Principio de funcionamiento del voltímetro digital

Muchos (probablemente la mayoría) de los voltímetros digitales actuales son de integración de doble pendiente. Para traducirlo a la descripción de su artículo, el punto es generar un pulso de ancho proporcional a la relación de la tensión desconocida a una tensión de referencia. Si asume que la referencia es fija, entonces se reduce a ser proporcional al voltaje desconocido.

Aquí está la forma de onda idealizada en la salida del integrador para una serie común de chips:

Elintegradoresunpardeamplificadoresypasivoscomoeste(algosimplificado):

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

La entrada se cambia entre la tensión desconocida y la referencia. El tiempo es controlado por un reloj. La frecuencia del reloj no es crítica, sin embargo, debe permanecer estable durante las fases de integración y desintegración. En otras palabras, las variaciones lentas (por ejemplo, de la temperatura) están bien, pero la estabilidad a corto plazo debe ser mejor que la estabilidad deseada de la lectura.

El reloj primero se usa para tiempo la fase de integración (integrador conectado a la tensión desconocida), que idealmente comienza desde 0 V, y luego se usa para medir la de -Fase de integración cuando el integrador tiene la referencia conectada a la entrada. Este último termina cuando la salida del integrador vuelve a cero.

Por lo tanto, el recuento de medición resultante es idealmente 1000 * Vin / Vref, siempre que el integrador no se sature, y suponiendo que el tiempo de integración sea 1000 ciclos de reloj. Tenga en cuenta que el recuento no se limita a 1000.

Si el tiempo de integración (que es de 1000 ciclos fijos) se elige para que sea un número integral de ciclos de una perturbación periódica conocida, ese efecto se puede minimizar. Por ejemplo, un tiempo de 100 ms rechazará 50Hz, 60Hz, 400Hz, etc. Los chips prácticos generalmente incluyen una fase de cero automático que elimina las grandes compensaciones típicas de los amplificadores operacionales CMOS, y se necesita un poco más de lógica para manejar las entradas bipolares y Overrange, y entradas totalmente diferenciales, pero esto es básicamente 'it'.

Supongamos que tienes un oscilador de cristal de 1MHz.

Cargaremos un capacitor de 0 voltios a un poco de voltaje, usando un integrador opAmp R + C +. No sabemos el voltaje, pero permitimos que la carga se produjera durante exactamente un segundo. Exactamente.

Ahora, usando una referencia de voltaje de precisión dentro de nuestro DVM, cargamos la tapa de nuevo a cero voltios, exactamente, mientras sincronizamos la demora.

Luego realizamos algunos cálculos matemáticos fáciles: Vin = V_reference * Delay / 1 second.

El artículo vinculado no proporciona una explicación adecuada del funcionamiento del esquema que están describiendo.

Figura1.Diagramatípicodebloquesdevoltímetro.Fuente: Radio Electronics .

El esquema de la Figura 1 es mucho más típico de los voltímetros digitales.

• Una muestra y una retención leen la tensión aplicada y la mantienen (generalmente en un condensador).
• El Registro de aproximación sucesiva (SAR) genera una señal del 50% en su salida digital.
• El DAC convierte esto a un valor analógico que se envía al comparador. El comparador señala al SAR si la entrada es superior o inferior al 50%.
• El SAR ahora cambia al 75% o al 25% según el resultado anterior.
• Este proceso continúa dirigiéndose sucesivamente al valor de entrada.

Un método alternativo es generar una salida de "escalera" desde el DAC alimentándolo con un conteo binario creciente. Cuando la salida DAC excede la señal de entrada, el valor de conteo se bloquea y se convierte en una lectura digital.

Figura2.Conteodepulsos.Fuente: Blogspot .

Su artículo de referencia puede estar describiendo un sistema similar al de la Figura 2. Se genera una señal de rampa. (Esto será una escalera como se describe en el párrafo anterior). Los impulsos se cuentan hasta que la escalera cruza el valor de entrada. El recuento de pulsos se convierte en una lectura del medidor.

  

Entiendo que finalmente obtenemos nuestra medida por ADC, la señal que sabemos es proporcional al voltaje.

Eso está bien y se explica más arriba.

  

La pregunta es cómo se produce esta señal proporcional y qué relaciones se utilizan.

Eso también se explica arriba. Generamos un patrón binario, lo alimentamos al ADC y comparamos la salida del ADC con la señal que se va a medir. Luego ajusta el ADC y vuelve a intentarlo.

  

Lo que realmente se mide, ¿es esta la corriente medida por el número de cargos por tiempo y cómo se mide?

Los cargos por unidad de tiempo son actuales. La definición del amperio es un coulomb por segundo. \ $ 1 \; A = 1 \; C / s \ $.

Su voltímetro mide la diferencia de potencial que no es la misma. La corriente es el flujo, pero el voltaje es la presión que causa el flujo. Para los resistores, los dos están relacionados por la ley de Ohm, \ $ V = IR \ $. Si una corriente fluye entre dos puntos pero no hay resistencia al flujo, entonces no habrá una caída de voltaje medible entre esos dos puntos.

  

Voltaje , diferencia de potencial eléctrico, presión eléctrica o tensión eléctrica (formalmente denotado ∆V o ∆U, pero más a menudo simplemente como V o U, por ejemplo, en el contexto de las leyes de circuito de Ohm o Kirchhoff ) es la diferencia en energía potencial eléctrica entre dos puntos por unidad de carga eléctrica. El voltaje entre dos puntos es igual al trabajo realizado por unidad de carga contra un campo eléctrico estático para mover la carga de prueba entre dos puntos. Esto se mide en unidades de voltios (un julio por culombio). Fuente: Wikipedia, Voltage .

Una de las bellezas de los voltímetros digitales es que su impedancia de entrada es muy alta, típicamente 1 o 10 MΩ. Roban pequeñas cantidades de corriente del circuito que están midiendo.