ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР-МУЛЬТИМЕТР

May 5, 2010 by admin Комментировать »

В. СУЕТИН

Функциональные возможности цифрового частотоме­ра можно значительно расширить с помощью измеритель­ного устройства, описание которого дано ниже.

Устройство позволяет измерять постоянное и перемен­ное напряжение и ток, а также сопротивление и емкость. Диапазон измерений постоянных напряжений — от 0,1 мВ до 1000 В (верхние пределы 1, 10, 100 и 1000 В), перемен­ных — от 1 мВ до 300 В (верхние пределы 1, 10, 100 и 300 В). Входное сопротивление устройства 2,2 МОм.

Диапазон измерений постоянных токов — от 0,1 мкА до 1 А, переменных — от 1 мкА до 1 А. Пределы измере­ний: 1, 10, 100 и 1000 мА. Падение напряжения на входе устройства при измерении токов — 100 мВ.

Диапазон измерений сопротивлений — от ОД Ом до 10 МОм (пределы 1, 10, 100 кОм, 1 и 10 МОм), eмкoc­тей — от 1 пФ до 1 мкФ (пределы 1, 10, 100 и 1000 нФ).

Основная погрешность измерений не превышает 0,1%.

clip_image001

Рис. 1. Структурная схема прибора

Разрешающая способность — 0,01% конечного значения предела измерений.

Определение полярности напряжения и тока произво­дится автоматически, выбор пределов измерения — вруч­ную. Отсчет при времени измерения 0,1 с — трехразряд­ный и при 1 с — четырехразрядный.

В основу работы устройства положен частотно-им­пульсный метод. Он заключается в преобразовании из­меряемого параметра в пропорциональное значение час­тоты с последующим измерением средней частоты за определенный интервал времени. Измерительную цепь включают в контур автоколебательной системы, частота колебаний которой является выходной величиной преоб­разования. По существу устройство состоит из целого ря­да преобразователей, речь о которых и пойдет дальше.

Устройство выполнено на полупроводниковых элемен­тах с широким использованием линейных интегральных микросхем.

Структурная схема устройства приведена на рис. 1. Оно состоит из входных делителей тока 1 и напряже­ния 3, усилителя 2 с коэффициентом усиления, равным пяти, входного повторителя 4, линейного выпрямителя (повторителя 5, усилителя 6 с коэффициентом усиления, равным пяти, фильтра 7), модулятора 8, определителя полярности (усилителя 9, порогового устройства 10), фазотгявертора 11 и преобразователя UС7?-параметров в частоту 12,

Измеряемое напряжение положительной или отрица­тельной полярности через входной делитель напряже­ния 3 поступает на входной повторитель 4, который при коэффициенте передачи, равном 1, обладает высоким вход­ным и низким выходным сопротивлениями. Далее напря­жение подается на модулятор 8, где постоянное напря­жение преобразуется в разнополярное с амплитудой, пропорциональной измеряемому напряжению. Преобразо­ватель UСR-параметров преобразует это напряжение з частоту, которая измеряется затем частотомером за опре­деленный интервал времени.

При измерении тока на образцовом резисторе входно­го делителя 1 создается падение напряжения, пропорцио­нальное измеряемому току. Это напряжение усиливается усилителем 2 и подается через переключатель В2б на модулятор 8.

clip_image003

Рис. 2. Принципиальная схема прибора

Определитель полярности автоматически выявляет по­лярность входного сигнала и индицирует знак «+» или « — ». Кроме того, он в зависимости от полярности вход­ного сигнала инвертирует управляющий сигнал, подавае­мый на модулятор, что необходимо для правильной рабо­ты преобразователя UСR-параметров.

В случае измерения переменных напряжений и токов сигналы поступают по тем же каналам, однако перед мо­дулятором они предварительно преобразуются линейным выпрямителем в постоянные.

Принципиальная схема устройства показана на рис. 2.

Входные делители (напряжения — высокоом-ный, тока — низкоомный) служат для расширения пре­делов измерения. Входной делитель напряжения — час-тотнокомпенсированный.

Входной повторитель выполнен на микро­схеме МС4. Высокое входное сопротивление повторителя достигается благодаря наличию на входе микросхемы подобранной пары полевых транзисторов. Повторитель охвачен 100%-ной обратной связью (с выхода на инвер­тирующий вход). При коэффициенте усиления 20 000 по­вторитель обладает очень низкой погрешностью в пере­даче входного напряжения и имеет очень высокое вход­ное сопротивление. Напряжение смещения нуля микро­схемы балансируют подстроечным резистором R22.

На входе повторителя имеется две системы защиты: одна от помех нормального вида, другая от перегрузок по входу. Ослабление помех, в основном промышленной частоты 50 Гц, достигается применением фильтра, состоя­щего из двойного Т-моста (элементы R24 R26, С5 С8) с включенным на его входе Г-образным RC фильт­ром (резистор R27, конденсатор С9). Защита от пере­грузок по входу осуществляется диодами ДЗ Д6 и ре­зисторами фильтра или резистором R23.

Модулятор, преобразующий постоянное напряже­ние в разнополярный сигнал, выполнен на микросхеме МС5. Коммутация осуществляется линейными ключами, в качестве которых применены полевые транзисторы Т1 и Т2. Благодаря высокому входному сопротивлению по­левых транзисторов отпадает необходимость в трансфор­маторной развязке измеряемого и управляющего сигна­лов. Кроме того, применение полевых транзисторов по­вышает чувствительность и расширяет динамический диапазон преобразования, так как с их помощью можно коммутировать сигналы очень малого уровня.

Управляются полевые транзисторы по цепям затво­ров напряжением, поступающим с фазоинвертора. Управ­ляющий сигнал, синхронный с выходной частотой, — разнополярный. В отрицательный полупериод управляю­щего сигнала открывается транзистор Т2, измеряемое напряжение подается на неинвертирующий вход микро­схемы МС5 и после усиления выделяется на выходе в той же фазе. В этот полупериод к затвору полевого транзистора прикладывается напряжение, закрывающее его. При положительном напряжении на затворах откры­вается транзистор 77, измеряемое напряжение поступает на инвертирующий вход микросхемы МС5 и после уси­ления выделяется на выходе в противофазе.

Таким образом, на выходе модулятора выделяется двухполярное напряжение, величина которого пропор­циональна входному напряжению. Коэффициенты уси­ления по обоим входам выравнивают подстроечным рези­стором R45.

Определитель полярности выполнен на ми­кросхеме МС6. Операционный усилитель охвачен обрат­ной связью по постоянному току. При таком включении усилитель имеет максимальный коэффициент усиления. С целью более четкого выявления знака полярности при измерении малого входного сигнала на выходе определителя включено пороговое устройство, выполненное на туннельном диоде Д13. Эмиттерный повторитель на тран­зисторе ТЗ усиливает сигнал по току. Индикаторные лам­пы Л1 ЛЗ включены в коллекторные цепи транзисто­ров Т4, Т5.

Фазоинвертор выполнен на транзисторе Т6. В его задачу входит инвертирование управляющего сигнала модулятора в зависимости от полярности измеряе­мого сигнала. Питается фазоинвертор напряжениями, снимаемыми с коллекторов транзисторов Т4 и Т5. При подаче положительного напряжения на коллектор, а от­рицательного на эмиттер такой каскад работает как обычный эмиттерный повторитель, так что полярность выходной импульсной последовательности такая же, как и входной. Если к коллектору такого каскада при­ложить отрицательное напряжение, а к эмиттеру — поло­жительное, то коллектор начинает действовать как эмит­тер, а эмиттер — как коллектор, теперь каскад становит­ся инвертирующим усилителем, у которого резистор R70 действует как коллекторная нагрузка. Выходное напря­жение сдвигается по фазе на 180° относительно входного.

Следовательно, в зависимости от полярности входного напряжения осуществляется инвертирование управляю­щего сигнала, поступающего на модулятор.

Линейный выпрямитель выполнен на микро­схемах МС2 и МСЗ. Он преобразует в-ходной сигнал из двухполярного (синусоидального) в однополярный (пуль­сирующий) . Выпрямление — двухполупериодное. Это реализовано путем переключения диодов Д7 и Д8, кото­рые управляются входным сигналом и коммутируют выход микросхемы МС2 между двумя входами МСЗ.

Положительный входной сигнал закрывает диод Д7, открывает Д8 и тем самым подключает выход микросхе­мы МС2 к неинвертирующему входу микросхемы МСЗ, увеличивая тем самым коэффициент усиления операцион­ного усилителя. Отрицательный входной сигнал, наоборот, закрывает диод Д8, открывает Д7 и выход микросхемы МСЗ подключается к инвертирующему входу микросхе­мы, тем самым уменьшая коэффициент усиления. Напря­жение на выходе микросхемы МСЗ всегда остается по­ложительным.

Двойным Г-образным RC фильтром (R42, С15 и R43, R44, С16) из выпрямленного напряжения выделяют по­стоянную составляющую. Так как имеется достаточный запас по напряжению, фильтрация весьма эффективна и без применения активного фильтра.

Преобразователь ток — напряжение вы­полнен на калиброванном шунте (резисторы Rl R4] и операционном усилителе МС1. Образцовые резисторы шунта взяты с таким расчетом, чтобы падение напряже­ния на них составляло 100 мВ при предельной величине измеряемого тока. Полярность напряжения на выходе операционного усилителя такая же, что и на входе. Дио­ды Д1 и Д2 защищают операционный усилитель от пе­регрузок по входу.

Преобразователь VCR-параметров в частоту является одним из основных узлов, опреде­ляющих точность измерений устройства. До недавнего времени, когда число измеряемых параметров по роду работы было ограниченным, более широкое применение имело такое построение приборов, когда все измеряемые параметры приводились к одному, чаще всего к напря­жению постоянного тока, а последнее непосредственно преобразовывалось в частоту или период.

Сейчас же, когда функциональные возможности при­бора постоянно расширяются, измерение таких парамет­ров, как емкость и индуктивность, на постоянном токе встречает определенные трудности. Кроме того, приборам с преобразователем параметров в постоянный ток свой­ствен сравнительно большой суммарный дрейф усилите­лей и интегратора, в результате чего появляется необхо­димость в дополнительном узле автоматической коррек­ции нуля.

Все это приводит к тому, что в настоящее время для улучшения метрологических характеристик преобразова­телей переходят к построению преобразователей на основе коммутационного способа с переменой знака ин­тегрирования. При этом способе измерительную цепь включают в замкнутую автоколебательную систему, гене­рирующую релаксационные колебания, пропорциональ­ные величине измеряемого параметра. В результате про­цесс преобразования RС-параметров в частоту прибли­жается к процессу их измерения на переменном токе. Главное достоинство данного способа в том, что погреш­ность преобразования, обусловленная дрейфом нуля опе­рационных усилителей, значительно меньше, так как под воздействием напряжения дрейфа один из полупериодов увеличивается, а другой — уменьшается, а в целом пе­риод остается практически постоянным.

В данном приборе содержится три преобразователя: напряжения в частоту, емкости в частоту и сопротивле­ния в частоту. Каждому из них свойствен свой собст­венный алгоритм работы. Однако с целью упрощения конструкции все они выполнены на одной элементной базе.

Структурные схема преобразователей и временные диаграммы напряжений в характерных точках преоб­разователей, поясняющих их работу, приведены на рис. 3 — 5.

Преобразователь напряжения в частоту (рис. 3) со­стоит из интегратора 2 с эмиттерным повторителем 1 на входе, устройства сравнения 5, формирователя опорного напряжения 4, делителя опорного напряжения R1R2 и усилителя мощности 5. Измеряемая величина, преобра­зованная предварительно модулятором в разнополярный сигнал, подается через эмиттерный повторитель на вход интегратора. Основу интегратора составляет операцион­ный усилитель с интегрирующей RС-цепочкой в цепи об­ратной связи. Эмиттерный повторитель на входе увели­чивает входное сопротивление интегратора, а следова­тельно, и точность выполнения интегрирования.

С интегратора полученное линейно изменяющееся напряжение поступает на вход 1 устройства сравнения. На второй вход этого устройства подается пороговое напряжение Uu с делителя R1R2.

В момент достижения линейно изменяющимся на­пряжением уровня Ua изменяется полярность напряже-

ния на выходе устройства сравнения и как следствие изменяется полярность порогового напряжения Un и из­меряемого напряжения Ux (через цепь фазоинвертор — модулятор). Далее процесс повторяется с чередованием знаков перепадов напряжений.

Формирователь опорного напряжения устанавливает уровни разнополярного напряжения строго определен­ной величины.

clip_image004

Рис 3. Структурная схема преобразователя напряжения в частоту и эпюры напряжений

Из временных диаграмм видно, что увеличению на­пряжения Ux соответствует увеличение скорости интегри­рования напряжения, уменьшение периода импульсной последовательности, т. е. увеличение выходной частоты.

Преобразователь емкости в частоту (рис. 4) состоит из тех же узлов, что и рассмотренный преобразователь, но в него добавлен второй интегратор 6 и эмиттерный повторитель 7. Включение последнего обусловлено сле­дующим. Непосредственно величина Сх прямо пропор­циональна периоду и обратно пропорциональна частоте. Но так как за основу устройства положен частотно-импульсный метод, т. е. увеличению измеряемого пара­метра должно соответствовать увеличение частоты, за­висимость Сх от частоты необходимо изменить. Это и до­стигается вторым интегратором.

На вход интегратора 6 подается сформированный по амплитуде сигнал U0. Постоянная времени Rv&CvQ, по­стоянна, следовательно, и скорость интегрирования ли­нейно изменяющегося напряжения на выходе второго интегратора также всегда постоянна. Поэтому малой частоте соответствует большая амплитуда треугольного напряжения на интеграторе 6 и наоборот.

Измеряемая емкость Сх включена между выходом второго интегратора и входом интегратора 2, отрица­тельная обратная связь в котором осуществляется через образцовый конденсатор С0. При достаточно больших коэффициентах усиления используемых усилителей по­стоянного тока частота выходных импульсов может быть определена из выражения: f = CxUo/C0UnT2, где Т2 — постоянная времени интегрирующей цепи RnzCnz-

Преобразователь сопротивления в частоту (рис. 5) по сравнению с предыдущим преобразователем не со­держит ни второго интегратора, ни делителя опорного напряжения. Получение линейной зависимости преобра­зования сопротивления в частоту достигается благодаря своеобразному использованию неинвертирующего входа интегратора.

Разнополярные напряжения выходного напряжения с амплитудой uq подаются непосредственно на инверти­рующий вход и через делитель, состоящий из образцо­вого и измеряемого резисторов (R0 и Rx)t на неинвер­тирующий вход интегратора. Напряжение на выходе интегратора изменяется линейно со скоростью пропор­циональной разности напряжений на его входах.

Выходное напряжение с интегратора подается на вход 2 устройства сравнения. Вход 1 соединен с общим проводом. Срабатывание устройства сравнения происходит в момент, когда линейно изменяющееся напряже­ние достигает нулевого уровня. В результате этого изме­няется полярность его выходного напряжения, а также полярность скачка напряжения на выходе интегратора и знак, производной его линейно изменяющегося напря­жения. В течение одного периода таких скачков два: один — положительный, другой — отрицательный.

clip_image005

Рис. 4. Структурная схема преобразователя емкости в частоту и эпюры напряжений

Таким образом, при увеличении сопротивления Rx уменьшается напряжение на входе 2 интегратора, увели­чивается разность напряжения на его входах, уменьша­ется амплитуда скачка, увеличивается скорость измене­ния напряжения на выходе интегратора, увеличивается частота выходных колебаний. Последняя может быть определена из выражения: f = Rx/4т1Ro, где ti — посто­янная времени интегрирующей цепи RцСи, Ro — сопротивление образцового резистора, который переключается в зависимости от предела измерений.

При измерении малых сопротивлений измерительная цепь становится низкоомной, увеличение нагрузочной способности устройства достигается применением на вы­ходе усилителя мощности 5, который фактически явля­ется преобразователем напряжения в ток.

Принципиальная схема преобразователей приведена на рис. 6. Эмиттерные повторители, стоящие на входах интеграторов, выполнены на микросхемах МС7 и М.С10. Для снижения напряжения на переходах транзисторов до допустимой величины объединенные коллекторы под­ключены к источнику питания через делитель R110R98. Эмиттерный ток транзисторов микросхемы МС7 задает­ся резисторами R91 и R92.

Интеграторы выполнены на операционных усилите­лях МС8 и МОП. Балансировка микросхемы МС8 произ­водится подстроечным резистором R93. Стабилизация рабочей точки операционного усилителя МС11 по посто­янному току осуществляется благодаря цепи обратной связи (элементы R108, R109, СЗЗ, С34).

Устройство сравнения выполнено на микросхеме МС9. С его выхода сигнал поступает на фазоинвертор и формирователь опорного напряжения UQ. Последний вырабатывает разнополярные импульсы со стабильной амплитудой. Стабилизация амплитуды осуществляется кремниевым стабилитроном, включенным в диагональ диодного моста Д15 Д18. Ветви моста переключают­ся входными импульсами. Положительные сигналы ог­раничиваются, когда открыты диоды Д15 и Д18, отри­цательные — при открытых Д16 и Д17.

Ограниченная таким образом импульсная последова­тельность поступает на усилитель мощности — составной транзистор, выполненный на параллельно включенных транзисторах 77, Т8 и Т9, Т10, соединенных по схеме эмиттерного повторителя, и делитель R96R97, с которого снимается пороговое напряжение Uп.

clip_image006

Рис. 5. Структурная схема преобразователя сопротивления в частоту и эпюры напряжений

Указанное на схеме положение переключателей со­ответствует режиму измерения напряжения. Нажатием кнопочного переключателя В2-4 устройство переводится в режим измерения емкости. В цепь обратной связи ми­кросхемы МС8 в зависимости от предела измерений подключается один из конденсаторов С25 С28. Последовательно с конденсаторами включены резисторы R87, R88. Они частично компенсируют погрешность нелиней­ности преобразования, обусловленную конечными зна­чениями коэффициента усиления и полосы пропускания операционных усилителей, на которых выполнены инте­граторы. Сопротивление указанных резисторов подби­рают экспериментально.

Нажатием кнопки В2-5 устройство переводится в ре­жим измерения сопротивлений. Образцовые резисторы R82 R86 определяют пределы измерения сопротивле­ний. Кнопочный переключатель В4 «Проверка» предна­значен для контроля работоспособности прибора. В ре­жиме измерения сопротивлений этим переключателем отключается измеряемый резистор и подключается внут­ренний, образцовый резистор R74 сопротивлением 1 кОм. В режиме измерения емкостей параллельно входным гнездам «Сх» подключаются конденсаторы С23 и С24, суммарная емкость которых вместе с входной емкостью устройства равна 100 пФ. В этом же положении произ­водится измерение емкостей менее 100 пФ. В противном случае входная емкость устройства вносит значительную погрешность при измерении малых емкостей.

Детали и конструкция. На детали устройства следует обратить особое внимание, поскольку ими во многом определяются качественные показатели измерений. Важ­но не только выполнить делитель с высокой точностью, но и выбрать такие типы элементов, которые бы име­ли минимальные температурные коэффициенты и токи утечки.

К транзисторам и диодам особых требований не предъявляется, и они могут быть заменены другими, ана­логичными по структуре и мощности. Следует лишь огра­ничить для транзистора Т6 коэффициент передачи тока до 15 — 30, а диоды ДЗ и Д4 выбирать с возможно боль­шими обратными сопротивлениями. Туннельный диод АИ301В можно заменить на АИ301Б, диоды КД503 — на КД509, КД522.

Переключатель В1 — галетный 5П4НПМ; В2, В4 — кнопочные П2К- Лампы Л1 — «775 — НСМ50 (10 В; 50 мА).

Трансформатор питания намотан на сердечнике УШ12X24. Обмотка I содержит 3600 витков провода ПЭВ 0,1, II и III — по 250 витков провода ПЭВ 0,31.

clip_image008

Рис. 6. Принципиальная схема преобразователей

Конструктивно измерительное устройство можно вы­полнить в виде приставки или, что значительно удобней, вмонтировать во внутрь цифрового частотомера. Авто­ром был использован промышленный счетный прибор ПСО2-2еМ, выполненный на интегральных схемах. В нем были изъяты три платы: первая и шестая декады и вход­ное устройство. На их месте и было размещено данное устройство. Были добавлены также источники питания + 6 и +12 В. На переднюю панель вынесен переключа­тель рода работы, на заднюю — все гнезда и переключа­тель пределов. Однако это не создает неудобств в рабо­те, так как положение пределов измерений индицируется переносом запятой.

Время измерения — 0,1 и 1 с. Ручное управление до­полнено автоматическим с временем индикации 1, 2 и 4с. Введен также режим, когда данный прибор работает как электронные часы.

Платы выполнены печатным способом на фольгиро-ванном стеклотекстолите толщиной 1,5 мм. Монтаж дву­сторонний. Детали переключаемых делителей, входного фильтра и времязадающих цепей расположены на от­дельной плате, которая размещена около переключателя В1. Входную высокоомную цепь целесообразно подклю­чить не через общий разъем РГП, а установить на плате фторопластовую стойку, к которой припаять детали, и неразъемным экранированным кабелем соединить непо­средственно с переключателем ВЗ.

Налаживание устройства не сложно, но требует боль­шой аккуратности и чистоты работы. Обязательными приборами для настройки должны быть цифровой часто­томер и осциллограф с открытым входом и высокой чув­ствительностью (около 10 мВ).

Налаживать устройство рекомендуется по узлам. Сна­чала проверяют источники питания. Режимы работы ми­кросхем и транзисторов по постоянному току, а также форму сигналов в динамическом режиме проверяют ос­циллографом.

Узлы просты и начинают работать сразу, требуется только уточнить режим их работы. У микросхем в.первую очередь проверяют напряжение на их выходе. Для балан­сировки выходного напряжения почти каждая микросхе­ма имеет подстроечный резистор напряжения смещения.

Преобразователь сопротивления в частоту настраивают при нажатом переключателе В2-5 «Измерение Rx». Устанавливают переключатель поддиапазонов В1 в по­ложение «10», В4 — в положение «Проверка». Узел МС7 МС11 и усилитель мощности переходят в авто­колебательный режим с частотой следования импульсов около 1 кГц. Просматривают форму напряжений на вы­ходах и входах всех узлов, используемых в этом режиме. Симметричность амплитуд выходных импульсов обес­печивается стабилитроном Д19. Подстроечным резисто­ром R77 точно устанавливают выходную частоту 1 кГц, соответствующую сопротивлению образцового резистора R74 1 кОм. Если предела регулировки не хватает, под­бирают резистор R76.

Затем проверяют линейность характеристики преоб­разования по поддиапазону. Для этого выключают ре­жим «Проверка» и ко входу «Rх» (гнезда Гнб и Гн7) подключают набор резисторов, переключаемых вспомо­гательным переключателем, с номиналами сопротивле­ний от 0,1 Ом до 10 МОм и декадным шагом. Все восемь резисторов должны быть предварительно измерены об­разцовым прибором с точностью до четырех знаков. При налаживании следует руководствоваться этими величи­нами. Такой набор резисторов позволяет просматривать любой поддиапазон в четырех-пяти точках.

Для ускорения настройки целесообразно резисторы R81 и R90 временно заменить переменными с сопротивле­ниями 10 кОм и 100 Ом.

Выравнивание характеристики в области малых со­противлений (частот) производят резистором R81. Здесь же на возможно малых частотах устанавливают равенство полупериодов-выходного сигнала с помощью резистора R93. Если это выполнить не точно, то уже при частоте 3 — 6 Гц колебания срываются (нормальным счи­тается, если срыв происходит на частоте около 1 Гц).

Наклон характеристики в области больших сопротив­лений (частот) устанавливают подбором резистора R90. Следует учесть, что этот резистор оказывает заметное влияние и на средние частоты, поэтому при каждом изме­нении его сопротивления необходимо заново устанавли­вать частоту 1 кГц. Настройка считается законченной, если показания прибора в контрольных точках поддиа­пазона 10 и 1 кОм, 100 и 10 Ом отличаются не более чем на единицу от величин образцовых резисторов. Динами­ческий диапазон линейной характеристики 80 дБ. Вре­менные переменные резисторы R81 и R90 заменяют соот­ветствующими постоянными.

Линейность характеристики преобразования на дру­гих поддиапазонах сохраняется. Вся регулировка здесь сводится только к уточнению сопротивлений резисторов R82, R84 — R86.

Преобразователь емкости в частоту налаживают ана­логично при нажатом переключателе «Измерение Сх»-Ко входу «Сж» (гнезда Гнб и Гн4] подключают набор конденсаторов с емкостями от 1 пФ до 1 мкФ и декад­ным шагом, также предварительно измеренных образцо­вым прибором. Налаживание на одном из поддиапазо­нов, например, 10 нФ (0,01 мкФ) производят: в средней части — резистором R103, в области больших емкостей (частот) — подбором R87 (R88).

Динамический диапазон измерения емкостей уже и составляет 60 дБ. На частотах ниже 10 Гц наблюдается ограничение вершин треугольного напряжения на выхо­де микросхемы MCtl (вывод 5), что приводит к нели­нейности характеристики преобразования. Если ограни­чение начинается с одной стороны (сверху или снизу) раньше, чем с другой, симметрирование производят под­бором резистора R103.

Налаживание на других поддиапазонах заключается в уточнении интегрирующих конденсаторов С25, С27 и С28.

Далее калибруют величину контрольной емкости «100 пФ». Для этого переключатель пределов устанав­ливают в положение «1нФ» и подключают ко входу «Ся» образцовый конденсатор 100 пФ. Нажатием и от-жатием кнопки «Проверка» и поворотом ротора подстро-ечного конденсатора С24 добиваются такого положения, при котором к показаниям частотомера добавляется ров­но 1000(100).

Преобразователь напряжения в частоту налаживают в положении «Измерение Ux». Свободный вход фазоин-вертора (R71, С22) временно соединяют с корпусом. К выводу 8 микросхемы МС4 подключают осциллограф. Подают питание на входной повторитель, модулятор и определитель полярности. Если на выходе входного по­вторителя наблюдаются высокочастотные колебания, необходимо устранить самовозбуждение усилителя, увели­чив емкость конденсатора СИ. Однако значительно уве­личивать эту емкость не следует, так как при этом су­жается полоса пропускания повторителя. Резистором R22 балансируют повторитель так, чтобы напряжение на его выходе было равно нулю.

Переключают осциллограф к выводу 5 микросхемы МС5. Самовозбуждение каскада устраняют подбором конденсатора СП, разбалансировку — резистором R37. Затем подключают осциллограф к коллектору транзис­тора Т5. Вращая движок резистора R57 в одну и в дру­гую сторону, наблюдают за скачкообразным изменением напряжения от — 6 до +6 В, а также за переключением знаков плюс и минус.

clip_image009

Рис. 7. Принципиальная схема вспомогательного устройства

После этого восстанавливают все цепи для измерения напряжения: выход микросхемы МС5 (вывод 5) соеди­няют со входом преобразователя напряжения в частоту, а выход микросхемы МСЗ (вывод 5) — с входной цепью фазоинвертора R71, С22. Ко входу «Ux» подключают вспомогательное устройство (рис. 7), состоящее из об­разцовых резисторов сопротивлением 0,1; 1, 10, 100 и 1000 Ом, которые использовались ранее при налажива­нии омметра. С помощью сдвоенного тумблера произво­дят изменение полярности напряжения с точным сохра­нением его величины. Переменным резистором 1 кОм устанавливают с возможно большей точностью напряже­ние 1 В. Декадный шаг 100, 10, 1 и 0,1 мВ обеспечивает­ся образцовыми резисторами.

Со вспомогательного устройства (рис. 7) на вход «Uх» подают напряжение 100 мВ. Осциллограф подклю­чают к выходу микросхемы МС5. На экране осциллогра­фа должно наблюдаться разнополярное напряжение ам­плитудой около 400 мВ. Выравнивание амплитуд относи­тельно нулевой линии достигается подстройкой резисто­ра R45.

Резистором R78 по частотомеру устанавливают вы­ходную частоту, равную 1 кГц. От переключения вспомо­гательного тумблера должен измениться индицируемый знак, а показание частотомера при этом должно остать­ся таким же. Проделать эту операцию необходимо во всех контрольных точках. При малых напряжениях вы­равнивание показаний осуществляют резистором R22, а в области больших напряжений — подбором резистора R70. При малых напряжениях уточняют также равенство полупериодов выходного напряжения модулятора (резис­тором R37).

Затем проверяют линейность характеристики преоб­разования по поддиапазону, как было описано ранее: в средней зоне — подстроечным резистором R78, при больших напряжениях — подбором резистора R89.

Наконец, устанавливают переключатель пределов из­мерений в положение «Проверка». Подстроечным резис­тором R13 на вход устройства подают напряжение + 0,5 В, что соответствует выходной частоте 10 кГц. Впоследствии это положение будет контрольным.

Преобразователь ток — напряжение налаживают в положении «Измерение Fx». Осциллограф подключают к выходу микросхемы МС1. Напряжение смещения мик­росхемы балансируют резистором R34. Переключатель пределов устанавливают в положение «Проверка». На вход усилителя в этом случае подают напряжение Н-100 мВ, что соответствует выходной частоте 10 кГц. Соответствие корректируют изменением коэффициента усиления усилителя с помощью резистора R11. Налажи­вание внутри поддиапазонов заключается в точном под­боре сопротивлений резисторов Rl R4. При смене по­лярности входного тока, добиваясь равенства показаний, уточняют положение движка резистора R34.

Линейный выпрямитель налаживают при одновремен­ном нажатии двух кнопок: «~» и «Ux». Напряжение сме­щения нуля микросхем МС2 и МСЗ балансируют со­ответственно резисторами R35 и R39. На вход «Ux» подключают вспомогательное устройство, у которого ис­точник постоянного тока заменен источником перемен­ного напряжением 1,5 В. Резистором сопротивлением 1 кОм устанавливают напряжение 1 В (амплитуда 1,4-15 В). Переключатель В1 устанавливают в положение «100 мВ» (переключатель устройства — в положение 1 В). С помощью осциллографа просматривают форму сигнала на входах и выходах микросхем МС2 и МСЗ. На входе и выходе микросхемы МС2 .она -синусоидаль­ная, на входах МСЗ — однотактный полупериод, на ее выходе — двухтактный (пульсирующее напряжение по­ложительной полярности).

Во время одного полупериода, а именно при усилении положительного сигнала, когда оба усилителя охвачены общей цепью обратной связи, может возникнуть самовоз­буждение усилителей, которое проявляется в виде «зво­на» (на выходе микросхемы МСЗ). Устраняют «его подбо­ром конденсатора С14.

Равенство амплитуд просматривают но всех конт­рольных точках и корректируют в области малых напря­жений резистором R35, в области больших напряже­ний — подбором резистора R29. В связи с взаимным влиянием резисторов при каждом изменении резистора R29 уточняют положение движка резистора R35.

Соответствие измеряемого напряжения (эффективно­го значения) с выходной частотой добиваются резисто­ром R44. Нулевому входному напряжению должна соот­ветствовать «нулевая» частота. Этого достигают под-строечным резистором R39.

Пути дальнейшего совершенствования универсально­го цифрового измерительного устройства: при самостоя­тельном конструировании частотомера совместить дан­ное устройство в единое целое, дополнить родом работы «Измерение Lx», выполнить индикацию знака полярнос­ти и размерности измеряемой величины на индикаторных лампах, ввести режим автоматического выбора пределов измерений.

OCR Pirat

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты