Два аналогові частотоміри. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Два аналогові частотоміри. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка

Коментарі до статті

У генераторі НЧ [1] частоту вихідного сигналу встановлюють, користуючись показаннями простого частотоміра зі стрілочним індикатором. Досвід роботи з таким генератором підтвердив, що можна отримати достатню точність установки частоти. Однак у деяких випадках через паразитні зв'язки частотомір сам може вносити суттєві перешкоди сигнал генератора. Адже "аналоговим" його можна визнати лише з деякими припущеннями, оскільки гармоніки високого порядку виникають вже у вхідному формувачі "меандру" і додаються перешкоди від одновібратора. Тому більшу частину аналогових частотомірів та поєднань "аналоговий частотомір з цифровим відліком" або "цифровий зі стрілочним приладом" навряд чи можна вважати суто аналоговими.

Два аналогові частотоміри
Рис. 1

В аналоговому приладі з підвищеною чутливістю бажано взагалі уникати імпульсних сигналів. Одне з найпростіших рішень – вимірювати вольтметром змінної напруги сигнал, що подається через RC-ділитель. Схема аналогового частотоміра дуже проста (рис. 1). Ємнісний опір Хс конденсатора зменшується зі зростанням частоти сигналу: Хс = 1/ωС (ω= 2πF), і напруга на вході вольтметра залежить тільки від частоти та напруги сигналу Uc. Для сигналу з постійною амплітудою показання вольтметра будуть змінюватися пропорційно до зміни його частоти. Зазвичай у генераторі для стабілізації амплітуди вихідного сигналу завжди вживаються заходи і жодних складнощів щодо його частоти немає.

Два аналогові частотоміри
Рис. 2

На рис. 2 показана схема простого, суто аналогового частотоміра, що не додає ніяких перешкод (гармонію) до сигналу генератора [1]. Його особливість, яка не завжди виявляється недоліком, - частотно-залежний вхідний імпеданс, що зменшується на високочастотному піддіапазоні від 20 кОм на 10 кГц до 2 кОм на 100 кГц. Вольтметр виконаний на мікросхемі двоканального детектора/випрямляча К157ДА1. Другий канал використаний як вольтметр вихідного сигналу у генераторі.

Мікросхема DA1 забезпечує вихідну напругу не менше 10 В, і вибір мікроамперметрів не становить складності. Тому на схемі вказані різні типи – ті, що були у продажу. Змінний резистор R1 та мікросхема DA2.1 з ланцюгом ООС відповідають R19 та DA5.1 вихідного каскаду генератора, показаного на схемі рис. 2 [1]. Його харчування – від двополярного джерела напруги +/-17,5 Ст.

У найпростіших випадках або малих габаритах генератора можна обійтися одним мікроамперметром, підключаючи його за допомогою перемикача до потрібного виходу для встановлення частоти або вимірювання вихідної напруги генератора. Схеми вольтметрів однакові. Підстроювальні резистори R12 і R13 використовують для компенсації початкової напруги на виході мікросхеми та для лінеаризації початкової ділянки шкали приладу.

У мікроамперметрі потрібно заміна шкали, для чого необхідно акуратно розкрити його корпус. Саму шкалу можна швидко зобразити за допомогою програми FrontDesigner 3.0. Цю русифіковану програму використовують для оформлення лицьових панелей приладів. Вона належить до тієї ж серії, що і популярні Layout (для розведення друкованих плат) та SPIan (для креслення схем). Для некомерційного застосування вона розповсюджується безкоштовно, і її легко знайти в Інтернеті. Звичайно, за своїми можливостями вона поступається програмі CorelDRAW, але освоювати і працювати з нею набагато легше і швидше.

Два аналогові частотоміри
Рис. 3

Для частотоміра виявилося зручніше мати шкалу не так на 100 поділів, але в 110, що помітно полегшує точне налаштування генератора на частоту 1 кГц під час вимірювання коефіцієнта гармонік з допомогою милливольтметра [2]. Наприклад на рис. 3 показаний ескіз лицьової панелі зі шкалою аналогового частотоміра з автоматичним вибором межі вимірів.

Але якщо необхідно використовувати аналоговий частотомір як самостійний пристрій або вбудувати його, наприклад, у вольтметр, то використовувати перемикач для вибору діапазону частот генератора не вдасться. І оскільки не завжди наперед щось відомо про вимірюваний сигнал, то бажано мати автоматичний вибір межі вимірювань. З цього приводу вдалося знайти лише одну статтю [3]. Запропонований там частотомір як складний за схемою, а й може створювати помітні перешкоди від імпульсних сигналів.

Два аналогові частотоміри
Рис. 4

Якщо в автоматичному перемикачі діапазонів використовувати RC дільник, то і тут можна досягти значного спрощення і виключити вузол з імпульсним сигналом. Схема такого частотоміра показано на рис. 4. Тут RC-ланцюг повинен бути розрахований для роботи в ширшому діапазоні частот, щоб впевнено встановлювати межі перемикання - "100 Гц", "1 кГц" та "10 кГц". З виходу RC-ланцюга сигнал через випрямляч мікросхемі К157ДА1 (DA1) подається на компаратори мікросхеми DA3 (LM324N). Пороги спрацьовування компараторів встановлюють за допомогою резисторів підлаштування R30 (піддіапазон до 100 кГц), R32 (до 10 кГц) і R33 (до 1 кГц). На дуже низьких частотах або за малих рівнів сигналів усі компаратори вимкнені та світлодіоди не світяться. При сигналі частотою нижче 100 Гц та з напругою понад 50...70 мВ запалюється світлодіод HL4 червоного кольору ("100 Гц"). Напруга живлення - +/-15 ст.

Два аналогові частотоміри
Рис. 5

На рис. 5 наведено креслення друкованої плати для аналогового автоматичного частотоміра. Під час розведення провідників друкованої плати застосовувалася програма Sprint Layout 3.0; Багато виробників друкованих плат приймають креслення в електронному вигляді у цьому форматі.

Два аналогові частотоміри
Рис. 6

Зовнішній вигляд вузла аналогового частотоміра показано на фото рис. 6.

Виготовлений прилад налагоджують в такий спосіб. Перед налаштуванням краще відпаяти один із проводів від мікроамперметра РА1, щоб випадково не вивести його з ладу. Підстроювальний резистор R28 необхідно встановити в положення максимального опору.

При регулюванні використовується сигнал з генератора напругою 1 В. На частоті 100 кГц підстроювальним резистором R12 виставляють напругу 8 на виході 10 детектора DA2. Потім на частоті 10 кГц точно встановлюють поріг спрацьовування компаратора DA3.1 резистором R30, щоб згас світлодіод HL2 і запалився HL1("100 кГц"). Тип світлодіодів немає значення. Доцільно на низькочастотному діапазоні ("100 Гц") поставити світлодіод HL4 червоного кольору, на частоті до 1 кГц (HL3) - жовтого, на частоті до 10 кГц (HL2) - зеленого. Для піддіапазону найвищих частот (до 100 кГц) можна встановити світлодіод HL1 синього кольору.

З виходу компаратора DA3.1 сигнал управління подається на електронний ключ VT3, який включає відповідні піддіапазону резистори в RC-ділителі (C11R13R14). Потім на частотах 1 кГц та 100 Гц виставляють пороги спрацьовування компараторів DA3.2 (резистором R32) та DA3.3 (R33). Компаратор DA3.4 вимикає світлодіод HL4 за дуже низьких рівнів вхідного сигналу, як це зроблено і в промисловому ІНІ С6-11. Поріг спрацьовування можна встановити підбором резистора R34. Як електронні ключі цілком задовільно працюють КТ3102Г, але можна використовувати й інші кремнієві транзистори.

На низькочастотному піддіапазоні, коли всі електронні ключі розімкнуті, опір в RC-ділителі визначається резисторами R22, R23. На частоті 90 Гц підстроювальним резистором R23 встановлюють напругу на виведенні 12 мікросхеми DA2 рівним 2,5 В. При спрацьовуванні компаратора DA3.3 електронний ключ VT5 включає паралельно резисторам R22, R23 додатковий ланцюг з R20, R21. Потім на частоті 900 Гц виставляють таку ж напругу, як і на 90 Гц, підстроювальним резистором R21. На наступному піддіапазоні (до 10 кГц) підстроювальним резистором R17 домагаються тієї ж напруги при частоті 9 кГц і, нарешті, таке регулювання проводять резистором R14 на частоті 90 кГц. Частоти регулювання вибрані нижче максимальних, щоб не виникало автоматичне перемикання діапазонів.

Потім підключають вимірювальну головку і при сигналі частотою 500 Гц підлаштування резистором R28 точно встановлюють показання приладу. Перевіряють їх відповідність на частоті 200 Гц і при необхідності коригують підстроювальним резистором R18. Далі слід провести перевірку точності шкали у всіх діапазонах.

На вхід частотоміра "А" (на конденсатори С10 і С11) необхідно подавати сигнал з постійною напругою, так як зміна напруги на вході частотоміра вносить пропорційну помилку його показання. Без автоматичного регулювання посилення тут обійтись не вдасться. У вольтметрі [2] вже є дуже непоганий авторегулятор (АРУР) для автоматичного калібрування вимірювача нелінійних спотворень, в інших випадках необхідно встановлювати на вході інерційний АРУР. Немає необхідності домагатися дуже малих спотворень, що вносяться авторегулятором, або певних динамічних характеристик [4], але характеристика стабілізації рівня повинна бути у всьому діапазоні напруги, що вимірюваються горизонтальною.

У показаній на рис. 4 схема низькочастотного частотоміра (до 100 кГц) простий авторегулятор на вході забезпечує достатню для радіоаматорської практики точність показань параметра при напрузі сигналу в інтервалі значень 0,1...10 В.
Спотворення, що вносяться авторегулятором, не дозволяють використовувати його в апаратурі запису і відтворення музики, але він успішно справляється із завданням АРУ в подібних вимірювальних пристроях. Щоб не занижувалися показання на високих частотах (50...100 кГц), АРУР довелося застосувати більш високочастотний ОУ К544УД2А (DA1). Підстроювальним резистором R2 встановлюють поріг стабілізації рівня, домагаючись вихідної напруги близько 1 В при вхідній напрузі 0,1... 10 В. Відхилення від цього значення буде визначати в основному похибку вимірювань.

Дуже зручно налагоджувати подібні прилади за допомогою цифрових осцилографів, переваги яких відомі. Раніше радіоаматорів відлякували високі ціни, але тепер у продажу з'явилися відносно недорогі цифрові осцилографи, що запам'ятовують. Так, двоканальний осцилограф PDS 5022S (до 20 МГц) фірми Owon з великим кольоровим дисплеєм (7,8 дюйма) або схожий на нього осцилограф АСК-2525 коштують дешевше від відомого одноканального С1-94. Звичайно, і ці згадані прилади не всім доступні, але за допомогою такого осцилографа налаштування деяких приладів, наприклад частотоміра, перетворюється на задоволення, тим більше, що відразу видно відлік і частоти, і амплітуди сигналу. Чотири осцилограми можна зберегти та викликати за потреби на монітор або записати на комп'ютер.

література

1. Кузнєцов Е. Низькочастотний вимірювальний генератор з аналоговим частотоміром. – Радіо, 2008, № 1, с. 19-21.
2. Кузнєцов Е. Вольтметр - ІНІ з
автоматичним вибором межі вимірів. – Радіо, 2008, № 5, с. 19-22, №6, с. 19-21.
3. Гриєв Ю. Аналоговий частотомір з автоматичним вибором межі вимірів.: Зб. "На допомогу радіоаматору", вип. 108, с. 40-51. - М: Патріот, 1990.
4. Кузнєцов Е. Автоматичні регулятори рівня звукових сигналів. - Радіо, 1998 №9, с. 16-19.

Автор: Е. Кузнєцов, м. Москва; Публікація: radioradar.net

Дивіться інші статті розділу Вимірювальна техніка.

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

Проект Proba-3 - штучне сонячне затемнення 12.01.2024

Європейське космічне агентство (ЕКА) представляє інноваційний проект під назвою Proba-3, спрямований на створення першого штучного сонячного затемнення у космосі. Цей амбітний проект, що розробляється протягом останніх 14 років, спрямований на детальніше вивчення корони Сонця, області, що традиційно недоступна для спостереження з поверхні Землі.

Проект Proba-3 є важливим етапом у дослідженнях космічних явищ. Створення штучного сонячного затемнення відкриває нові горизонти для науки та надасть унікальні дані для глибшого розуміння таємниць корони Сонця.

Інноваційний апарат Proba-3 включає дві частини, які будуть відправлені в космос, а потім розійдуться, щоб синхронно рухатися навколо Землі. Один з модулів буде емулювати місячний диск, затушовуючи Сонце, тоді як другий, з коронографом, фіксуватиме випромінювання корони Сонця в цей час. Розділені на відстань 144 метри один від одного, ці два апарати підтримуватимуть цю конфігурацію протягом 6 годин, завершуючи повний обліт Землі за 19,5 годин.

Створення штучного сонячного затемнення відкриє нові можливості для астрономів, надаючи унікальні дані про корону Сонця раніше недоступні для вивчення. Запланований запуск Proba-3 на індійській ракеті-носія PSLV у вересні 2024 року стане значним кроком у розширенні наших знань про загадкову природу корони Сонця, надаючи можливість детальних спостережень, необмежених природними обмеженнями Землі.

Інші цікаві новини:

▪ Настільний жорсткий диск Seagate Innov8 8 ТБ

▪ Хмари передбачають землетрус

▪ Поїзд магнітною підвіскою зі швидкістю до 1000 км/год

▪ Магнітом з інфаркту

▪ Паливо із фотосинтезу

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Конспекти лекцій, шпаргалки. Добірка статей

▪ стаття Фішер Еміль. Біографія вченого

▪ статья Який художник економив гроші на надсиланні листів, просто малюючи марки на конвертах? Детальна відповідь

▪ стаття Оператор обчислювальних машин. Посадова інструкція