Tanie źródło odniesienia napięcia

Zastanawialiście się kiedyś, jak dokładnie mierzy napięcie Wasz multimetr? Po doświadczeniach z mierzeniem (i miernikami) pojemności, postanowiłem sprawdzić jak to jest z dokładnością pomiarów napięcia. W tym celu zaopatrzyłem się w źródło odniesienia napięcia.

Tego typu urządzonka kosztują w dziesiątki i setki dolarów. Można je również znaleźć w Chinach za część tej kwoty. Ale czy faktycznie działają? Postanowiłem to sprawdzić na podstawie jednego z popularnie sprzedawanych na ali modelu o nazwie: AD584kH High Precision 4-Channel 2.5V/7.5V/5V/10V Voltage Reference Module. Cena bardzo atrakcyjna – ok. $17 (75PLN).

Źródło odniesienie napięcia AD584kH
Źródło odniesienie napięcia AD584kH

Uwaga: przeczytajcie ten post do końca! W pewnych okolicznościach to urządzenie może zagrozić Waszemu Arduino/ Raspberry! Sprzedawca się poddał – nie wiadomo, czy to problem z moim urządzeniem – czy raczej bardziej ogólny.

Sam moduł przedstawia się bardzo porządnie. Zamknięto go w akrylowej obudowie (skręcanej, można rozebrać), o rozmiarach mniej więcej 7×5 cm i wysokości 3cm. Obudowa jest przezroczysta – dokładnie widać co jest w środku.

IMG_1125Obsługa jest banalnie prosta. Wystarczy przytrzymać środkowy klawisz, żeby go włączyć. Zapali się wtedy jedna z czterech  czerwonych diod oznaczająca poziom napięcia generowanego na gniazdach bananowych. Domyślnie ustawia się 2.5V. Wciskając krótko ten sam przycisk można przełączać między 2.5-5-7.5-10V. Dłuższe przytrzymanie wyłącza moduł.

Co ciekawe, zestaw wyposażono w małą baterię LiPo. Dzięki niej moduł nie wymaga żadnego dodatkowego zasilania. Gniazdo do ładowania znajduje się na bocznym panelu. Wtyk to standardowy jack 2.1mm. Zgodnie z instrukcją, baterię należy ładować napięciem nie większym niż 5.5V. Gdy bateria jest naładowana – dioda ładowania zaświeci się na zielono.

Wtyk do ładowania na bocznym panelu
Wtyk do ładowania na bocznym panelu; widoczna bateria LiPo (pod płytką)

I teraz smaczek: każdy moduł ma na spodzie naklejkę określającą, jakiego napięcia można się po nim spodziewać, z dokładnością do 5 liczb po przecinku:

IMG_1130Woreczek antystatyczny, w którym dostarczono moduł, był rozerwany a potem zaklejony stickerem. Dodaje to autentyczności odręcznemu opisowi:)

Bardzo praktyczne są też silikonowe nóżki na spodzie. Dzięki nim moduł nie ślizga się.

AD584kH

Sercem układu jest czip AD584kH. Dzieki temu, że obudowa jest przezroczysta, można to łatwo zweryfikować. Naczytałem i naoglądałem się o różnych napięciach odniesienia, które w środku… powiedzmy, że to nie za design się płaci (screenshot z bloga Scullcom):

Design przykładowego źródła odniesienia (screenshot z video-blogaScullcom Hobby)
Design przykładowego źródła odniesienia (screenshot z video-bloga Scullcom Hobby)

Cóż, na digikey.com, sam AD584kH kosztuje $18 przy zakupie 2.5 tysiąca sztuk… pewnie producent kupił dużo więcej:)

Testy

Moduł generuje napięcia o wartości 2.5, 5, 7.5 i 10V. Postanowiłem sprawdzić, jak to wygląda w praktyce. Do testów użyłem kilku mierników: UT71c, UT20c, UTxx oraz jako referencję skalibrowanego Tektronix DMM4020.

tektronixŹródło wyjęte prosto z folii, bez doładowywania baterii. Temperatura około 24stC.

Wyniki notowałem na najwyższej osiągalnej rozdzielczości. Znajdziecie je w tabeli poniżej.

Miernik/Nastawa 2.5 5 7.5 10
Deklaracja producenta [V] 2.49916 5.00487 7.49486 9.99976
UT33c 2.50 5.01 7.50 10.00
 UT61e [V] 2.496 5.001 7.491 9.996
UT71c [V] 2.4991 5.001 7.492 9.997
 Tektronix DMM4020 [V]  2.4994  5.0056  7,4960 10.0014

Jak widzicie, różnica między deklarowanym napięciem a Tektronixem (laboratoryjny, skalibrowany) była na poziomie nie większym niż 1.7mV – a przy 2.5V jedynie 240uV. Myślę, że to zadowalający poziom.

Na wszystkich miernikach, urządzenie dawało bardzo stabilny odczyt – żadnego skakania po wartościach. Ale, zobaczmy jak to wygląda na oscyloskopie.

Oscyloskop w akcji

Po włączeniu, urządzenie domyślnie ustawia się na 2.5V. Oscyloskop pokazał przesterowanie na poziomie około 0.52V.

0_25V 0_25V_00Teraz przełączamy między sygnałami: 2.5 do 5V – spokojnie, bez żadnych przesterowań:

25_50V_00Trochę dziwnie (ale nie niebezpiecznie) wygląda przełączenie z 5 do 7.5V:

50_75V_00…tak jakby układ przełączał się na chwilę na 2.5 a później to 7.5V. Nie widać takich efektów przy przejściu z 7.5 na 10V:

75V_10Popatrzmy na sygnał w dużym powiększeniu (AC/coupled):

10v_variationNiewielkie, regularne zakłócenia – wyglądają trochę jakby pochodziły z zegara, 26mV między pikami (obciążony multimetrem) – nieźle.

Zrobiło się mniej przyjemnie

Postanowiłem sprawdzić, jak układ zachowuje się podczas wyłączania. Ustawiłem źródło na 2.5V i przytrzymałem przycisk…

IMG_1228Po chwili napięcie spadło do zera, ale: multimetr zanotował maksymalne napięcie 9.99V. Skok był również widoczny na oscyloskopie… Wyglądało to tak, jakby wyłączający się układ na chwilę włączył 10V a potem dopiero zaczął obniżać napięcie.

Przypadek?

Nie! Wyłączony z 10V:

10_0Wyłączony z 7.5V:

75_0Wyłączony z 5V:

50_0Wyłączony z 2.5V:

SDS00219Konsekwencje?! Mogą być bardzo poważne! wyobraźcie sobie Raspberry, które na pin GPIO przez 68ms dostaje 10V.

Przy wyłączaniu, układ nagle generuje napięcie 10V! To może być niebezpieczna dla podłączonego do niego urządzenia! Najpierw odłączcie źródło, potem je wyłączajcie.

Podsumowanie

Przedstawione urządzenie okazało się całkiem dokładnym źródłem odniesienia napięcia za niewielkie pieniądze. Dzięki niemu możecie przetestować swoje mierniki, co da Wam lepsze pojęcie o błędach pomiarowych. Ale nie tylko:) Pamiętacie pin AREF w Arduino?

ALE:

Nie wiem, czy to problem z moim układem, czy taki design: przy wyłączaniu generuje 10V! Innymi słowy: najpierw go odłączacie od układu, później wyłączajcie.

Plusy:

  • Dokładne źródło odniesienia,
  • Praktyczne w użyciu – nie wymaga dodatkowych ładowarek czy zasilaczy – od czasu do czasu trzeba doładować baterię,
  • Solidna, przezroczysta obudowa. Widzisz co jest w środku, układ nie kurzy się. Fajne nóżki – nie ślizga się na stole,

Minusy:

  • Wtyki bananowe są „przelotowe”. Próbniki multimetra wpadają do środka modułu wbijając się w płytkę. Nie za sprytne.
  • Wtyk do ładowani to jack 2.1 mm, ale moduł wymaga ładowania napięciem max 5.5V. Sam producent zaleca: „Please charge with a USB adapter”. Szkoda,  że nie pokusił się o zamontowanie gniazda np. microUSB – znacznie zwiększyłoby to wygodę  obsługi urządzonka.

Porażki:

  • Generacja 10V przy wyłączaniu.

Na podstawie

Dodaj komentarz