Индикатор временных ИНТЕРВАЛОВ

May 7, 2010 by admin Комментировать »

В. ЧЕРНЯШЕВСКИЙ,

г. Коммунаре к, Ворошиловградсная обл.

clip_image001

Прибор с цифровым табло служит для измерения времени, счета импульсов, определения частоты звуковых колебаний при проведении опытов по физике. А благодаря наглядности отображаемой информации индикатор удобно использовать и в лабораторном практикуме в качестве общего датчика времени.

Принципиальная схема прибора представлена на рисунке 1. На инверторах D1.1—D1.3 выполнен генератор импульсов прямоугольной формы длительностью 0,01 с и 1 с. Ее значение устанавливают переключателем S1. Пересчетная трехразрядная декада собрана на цифровых ИМС D3—D9, триггер Шиитта и реле времени — на инверторах D2.1, D2.2h D2.3, D2.4 соответственно. Род работы индикатора устанавливают переключателем S4 («В» — измерение времени, «И» — счет импульсов, «Ч» — частотомер). Информацию отображают цифровые газосветные лампы HI—НЗ. Сброс показаний производят нажатием на кнопку S6.

Для измерения временных интервалов переключатель S4 переводят в положение «В» и замыкают тумблер S2. Импульсы с выхода генератора (вывод 11 D1) поступают через тумблер S5 на вход пересчетной декады (вывод 14 D4). Цифровые микросхемы D4, D6, D8 выполняют поразрядный счет импульсов в двоичной системе счисления, а дешифраторы D5, D7, D9 переводят полученные значения в десятичную систему счисления. После прихода тысячного импульса все ИМС пересчетной декады переходят в исходное (нулевое) состояние и счет импульсов начинается заново. Выходы дешифраторов подсоединены к соответствующим цифрам — катодам газосветных ламп HI—НЗ.

С помощью замыкающих и размыкающих контактных датчиков, подсоединяемых к прибору через разъемы Х1 и Х2, можно проводить такие физические опыты, как, например, определение времени свободного падения шарика.

clip_image003

Рис.1. Принципиальная схема индикатора.

clip_image005

Рис. 2. Монтажная плата прибора со схемой расположения деталей.

Для подсчета импульсов произвольной формы их подают на вход ХЗ, Х4. Через цепочку С1, R3 и амплитудный ограничитель на диодах V1, V2 импульсы поступают на вход триггера Шмитта, который преобразует их в прямоугольные. С вывода 6 ИМС D2 (S4 находится в положении «И») преобразованные импульсы подают на вход пересчетной декады.

При использовании прибора в качестве частотомера пере-нлючатель S4 устанавливают в положение «Ч», а тумблер S3 переводят в нижнюю по схеме позицию: конденсатор С4 закорочен. В верхнем положении S3 конденсатор заряжается через обмотку реле К1, инверторы D2.3, D2.4 и переменный резистор R5. При этом реле срабатывает и своей контактной системой К1.1 подключает выход триггера Шмитта ко входу счетчика. Когда конденсатор С4 зарядится, ток через обмотку К1 прекращается, контакт HI .1 размыкается.

Если время срабатывания реле составляет 1 с, пересчетная декада подсчитает количество пришедших за это время импульсов, то есть измерит частоту их следования. Однако с увеличением длительности действия реле ошибка при измерении частоты снижается. Вот почему в данном приборе время срабатывания реле выбрано равным 10 с. В этом случае показания цифрового табло нужно делить на 10.

Для удобства отсчета показаний в индикатор временных интервалов введена микросхема D3, выполняющая счет импульсов до 10. Десятый сигнал с вывода 11 D3 поступает на вход пересчетной декады. При других измерениях эту ИМС отключают тумблером S5.

Питается прибор от сети переменного тона напряжением 220 В. Выпрямленное диодным мостом V1— V4 (рис. 3) напряжение 5 В стабилизировано элементом V6 и мощным транзистором V7. Пульсирующее напряжение 130—160 В после диода V5 поступает на аноды цифровых газосветных ламп.

Индикатор смонтирован на плате, изготовленной из фоль-гированного стеклопластика толщиной 2 мм. На обезжиренную фольгу платы наносят через копирку линии-проводники, изображенные на рисунке 2. Затем в плате сверлят отверстия 00,8—1 мм. При помощи рейсфедера рисунок на плате покройте слоем спиртовой туши или разбавленной ацетоном нитрокраски. После обработки платы в растворе хлорного железа удалите тушь или краску с токопроводящих дорожек, зачистите их и залудите.

Пунктирными линиями показаны соединения, выполненные изолированным проводом. Припаивать выводы микросхем к фольгированным дорожкам платы следует паяльником мощностью 25—40 Вт. У 60-ваттного паяльника конец жала обточите до 02—2,5 мм.

Блок питания собран на отдельной плате (рис. 4). Силовой трансформатор имеет сердечник Ш20Х30. Обмотки I и III содержат соответственно 1500 и 1000 витков провода ПЭВ 0,12—0,15, а обмотна II — 70 витнов ПЭВ 0,3—0,5. Можно использовать и готовый силовой трансформатор от старых ламповых радиоприемников. Удалите у него вторичные обмотки и вместо них намотайте две новые: 700—800 витнов проводом ПЗВ 0,1—0,12 и 60—65 витков ПЗВ 0,3-0,5.

Переключатели, переменный разистор, гнезда, держатель предохранителя, цифровые лампы установлены на вертикальной панели. Если нет специальных панелек для цифровых ламп, тогда непосредственно к их выводам припаяйте отрезки монтажных проводов в надежной изоляции и подсоедините их к монтажной плате прибора. В этом случае лампы крепят металлическими скобами через резиновые прокладки (рис. 5).

Физический прибор (см. рис. в заголовке статьи) собран в корпусе от неисправного демонстрационного гальванометра, вольтметра или в любом пластмассовом футляре подходящих размеров.

clip_image007

Рис. 3. Принципиальная схема блока питания.

clip_image009

Рис. 4. Монтажная плата выпрямителя со схемой расположения деталей.

clip_image011

Рис. 6. Схема устройства для реле.

Налаживание прибора начните с генератора импульсов 1 Гц и 100 Гц, подключив к нему вместо выпрямителя автономный источник постоянного тока напряжением 5 В. Замкните тумблер S2 и на вход лабораторного частотомера подайте импульсы с вывода 14 микросхемы D4. Частоты 1 Гц и 100 Гц подбирают грубо с помощью конденсаторов С2 и СЗ, плавно — резисторами R1 и R2. Затем подсоединяют блок питания.

Отключите питание от анодов цифровых ламп Н2, НЗ и от микросхем D6—D9. На лампе HI поочередно будут высвечиваться цифры, но при нажатии на кнопку S6 установится 0. Если же данный узел не работает, проверьте монтаж и при необходимости замените микросхему D5 или цифровую лампу. Точно так же налаживают и остальные части пересчетной декады.

В режиме измерения частоты обратите внимание на надежность работы электромагнитного репе (РЗС10 или другое с сопротивлением обмотки 100—120 Ом, током срабатывания 10 мА). Подобрзть репе с нужными параметрами можно и путем ослабления контактной пружины или ее замены на более слабую. Время действия реле 10 с подбирают с помощью переменного резистора R5, установив переключатели S3—S5 в позицию измерения частоты,

С обмотки II понижающего трансформатора подайте на вход ХЗ, Х4 переменное напряжение, переведите тумблер S3 и верхнее по схеме положение — начинает работать счетчик импульсов в интервале действия реле времени. Изменяя величину переменного резистора R5, добейтесь, чтобы на цифровом табло появлялись числовые значения в пределах 45—55. Происходит это из-за дребезга контактных пластин реле К1. Когда они размыкаются, возникает серия посторонних импульсов, которые и фиксируются пересчетной декадой. Устранить нежелательное явление помогает дополнительное устройство, собранное на микросхеме К155ЛАЗ (рис. 6). Ее выводы 3, 4 подсоединяют к контактным пластинам К1.1.

Если нет частотомера и осциллографа, работу отдельных узлов прибора можно проверить с помощью телефонов, подключая их через конденсатор в 0,1 мкФ к выходам микросхем и общему проводу.

Переключатель S1 установите в положение «100 Гц». В телефонах, подключенных к выходу микросхемы D1, слышен звук низкого тона, на выходах D4, D5 будут прослушиваться отдельные щелчки с интервалом в 0,1 с, а на тех же выводах у D6, D7 и D8, D9 щелчки будут появляться соответственно через 1 с и 10 с. Такую проверку следует проводить с автономным источником питания на 5 В.

С левой стороны цифрового табло можно установить световой указатель рода работы прибора или четвертую цифровую лампу (с двумя дополнительными микросхемами).

Рекомендуем использовать индикатор в следующих лабораторных работах:

1. Наблюдение за процессом плавления и отвердевания кристаллического тела (нафталина).

2. Определение КПД установки с электрическим нагревателем.

3. Определение ускорения тела при равноускоренном движении.

4. Определение электрохимического эквивалента меди.

5. Определение ускорения свободного падения тела при помощи маятника.

Прибор поможет и при проведении физического практикума по темам:

1. Изучение прямолинейного равноускоренного движения.

2. Определение ускорения при свободном падении с помо-мощью падающего цилиндра или машины Атвуда.

3. Изучение второго закона Ньютона.

4. Определение начальной скорости «снаряда» и высоты его подъема при «стрельбе» под углом в 45°.

5. Определение зависимости мощности на валу электродвигателя от нагрузки.

6. Изучение колебаний пружинного маятника.

Незаменим индикатор временных интервалов и при постановке демонстрационных опытов по кинематике, II занону Ньютона, определении угловой скорости вращательного движения, при изучении колебаний математического маятника и камертона, по исследованию электрических низкочастотных колебаний, при изучении радиоактивного b и y излучения.

На факультативных занятиях по физике возможности прибора шире. Тут его можно применить для демонстрации принципа действия простейших ЭВМ, преобразования аналоговых (непрерывных) величин в интервалы врг.’лени, скажем, при измерениях напряжения, тона, сопротивления, температуры или в качестве электронных часов.

ж.Моделист-конструктор

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