de game permite ca aparatul s se plaseze singur n situatia optim n privina preciziei (cifra cea mai semnificativ a rezultatului msurrii s fie plasat mereu n ultima decad), ceea cepermitenplusiocretereavitezei delucru, precumiunconfortsporitpentru operator.Caracteristici de transfer Rezoluia i sensibilitateaRezoluia reprezint cea mai mic variaie a lui Ux ce poate fi citit pe gama respectiv; de exemplu, la un voltmetru numeric cu afiaj de 3 cifre, pe gama de 0,2 V rezoluia este de 100 V, iar pe cea de 2V este 1 mV. Prin urmare, rezoluia corespunde intervalului dintre dou valoriconsecutivealecifreiultimului rang - cifra cea mai puin semnificativ indiferent de gam. De aceea, n literatua de catalog, rezoluia se exprim adesea n % din gam; de exemplu, n cazul citat, rezoluia este 0,1 % din gam.n literatura de catalog, prin sensibilitate se nelege valoarea cea mai mic a lui Ux care poate fi msurat pe gama cea mai sensibil; de exemplu, la voltmetrul numeric citat mai nainte, sensibilitatea este de 100 V, valoare ce coincide i cu rezoluia pe gama respectiv. PreciziaDatorit faptului cvoltmetrele numerice sunt aparate denalt precizie, precumi faptului c au unele blocuri nentlnite la voltmetrele analogice (convertor A/N, numrtor, etc.), considerm util a analiza mai pe larg acest parametru de calitateModul de exprimare. Ca parametru de catalog, precizia voltmetrelor numerice se certific prineroare tolerat; aceastareprezint eroarea maximal admis nconditiide referinise exprim n una din formele:1= a%ct + b%cs2= a%ct + b[UUR]adic a% din valorea citit (ct) + b% din gam (cs), respectiv, a%ct + b uniti ale ultimului rang (UUR). Prima relaie se utilizeaz n cazul voltmetrelor numerice mai vechi (19751980); de exemplu,voltmetrul romnesc E 0302 are 1= 0,1%ct + 0,1%cs. Relaia a doua se utilizeaz pentrucaracterizareavoltmetrelor numericededatmai recent(19851995); deexemplu voltmetrul 8506A (FLUKE 1990) cu afiaj 6 cifre (1.9999999) are eroarea tolerat de 1= 0.0015%ct +8[UUR] pegamade2V. Eroareaa%ct provine, nprincipal, delablocurile analogice(DT,A), iar b%cs(respectivb[UUR]) estedatoratblocurilor numerice(convertor A/N, numrtor), motiv pentru care a i b se mai numesc eroare analogic i eroare numeric. Deobservat c, nliterarturarecentdecatalog, nlocul denumirii deeroare, seutilizeaz termenul precizie (uneori precizie de baz).Normarea erorii tolerate. Ca i n cazul aparatelor de masur analogice, eroarea tolerat (admisibil)senormeaznraportcueroareadebaz(b)icueroareasuplimentar(s), n corelaia:s b 1 = a%ct + b%csEroarea de bazeste eroarea intrinsec a voltmetrelor numerice n condiii de referin (temperatur de 23C +- 1C, etc.) i provine din urmtoarele cauze: eroarea datorat rezoluiei (numit i eroare de cuantizare); deriva referinei interioare de tensiune (Zener sau Weston); deriva n timp i cu temperatur a componentelor; neliniaritile din blocurile analogice i numerice; ambiguitatea de +-1 cifr la numrare (comparare numeric); zgomotele (interne sau externe); eroarea de indicare a valorii zero (voltmetrul nu indic zero cnd bornele de intrare sunt n scurtcircuit); variaia tensiunii de alimentare (ce poate provoca i alunecarea fecvenei de tact).Condiiiledereferinsuntprescriseprin standardeisuntaleseastfelncat variaiile factorilor de influen (temperatura, umiditatea, cmpurile electrice i magnetice perturbatoare, forma curbei Ux , tensiunea de alimentare, perturbaiile de mod comun i mod serie) s aib un efect neglijabil asupra aparatului.Valoarea erorii tolerate (1) se stabilete astfel: se determin experimental componentele a%ct i b%cs aleerorii debaz(b); dupaceea, valorileacestor componenteserotunjesc superior, astfelcavalorileobinutesfieexprimabileprintr-osinguracifrsemnificativ; de exemplu,0,042%ct se rotunjete la 0,05%ct. Valorile rotunjite n acest mod reprezint tocmai cele dou componente ale lui 1.Eroarea suplimentar(s) sau variaia, provine din variaia unui singur factor de influen, ceilali fiind meninui la nivelele de referin, motiv pentru care s se mai numete i eroare de influen. Factorul de influen cel mai proeminent estevariaia temperaturii (influenacelorlali factori mai poatefi atenuatprindiverseprecauii tehnologice: ecranare, gardare, filtrare, etc., ns influena temperaturii nu poate fi controlat dect n incinte termostatate,deci cu un cost mai ridicat). De aceea la voltmetrele numerice de nalt precizie eroarea de temperatur este un parametru de catalog. Eroarea suplimentar cauzat de variaia temperaturii mediului ambiant seevaluaeaz prinintermediul coeficientului detemperatur (CT); acesta se exprim prin dou componente, ca i precizia (1):CT = (a%ct + b%cs) /CCT = (a%ct + b[UUR]) /C StabilitateaStabilitatea reprezinta aptitudinea unui voltmetru numeric de a da o indicaie reproductibil, ntr-oanumit perioad de timp, n care mrimea de msurat (Ux) rmne constant. Lavoltmetrelenumericedeinaltprecizie, stabilitateaconstituieunparametrude catalog, care se normeaz n dou circumstane: pe termen scurt (24 ore) i pe termen lung (90 zile).Stabilitateapetermenscurtcorespundeabaterii maximecepoateapreanindicaia voltmetrului numeric n condiii de referin (temperaura 23 C +- 1 C, etc.) timp de 24 de ore, interval de timp n care nu sunt admise nici un fel de reglaje.Stabilitatea pe termen lung stipuleaz abaterea maxim a indicaiei voltmetrului numeric, ce poate aprea ntr-un interval mai mare de timp (tipic 90 zile), n condiii normale de lucru, fr ca aparatul s fie reetalonat. n acest interval de timp sunt permise i reglaje (de zero, de capt, de scar, etc.), efectuate numai pe baza referinelor interne ale aparatului, fr utilizarea unor aparate de msur exterioare. Viteza de lucruViteza de lucru a aparatelor de msur numerice se exprim, de regul, prin numrul de msurri pesecund. Acest numr sedeterminpebazaduratei totaleaunei msurri, ce nsumeaz timpul de rspuns i timpul de msur.Timpul de rspuns. n mod normal, timpul de rspuns sau timpul de stabilire a intrrii, este mic n raport cu timpul de msur. ns cnd voltmetrul este prevzut a lucra cu filtru pe intrare (pentru atenuarea zgomotelor) timpul de rspuns crete mult i poate chiar depai timpul de msur; n acest caz trebuie ateptate cteva cicluri complete de msur pentru ca tensiunea de la intrarea convertorului A/N s ating nivelul tensiunii de msurat (Ux). Aceeai precauie este necesar i la schimbarea gamelor, sau la variaii brute ale lui Ux. De observat c acest timp de ateptare este cu att mai lung cu ct voltmetrul este mai precis.Caracteristici de ieire Tipul afiriiAparatele de msur numerice de tablou utilizeaz afiarea decadic simpl (de exemplu 999), iar cele de laborator afiarea decadic cu depire (de exemplu 1.999). La aceasta din urm mai poate fi asociat o afiare analogic, ansamblul respectiv purtnd numele de afiaj combinat. Principalele tehnici de afiare sunt Nixie, LED-uri i cristale lichide.Afiajul cu depaireeste afiajul cel mai utilizat la multimetre i este format din 37 decadenormale(afiareacifrelor 0,1,9) i unelement dedepirecarepoateafianumai polaritatea i cifra 1. La voltmetrele de buzunar (precizie mic), se utilizeaz afiajele 1999 i 19999, denumite prescurtat afiaje cu 3 cifre i respectiv 4 cifre, iar la voltmetrele numerice de laborator (nalt precizie) se utilizeaz afiaje cu 5 7 cifre.Avantajul esenial al afirii cu depire const n extinderea cu 100% a scrii, ceea ce permite ameliorarea rezoluiei (i a preciziei de msurare) la trecerea de pe o gam pe alta. Borne de ieire cu semnal utilCaincazulvoltmetreloranalogice,ieirile de semnal permit extinderea gradului de utilizare a voltmetrelor numerice, precum i o mai uoar integrare n diverse sisteme de msur. Tehnologic, borneledeieirecusemnal util sunt plasate, deregul, pepanoul dinspatele aparatului, iar semnalul disponibil laacestebornepoatefi analogic saunumeric; existi voltmetre numerice care dispun de ambele tipuri de semnale.Borne de ieire cu semnal analogic. La aceste borne sunt dsponibile, fie o tensiune (tipic 1V), fieuncurent(tipic1mA), proporionale cu Ux, semnale ce pot servi la comanda unui nregistrator sau a altui aparat de msur. Semnalul pentru ieirea analogic este prelevat de la ieirea amplificatorului de intrare. Exist i voltmetre numerice (din multimetre) la care ieirea desemnal analogic esteizolat (galvanic) derestul voltmetrului, izolareceseobine prin prelevarea semnalului de la ieirea convertorului A/N, separare galvanic (de regul, optic), si reconvertirea acestuia cu ajutorul unui convertor N/A; o soluie tot mai ntlnit este utilizarea amplificatoarelor de izolare, ce preiau direct semnalul analogic de la intrarea convertorului A/N. Oastfel deizolarepermiteatenuareainfluenei tensiunilor demodcomun, tensiuni carepot aprea ntre intrarea Ux i echipamentul de la ieirea analogic.Borne de ieire cu semnal numeric.Semnalul numeric furnizat la ieire poate fi utilizat pentru comanda unei imprimante (tiprirea valorilor lui Ux) sau la integrarea aparatului ntr-un sistem de msur automat. Acest tip de ieire se ntalnete la aparatele cu microprocesor i se aliniazdeobicei launstandarddecomunicaiepentruinstrumentaie(deexemplu, RS-232, pentru transmisia serial, sau IEEE-488 pentru transmisia paralel).Studiul principalelor blocuri de execuie AfiajulDeiutilizatepescaralargin aparatura de laborator,afiajele cu LED-uri tinds fie nlocuite de cele cu cristale lichide, deoarece acestea din urma prezint unele avantaje importante , mai ales n construcia aparatelor de msur portabile: consum mult mai sczut (zeci de W, fa de zeci de mW); tehnologie mai simpl i mai ieftin; unghi mare de vizibilitate n toate direciile.Acestea le-au impus, n ultimul timp, att n aparatele de buzunar (multimetre, calculatoare), ct i n construcia altor aparate de msur portabile (cleti ampermetrici, termometre, cronometre).La baza acestei familii de afiaje stau o serie de substane organice (de exemplu clorhidratul de colesterol) cu proprietti speciale, numite cristale lichide.Cristalele lichide reprezint ostare intermediar ntre starea lichid i cea solid a materiei. Au mobilitate ridicat, asemntoare lichidelor, precum i un anumit grad de ordonare a moleculelor, datorit cruia se manifest proprietile optice (anizotropie) specifice moleculelor cristaline. Ca textur, cristalele lichide pot fi: nematice, smetice i colesterice. Toate aceste trei tipuri de cristale sunt alctuite din molecule alungite, paralele ntre ele, deosebirea constnd n gruparea i mobilitatea relativ a moleculelor.Forme constructive de baz.Spre deosebire de afiajele cu LED-uri, care sunt alctuite din module individuale, la cele cu cristale lichide ntregul afiaj se face pe o singur plachet, ceeacesimplifictehnologia, reduce gabaritul i micoreaz costul.Structura de baz a unei placheteafioarecucristalelichideestesimilarcuceaaunui condensator plan-paralel cu armturi transparente, avnd ca dielectric cristalul respectiv.Principiul defuncionare.nstarenormal, neexcitat, moleculelecristalului nematic sunt paralele ntre ele, iar cristalul este transparent. Aceast stare ordonat poate fi modificat cu ajutorul unui cmp saucurent electric, situaie ncare cristalul devine opac. Apare astfel posibilitatea deacomanda electric trecerea sauoprirea luminii, posibilitate ce stla baza afisajelor cu cristale lichide.Dup felul semnalului de comand utilizat (curent, tensiune), exist dou tipuri de afiaje cu cristale lichide, cu structur similar: afiaje ce funcioneaz pe principiul difuziei dinamice; afiaje cu efect de cmp.Afiaje cu cristale lichide cu difuzie dinamic.Utilizeaz un cristal nematic de puritate redus, iar modificarea transparenei se produce prin turbulena moleculelor provocat de curentul ce strbate perpendicular cristalul, curent ce este vehiculat prin ionii (impuriti) prezenin structuracristaluluirespectiv. Acest tip de afiaj are vitez de rspuns acceptabil (2050 ms), ns necesit tensiune de lucru (c.c. sau c.a. de 50 Hz) relativ mare (1015 V) i de aceea nu se mai utilizeaz n domeniul aparatelor numerice portabile.Afiaje utiliznd cristale lichide cu efect de cmp. Acesta folosete un cristal de nalt puritate (fr ioni), cu rezistivitate mare, iar efectul de modificare a transparenei se obine prin rotirea, ordonat, a moleculelor sub influena unui cmp aplicat, de unde i denumirea de cristale lichide cu efect de cmp. Acest tip de afiaj prezint avantajul c poate funciona la tensiuni mai sczute: 25 V (c.c. sau impulsuri), ns are i vitez de lucru mai sczut (0,10,2 s). Cu toate acestea, n prezent, este singurul tip de afiaj cu cristale lichide adoptat de ctre constructorii de aparate de msur cu afiare numeric.Dup sursa de lumin folosit, ambele tipuri de afiaje pot fi cu surs proprie de lumin (utilizeaz o lamp tip baghet miniatural, plasat n spatele plachetei) sau cu lumin ambiant (folosesc numai lumina ambiant, iar cifrele apar ntunecate, pe fondul alb-cenuiu, fiind mult mai economice).Activarea LCD se face cu tensiune dreptunghiular (cca. 50 Hz) furnizat din interiorul circuitului 7107 prin pinul 21 (firma INTERSIL atrage atenia ca aplicarea unei tensiuni continue peste 50 mV, pe o durat de cteva minute , poate distruge cristalul lichid al afiajului, drept care se recurge la alimentarea n impulsuri).5. Breviar de calcul Calculul rezistentelor pentru ampermetru prin divizorul de currentDivizorul de curent este realizat pentru o tensiune specific de 0,35 V astfel: scara de 0,3 A R1=0,35/0,3=1,16 scara de 3 A R2=0,35/3=0,16 scara de 10 A R3=0,35/10=0,035 6. Calculul economic R1=680Kohmsceramica 0,4 RON R2=1Mohmsceramica 0,6 RONR3=6.8Kohmsceramica0,25 RONR4=1Mohmsceramica 0,6RONR5= 680Kohms ceramica 0,4 RONR6=6,8Kohmsceramic 0,25 RONR7=680Kohmsceramic0,4 RONRV1=50Kohms trimmer 10 ture 1,8 RONRV2=5Kohmstrimmer 10 ture1,8 RONC1=10nFpoliester0,3 RONC2=47uF 16V electrolitic0,55 RONC3=100nFpoliester0,35 RONC4=220nF 1% poilester 0,35 RONC5=10nFpoliester0,3 RONC6=47uF 16V electrolitic0,55 RONC7=100nFpoliester0,35 RONC8=220nF 1% poilester 0,35 RONC9=47uF 16V electrolitic0,55 RONC10=220nF 1% poilester 0,35 RONC11=100nFpoliester0,35 RONC12=47uF 16V electrolitic 0,55 RONIC1=CA3161EIntersil-Harris 3,5 RONIC2=CA3162EIntersil-Harris 5RONIC3=CA3161EIntersil-Harris 3,5 RONIC4=CA3162EIntersil-Harris 5RONQ1,2,3=BC557 ceramica 1,2 RON Q4,5,6=BC557 ceramica 1,2 RONLD1,2,3 = MAN 696010RONLD4,5,6= MAN 6960 10RON 1N4001 (4 diode) 0.5 RON x 4 2 RON1C5=LM78051,5 RONTotal 54.65 RON7. Schema electrica a aparatului Sursa de alimentareSchema electrica multimetru8. Nomenclatura de componenteR1=680KohmsceramicR2,4=1MohmsceramicaR3=6.8KohmsceramicaRV1=50Kohms trimmer 10 tureRV2=5Kohmstrimmer 10 tureC1=10nFpoliesterC2=47uF 16V electroliticC3=100nFpoliesterC4=220nF 1% poilesterIC1=CA3162EIntersil-HarrisIC2=CA3161EIntersil-HarrisQ1,2,3=BC557 ceramicaLD1,2,3 = MAN 6960anod comunLM7805= regulator de tensiune 5V1N4001= dioda redresoare9. Realizarea cablajului Realizareacablajelor imprimatereprezintdecelemai multeori unadinprovocrile dificile pentruelectronistulamator. Metodele existente n prezent sunt laborioase, complicate, periculoase i nu ofer rezultatele dorite. Fie c este vorba despre corodarea cu clorur feric, fie de lampa cu ultraviolete, fie de folia Press-n-Peel, nici una din ele nu ofer garania executrii unui cablaj de calitate i o repetabilitate corespunztoare a rezultatelor. De multe ori, realizarea unor montajecuaspect profesional estelimitattehnicdecapacitiledeproducieaplcii imprimate.nprezent, soluiile disponibile electronitilor pentrurealizarea rapid aunui cablaj constau n: marcarea traseelor prin diverse metode (marker de cablaje, folie Press-n-Peel) i corodarea cu clorur feric folosirea unei lmpi UV (metoda fotografic) trimiterea circuitului la o firm specializat n producia de cablaje prin metode chimice Principalele avantaje ale cablajelor imprimate sunt:-realizeaza o mare densitate de montare a componentelor, permitnd reducereavolumului si greutatii (deci miniaturizarea) aparatelor electronice;-asigura pozitionarea precisa si fixa a componentelor si a interconexiunilor acestora ncircuite permitnd cresterea fiabilitatii n functionare si reducerea/compensareacuplajelor parasite dintre component si/sau circuite;-asigura o rezistenta superioara a echipamentelor electronice (din care fac parte) la solicitari mecanice, termice si climatice, mbunatatind totodata considerabil mentenabilitatea acestora;-simplifica si reduc durata operatiilor de montaj, facilitnd automatizarea acestora, reducnd posibilitatile de montare eronata si asigurnd un nalt grad de reproductibilitate;-fac posibila unificarea si standardizarea constructiva a subansamblelor (blocurilor, modulelor) functionale din structura aparatelor/echipamentelor electronice, permitnd interconectarea simpla, rapida, precisa si fiabila a acestora. Exista totusi si unele dezavantaje, minore, ale cablajelor imprimate:-orice modificari ulterioare ale circuitelor (si uneori, chiar ale componentelor) sunt relativ dificil de efectuat;-majoritatea tipurilor de cablaje imprimate sunt sensibile la soc termic- ceea ce impuneunele precautii la lipirea terminalelor componentelor.Structura si clasificarea cablajelor imprimateUn cablaj imprimat este un sistem de conductoare plate (imprimate) amplasate n unul, doua sau mai multe plane paralele si fixate (cu adeziv) pe suprafata unui suport electroizolant (dielectric) care asigura si sustinerea mecanica a componentelor.a). Suportul electroizolant al circuitelor imprimate este realizat din materiale avnd proprietati fizico chimice, electrice, mecanice si termice adecvate.Existamai multecategorii deasemeneamateriale, dar celemai frecvent utilizatenprezent pentru cablaje rigide sunt : Pertinaxul (temperatura maxima de lucru 105C) pe baza de textura dinhrtieimpregnatacurasini fenolicececonstituiematerialul standardpentrusolicitari normale n cele mai diverse aplicatii.Steclotextolitul(temperatura maxima de lucru 150C) pe baza de textura din fibre de sticla impregnata curasini expodice larg utilizat n aparatura electronica profesionala ntruct permite obtinerea unor performante superioare.Principalele materiale electroizolante utilizate ca suport al circuitelor imprimaten ultimul timp, pentru realizarea cablajelor profesionale sunt utilizate si suporturi ceramice avnd proprietati termice excelente dar si rezistenta mecanica redusa.Circuitele imprimate flexibile utilizeaza drept suport materiale termoplasate ca: ACLAR (max. 200C), TEFLON (max. 274C), KAPTON (max. 400C).b) Traseele conductoare se realizeaza din materiale avnd proprietati adecvate: rezistivitate electrica redusa, buna sudabilitate, rezistenta mare la coroziune. n general cel mai frecvent utilizatmaterialeste cuprul electrolitic de nalta puritate,formnd o folie de grosimi normalizate uzuale: 35mmsau70mmaplicata pesuprafatasuportului electrolitic izolant (mpreuna cu care formeaza semifabricantul placat din care, prin operatii tehnologice specifice se obtin cablajele imprimate avnd diferite structuri, configuratii, dimensiuni etc.).n unele aplicatii profesionale se pot utiliza si aurul, argintul sau nichelul. n scopul facilitarii lipirii terminalelor componentelor ca si pentru asigurarea unor contacte electrice fiabile folia de cupru se acopera uneori cu o pelicula de cositor, de aur sau de argint.c)Adezivi utilizati pentru fixarea foliei de cupru pe suportul electroizolant de tip Pertinax deregula, rasini speciale-trebuiesarezistelatemperaturadelipiresi safiesuficient de elastici (pentru a prelua - la lipire diferentele de dilatare dintre suport si folie).Materialele electroizolante de tip Steclotextolit nu necesita adezivi.Semifabricatele placate cu cupru se produc la diferite dimensiuni - mai frecvente fiind: 900 X 900 mm sau 900 X 1800 mm. Din acestea se debiteaza placile cu viitoarele cablaje imprimate ale caror dimensiuni nu trebuie sa depaseasca 240 X 360mm pentru cablaje simplu/dublu strat si 200X240mmpentrucablajelemultistrat, astfel nct procesul tehnologicderealizarea acestora sa nu devina prea dificil.Circuit imprimatStratul de sub placStratul de deasupra plcii10. BibliografieSilviu Ciorchin: Msurari electrice i electronice, Litografia U.P.B.Ilie Mlaia:Msurarea componentelor electronice, Editura Tehnic Bucureti.Mihai Antoniu, tefan Poli, Eduard Antoniu Msurri Electronice, ediia a doua, editura SATYA Iai, 2000Angel Ciprian Cormo, Radu erban Timnea, Dorin Laureniu Bureea Circuite Integrate Digitale, editura Printech Bucureti, 2006Internet: http://www.alldatasheet.com/ http://www.datasheetarchive.com/