Простий частотомір. Схема, опис

КНИГИ ТА СТАТТІ
Безкоштовна бібліотека / Довідник / Радіо - початківцям

Простий частотомір. Радіо - початківцям

Радіо - початківцям

На базі тільки однієї мікросхеми К155ЛАЗ, використовуючи всі її логічні елементи, можна побудувати порівняно простий прилад, здатний вимірювати частоту змінної напруги від 20 Гц до 20 кГц.

Вхідним елементом такого вимірювального приладу служить тригер Шмітта - пристрій, що перетворює змінну напругу синусоїдальної форми, що подається на його вхід, в імпульси прямокутної форми тієї ж частоти. Тобто воно перетворює синусоїдальні "імпульси" з пологими фронтом і спадом у прямокутні, що мають круті фронт та спад. Тригер Шмітта "спрацьовує" при певній амплітуді вхідного сигналу. Якщо вона менша за порогове значення, імпульсного сигналу на виході тригера не буде.

Почнемо з досвіду. Користуючись схемою тригера Шмітта, показаної на рис. 1, а, змонтуйте на макетній панелі мікросхему К155ЛАЗ, включивши в роботу лише два її логічні елементи. Тут же на панелі розмістіть батареї GB1 і GB2, складені з двох гальванічних елементів 332 (або 316) кожна, і змінний резистор R1 опором 1,5 або 2,2 кОм (бажано з функціональною характеристикою А- лінійною). Виводи батарей підключайте до резистори тільки на час дослідів.

Увімкніть живлення мікросхеми і по вольтметру постійного струму встановіть двигун змінного резистора в таке положення, при якому на лівому за схемою виведення резистора R2, входом тригера Шмітта, буде нульова напруга. У цьому елемент DD1.1. виявиться в одиничному стані, на його виході буде напруга високого рівня, а елемент DD1.2-в нульовому Таке вихідне стан елементів цього тригера.

Простий частотомір
Рис. 1 Досвід із тригером Шмітта

Тепер підключіть вольтметр постійного струму до виходу елемента DD1.2 і, уважно спостерігаючи за його стрілкою, починайте плавно переміщати двигун змінного резистора вгору за схемою до упору, а потім, не зупиняючись, у зворотний бік - до нижнього виведення, далі - знову до верхнього і т. д. Що вказує вольтметр? Періодичне перемикання елемента DD1.2 з нульового стану одиничний і назад, тобто, інакше кажучи, поява на виході тригера імпульсів позитивної полярності.

Роботу такого варіанту тригера Шміта ілюструють графіки б і на тому ж рис. 1. Переміщенням движка змінного резистора з одного крайнього положення в інше ви імітували подачу на вхід тригера змінної напруги синусоїдальної форми (рис. 1, б) амплітудою до 3 В. Поки напруга позитивної напівхвилі цього сигналу була меншою за деяке значення, яке прийнято називати верхнім пороговим (Unop1), пристрій зберігав вихідний стан. При досягненні цього порогового напруги, рівного приблизно 1,7 В (у момент t1), обидва елементи переключилися в протилежний стан і на виході тригера (на виході елемента DD1.2) з'явилося напруга високого рівня. Подальше підвищення позитивного напруження на вході не змінює цього стану елементів тригера.

При переміщенні движка резистора R1 у зворотний бік, коли напруга на вході тригера знизилася до нижнього порогового значення (Unop2). рівного приблизно 0,5 (момент t2), обидва елементи переключилися в початковий стан. На виході тригера знову з'явився високий рівень напруги.

Негативна напівхвиля не змінила стану елементів, що утворюють тригер Шмітта. Протягом цього напівперіоду відкриваються внутрішні діоди вхідного ланцюга елемента DD1.1 замикаючи вхід тригера на загальний провід.

При наступній позитивній напівхвилі вхідної змінної напруги на виході тригера сформується другий імпульс високого рівня (моменти t3 і t4). Повторіть цей досвід кілька разів, і за показаннями вольтметра, що підключається до входу та виходу тригера, побудуйте графіки, що характеризують його роботу. Вони повинні бути близькими до показаних на графіках рис. 20. Два різні за рівнем пороги спрацьовування елементів - найбільш характерна особливість тригера Шмітта.

Тепер перейдемо до вивчення частотоміра. Принципова схема пропонованого для повторення частотоміра зображено на рис. 2. Тут логічні елементи DD1.1, DD1.2 і резистори R1- R3 утворюють вже знайомий нам тригер Шмітта, інші два елементи мікросхеми - формувач його вихідних імпульсів, від частоти слідування яких залежить показання микроамперметра РА1. Без формувача прилад не дасть достовірних результатів вимірювання частоти, тому що тривалість імпульсів на виході тригера залежить від частоти вимірюваної вхідної змінної напруги.

Простий частотомір
Рис. 2 Частотомір

Конденсатор С1-роздільний. Пропускаючи широку смугу коливань звукової частоти, він запобігає шляху постійної складової джерела сигналу. Діод VD2 замикає на загальний провід негативні напівхвилі вхідної напруги (він дублює внутрішні діоди на вході елемента DD1.1 тому цей діод можна не встановлювати). Діод VD1 обмежує амплітуду позитивних напівхвиль, що надійшли на входи елемента DD1.1, на рівні напруги живлення.

З виходу тригера Шмітта (з виходу елемента DD1.2) імпульси позитивної полярності надходять на вхід формувача. Елемент DD1.3 увімкнений інвертором, a DD1.4 використовується за своїм прямим призначенням - як логічний елемент 2І-НЕ. Як тільки на вході формувача - на з'єднаних разом входах елемента DD1.3 з'являється напруга низького рівня, він перемикається в одиничний стан і через нього і резистор R4 заряджається один з конденсаторів С2-С4. У міру заряджання конденсатора позитивна напруга на нижньому вході елемента DD1.4 підвищується до високого рівня. Але цей елемент залишається в одиничному стані, тому що на другому його вході, як і на виході тригера Шмітта, - низький рівень напруги. У цьому режимі через микроамперметр РА1 протікає незначний струм.

Як тільки на виході тригера Шмітта з'являється напруга високого рівня, елемент DD1.4 перемикається в нульовий стан і через мікроамперметр починає протікати значний струм, який визначається опором одного з резисторів R5-R7. Одночасно елемент DD1.3 перемикається в нульовий стан і заряджений конденсатор формувача починає розряджатися. Через деякий час напруга на ньому знизиться настільки, що елемент DD1.4 знову переключиться на одиничний стан. Таким чином, на виході формувача з'являється короткий імпульс низького рівня (див. рис. 1, г), протягом якого через мікроамперметр протікає струм значно більший, ніж початковий. Кут відхилення стрілки мікроамперметра пропорційний частоті проходження імпульсів: чим більша частота, тим більше кут.

Тривалість імпульсів на виході формувача визначається тривалістю розрядки включеного конденсатора, що задає час (С2, СЗ або С4) до напруги перемикання елемента DD1.4. Чим менша ємність конденсатора, тим коротший імпульс, тим більшу частоту вхідного сигналу можна виміряти. Так, з часоздавальним конденсатором С2 ємністю 0,2 мкФ прилад здатний вимірювати частоту коливань орієнтовно від 20 до 200 Гц, з конденсатором С3 ємністю 0,02 мкФ - від 200 до 2000 Гц, з конденсатором С4 до 2000 . При налагодженні підбудовними резисторами R2-R20 стрілку мікроамперметра встановлюють на кінцеву позначку шкали, що відповідає найбільшій частоті, що вимірювається кожного з піддіапазонів. Мінімальний рівень змінної напруги, частоту якого можна виміряти,-близько 5 В, а максимальний-7...1,5 В.

Ще раз проаналізуйте графіки на рис. 1, щоб закріпити в пам'яті принцип роботи частотоміра, а потім доповніть зібраний на макетній панелі тригер Шмітта деталями вхідного ланцюга та формувача та випробувайте пристрій у дії. На цей час перемикач піддіапазонів не потрібен - конденсатор, що задає час, наприклад С2, можна підключити безпосередньо до виведення 13 елемента DD1.4, а в ланцюг мікроамперметра включити один з підстроювальних резисторів або постійний резистор опором 2,2.. .3,3 кОм. Мікроамперметр РА1 на струм повного відхилення стрілки 100 мкА.

Закінчивши монтаж, увімкніть джерело живлення та подайте на вхід елемента DD1.1 тригера Шмітта імпульси високого рівня. Їхнім джерелом може бути мультивібратор за схемою на рис. 10 чи інший аналогічний генератор. Частоту проходження імпульсів встановіть мінімальну. При цьому стрілка мікроамперметра РА1 повинна різко відхилятися на невеликий кут, що свідчить про працездатність частотоміра. Якщо мікроамперметр не реагує на вхідні імпульси, доведеться підібрати інший резистор R2 більшого опору. Взагалі його опір може бути в межах від 1,8 до 5,1 ком.

Далі подайте на вхід частотоміра (через конденсатор С1) змінну напругу 3.. .5 з понижуючого мережевого трансформатора. Тепер стрілка мікроамперметра має відхилитися більший кут, ніж у попередньому досвіді. Підключіть паралельно конденсатору, що задає час, ще один такої ж або більшої ємності. Тепер кут відхилення стрілки зменшиться. Так само можна випробувати пристрій на другому і третьому піддіапазонах вимірювання, але при вхідних сигналах відповідної частоти. Якщо ви вирішили включити цей частотомір у свою домашню вимірювальну лабораторію, його деталі треба перенести з макетної панелі на монтажну плату і зміцнити на ній резистори R5-R7 (мал. 22), а плату закріпити в коробці відповідних розмірів. Конденсатори С2-С4 можуть бути складені з двох та більше конденсаторів кожен.

Зовнішній вигляд конструкції частотоміра показано на рис. 3. На його лицьовій панелі розмістіть мікроамперметр, перемикач піддіапазонів (наприклад, галетний ЗПЗН або інший з двома секціями на три положення), вхідні гнізда (XS1, XS2) або затискачі.

Шкала частотоміра - загальна для всіх піддіапазонів виміру і практично рівномірна. Тому треба лише визначити

початкову і кінцеву межі шкали стосовно одного з них - до піддіапазону "20 ... 200 Гц", після чого підігнати під неї частотні межі двох інших піддіапазонів вимірювання. Надалі при перемиканні приладу на піддіапазон "200...2000 Гц" результат вимірювань, лічений за шкалою, будете множити на 10, а при вимірюванні в піддіапазоні "2...20 кГц"-на 100.

Простий частотомір
Мал. (3)23 Монтаж деталей частотоміра. Мал. 4(24) Підсилювач, що підвищує потужність частотоміра

Методика градуювання є такою. Перемикач SA1 встановіть у положення вимірювання в піддіапазоні "20 ... 200 Гц", движок підстроювального резистора R5 - в положення найбільшого опору і подайте на вхід частотоміра від звукового генератора, наприклад ГЗ-33, сигнал 20 Гц напругою 1,5. .2 З. Зробіть на шкалі позначку, що відповідає куту відхилення стрілки мікроамперметра. Потім перебудуйте звуковий генератор на частоту 200 Гц і підстроювальним резистором R5 встановіть стрілку приладу на кінцеву позначку шкали. Після цього за сигналами звукового генератора зробіть на шкалі позначки, що відповідають 30, 40, 50 і т. Д. До 190 Гц. Потім ці ділянки шкали розділіть ще на 2, 5 або 10 частин.

Потім частотомір переключіть на другий піддіапазон вимірювань, подайте на його вхід сигнал частотою 200 Гц. При цьому стрілка мікроамперметра повинна встановити проти позначки шкали, що відповідає частоті 20 Гц першого піддіапазону. Точніше встановити її на цю вихідну позначку шкали можна добіркою конденсатора С3 або підключенням паралельно йому другого (третього і т. д.) конденсатора, який дещо збільшує їх загальну ємність.

Після цього на вхід приладу подайте від генератора сигнал частотою 200 Гц і підстроювальним резистором R6 встановіть стрілку мікроамперметра на кінцеву позначку шкали. Аналогічно підганяйте під шкалу мікроамперметра межі третього піддіапазону вимірюваної частоти - 2...20 кГц. Можливо, межі вимірювання частоти на піддіапазонах вийдуть інші або ви захочете змінити їх. Робіть це підбіркою конденсаторів С2-С4.

Не виключено, що ви захочете підвищити чутливість частотоміра. У такому разі найпростіший частотомір доведеться доповнити підсилювачем вхідного сигналу, використовуючи для цього, наприклад, малопотужний n-р-n транзистор або, що краще, аналогову мікросхему К118УП1Г (рис. 4). Ця мікросхема є триступеневим підсилювачем для відеоканалів телевізійних приймачів, що володіє великим коефіцієнтом посилення. Її корпус з 14 висновками такий самий, як у мікросхеми К155ЛАЗ, але плюсовий виведення живлення у неї 7-й, а мінусовий-14-й. З таким підсилювачем чутливість частотоміра збільшиться до 30...50 мВ.

Коливання вимірюваної частоти можуть бути синусоїдальними, прямокутними, пилкоподібними будь-якими. Через конденсатор С1 вони надходять на вхід (виведення 3) мікросхеми DA1 і після посилення з виходу (висновок 10, з'єднаний з виведенням 9) мікросхеми через конденсатор С3 приходять на вхід тригера Шмітта частотоміра. Конденсатор С2 усуває внутрішній негативний зворотний зв'язок, що послаблює підсилювальні властивості мікросхеми.

Діоди VD1, VD2 та резистор R1 (рис. 2) тепер можна видалити, а на їх місці змонтувати аналогову мікросхему DA1 та оксидні конденсатори. Мікросхему К118УП1Г можна замінити на К118УП1В чи К118УП1А. Але в цьому випадку чутливість частотоміра буде дещо меншою.

Дивіться інші статті розділу Початківцю радіоаматору.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Глобальне потепління стимулює розвиток життя 18.09.2012

Нове дослідження вчених з університетів Йорка, Глазго та Лідса, зроблене на основі аналізу копалин та геологічних даних, показує, що завдяки потеплінню біорізноманіття на Землі, як правило, збільшується.

Однак це залежить від еволюції нових видів протягом мільйонів років і, зазвичай, супроводжується зникненням існуючих видів. Дослідники припускають, що нинішні тенденції підвищення температури навряд чи збільшать глобальну біорізноманітність у короткостроковій перспективі. Для цього необхідні довші терміни – щоб розвинулися нові форми життя. Таким чином висновок невтішний: найближчим часом кількість видів живих організмів і рослин скоротиться, хоча в майбутньому, можливо, утворюється безліч нових життєвих форм, що раніше не існували.

Дослідження давньої історії Землі однозначно показує, що в періоди потепління відбувалися вимирання багатьох організмів, але в більш тривалій перспективі це сприяло виникненню нових видів та підвищенню загальної біорізноманіття.

Попередні дослідження на цю тему завжди здавались парадоксальними. Екологічний моніторинг незмінно показує, що видове багатство збільшується до екватора, де тепліше. Проте, глобальне потепління навпаки зменшує біорізноманіття. Нові дані, засновані на вивченні морського біорізноманіття безхребетних протягом останніх 540 мільйонів років, дозволяють вирішити цю загадку.

Дослідження начебто дає надію на те, що глобальне потепління, спричинене людською діяльністю, не призведе до катастрофи та загибелі біосфери Землі. Однак для існуючих видів поточне глобальне потепління - фактично вирок, оскільки їм доведеться поступитися місцем новим живим організмам.

Інші цікаві новини:

▪ Зовнішні жорсткі диски для користувачів соцмереж

▪ Представлений повний геном людини

▪ Нові мікросхеми сімейства Bluetooth

▪ Випробовуються меблі

▪ Пристрій вимірювання рівня стресу у рослин

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Стабілізатори напруги. Добірка статей

▪ стаття Стиль – це людина. Крилатий вислів

▪ статья Який візерунок дозволяє кукушатам отримувати більше їжі від прийомних батьків? Детальна відповідь

▪ стаття Правові основи відшкодування шкоди потерпілому