Een digitale multimeter maakt gebruik van een analoog digitaal converter. Meestal wordt een intergrator aangestuurd met een negatieve referentiespanning daardoor wordt een condensator geladen totdat een comprator omklapt en dan wordt overgeschakeld op de meetspanning welke voor een omlaaggaande slope zorgt. Te gelijk wordt een counter gestart en de gemeten hoe lang de neergaande slope duurt. Hoe lager de spanning hoe langer de periode , en hoe meer pulsen hij telt. Dat kun je een microprocessor in sturen welke dan kan uitrekenen hoeveel pulsen voor hoeveel volt staat.
nul volt is een oneindige aantal pulsen. een spanning ter hoogte van de referentie spanning is nul pulsen. Hoe hoger de meetfrequentie hoe beter de resolutie.
Schema (experimenteel)
Dat geeft dit beeld:
scoopbeeld
In de jaren 60 ooit gepatenteerd door Bob Pease. Dit heet een VF converter. Volt in frequentie omzetter. Ik heb dit op een breadboard gemaakt (niet helemaal dit schema en het principe is vrij makkelijk te bouwen) Ik gebruikte een Philipscounter om de pulsen te tellen.
In moderen meters zit vaak een ander soort ADC. In de betere topmeters tegenwoordig om wille van de snelheid een multislope integrator. Maar anders meestal een dual slope. Eigenlijk een heel simpel en goed concept. Je gebruikt een schakelaar om eerst de meetspanning gedurende een vaste tijd op een integrator te zetten. Een opamp , een goede want deze bepaald hoe goed je meter gaat worden. Daarna zet de software de schakelaar om en de integrator wordt ontladen door er een negatieve bekende spanning op te zetten. Omdat het via een weerstand loopt en de spanning vast is loopt er dus een vaste stroom naar de condensator. Een comprator houdt de boel in de gaten. Zodra de spanning nul wordt klapt hij om en geeft een signaal aan de processor welke de tijd opmeet van het ontladen en nu de spanning berekent.
Vin= (Vref x T2) / T1. De te meten spanning bij de opgaande slope gaat met een bepaalde hoek. De Vin mag niet de condensator verzadigen dus dat de condensator de meetspanning bereikt en dan een tijd constant blijft. Het gaat namelijk niet om de absolute hoogte maar om de hoek van stijgen. Je moet wel zorgen dat de condensator bij de maximale spanning zo dicht mogelijk bij de verzadiging zit voor de meeste resolutie.
De hoek van de neer gaande slope is constant en omdat die dus bij 1V lager begint dan bij 5V is hij eerder bij nul. Er is dus een direct tijds-verband tussen de opgaande en neer gaande slope. Het mooie is dat afwijkingen in de componenten dus in de opgaande slope net zo hard doorwerken als bij de neer gaande. Ze compenseren elkaar. Niet dat dit de perfecte ADC is maar wel een die makkelijk te reproduceren is zonder dat component toleranties te hard doorwerken.
Even voor de duidelijkheid. Het is geen ADC voor bv audiosignalen.
dual slope
De schakeling op broodplank
op en neergaande slope
De scope is hier van slag. Geen idee waarom, na uitzetten was het weer goed. de trace loopt hier onder de nul lijn ipv er boven maar de golfvorm klopt.
1mV op de ingang als testsignaal.
De software draait op een arduino. Het venster met de fel blauwe letters is een foto van de multimeter die als calibrator monitor dienst doet. De 1mV komt van een Fluke 332 calibrator. Het venster daaronder geeft de meetwaarden van de Arduino weer. Je ziet hier nog een kleine offset. Niet slecht op een breadboard.