УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ХРОНОМЕТР

May 5, 2010 by admin Комментировать »

В.Войцехович

Хронометр предназначен для измерения интерва­лов времени с точностью в одну миллисекунду при абсолютной погрешности не хуже 2-10~5. Емкость памяти хронометра 60 000 мс. Прибор может приме­няться на различных соревнованиях, что обусловле­но наличием раздельных входов «Пуск» и «Стоп», а также возможностью питания как от сети перемен­ного тока (220 В), так и от батарей или автомо­бильных аккумуляторов. Прибор сохраняет работо­способность в интервале температур от — 10 до + 30°.

Хронометр укомплектован фотоакустическим дат­чиком, позволяющим запускать его звуком выстрела пистолета старта и остановить счет времени по мо­менту срабатывания фотоэлемента.

В хронометре применена комбинированная циф­ровая индикация, при которой единицы, десятки и сотни миллисекунд фиксируются стрелочными циф­ровыми индикаторами, а единицы и десятки се­кунд — светодиодами.

Мощность, потребляемая от источников питания, не превышает 2 Вт. Габариты 180Х90Х 120 мм, мас­са 1,3 кг. Конструкция выполнена на дискретных элементах и содержит 151 транзистор, 41 диод и 15 светодиодов.

Схема хронометра приведена на рис. 1. Прибор состоит из входного каскада, высокоточного генера­тора тактовой частоты, ключевого каскада и счетчи­ка импульсов. Ключевой каскад открывается им­пульсом «Пуск» и закрывается импульсом «Стоп». Таким образом, счетчик подсчитывает число такто­вых импульсов за измеряемый период времени.

Входной каскад содержит два триггера на тран­зисторах 77 и Т2 канала «Пуск» и ТЗ, Т4 канала «Стоп». Нагрузкой триггеров являются сигнальные лампы Л1 «Счет» и Л2 «Отсчет». Светодиод ДЗ «Го­тов», включенный параллельно триггеру канала «Пуск», сигнализирует о закрытом состоянии триг­гера и о готовности хронометра к работе.

Переключаются триггеры или отрицательными пусковыми импульсами с амплитудой 0,5 — 5 В, поступающими со входов Ш1 и ШЗ, или кнопками ручного управления В1 и В2.

Для закрывания триггеров входного каскада, а также для сброса показаний цифровых индикаторов на нуль служит кнопка ВЗ «Сброс», подающая за­крывающее напряжение на триггеры через развя­зывающие диоды Д1 и Д2 и на счетные декады хро­нометра через диоды с Д4 по Д8.

Генератор тактовой частоты 1 кГц состоит из за­дающего генератора на 8 кГц на транзисторах TI4 и 775, стабилизированного кварцем Пэ1, усилителя — ограничителя на транзисторе Т16 и трехкаскадного делителя частоты (с коэффициентом деления 8) на триггерах на транзисторах Т5 TI0. С выхода транзистора Т10 сигнал тактовой частоты 1 кГц че­рез дифференцирующую цепочку C9R29 поступает на первую счетную декаду.

Кнопка В4, подключающая конденсатор С13 па­раллельно кварцевому резонатору, служит для по­нижения частоты такта в несколько десятков раз, что необходимо для контроля работы счетных декад в медленном режиме.

Роль ключевого каскада, управляемого триггерами входного каскада, играет триггер первого дели­теля частоты на транзисторах Т5, Т6. Для этого с эммитера транзистора Т2 канала «Пуск» на триггер подается плюс, а с эммитера транзистора Т4 канала «Стоп» — минус напряжения питания. Очевидно, что триггер может работать только в том случае, когда потенциал точки А положителен относительно потен­циала точки Б. А это условие обеспечивается лишь при открытом триггере «Пуск» и закрытом триггере «Стоп». При всех других состояниях триггеров входа транзисторы Т5, Т6 закрыты. В соответствии с этим сигнал тактовой частоты поступает на счетчик с мо­мента переключения триггера «Пуск» и до момента переключения триггера «Стоп». Практически это происходит так. При нажатии кнопки ВЗ сигналь­ные лампы Л1 и Л2 гаснут, индикаторы декад уста­навливаются на нуль, а светодиод ДЗ зажигается. Ключевой каскад при этом закрыт.

При нажатии кнопки В1 светодиод гаснет и за­жигается лампа Л1 «Счет». Ключевой каскад открывается, идет счет времени. При нажатии кноп­ки В2 зажигается лампа Л2 «Отсчет», ключевой каскад закрывается, цифровые индикаторы показы­вают измеренное время.

Устройство памяти хронометра содержит четыре декады и одну полудекаду. Схема одной из декад приведена на рис. 2. Декада работает по принципу регистра сдвига, она содержит девять триггерных ячеек, каждая из которых имеет триггер на транзи­сторах 1 T1, 1 Т2 9 77, 9Т2 и тактовый усилитель на транзисторе 1 ТЗ9 ТЗ. Кроме того, декада со­держит входной тактовый усилитель на транзисторе 77 и узел сброса на нуль (Т2, ТЗ).

Триггеры, используемые в декадах, собраны на транзисторах разной проводимости, поэтому оба транзистора либо открыты, либо закрыты. Такая де­када работает с малым потреблением энергии и для цифровой индикации не требует дешифратора.

Работа декады основана на последовательном открывании всех девяти триггерных ячеек со сбро­сом их в исходное состояние десятым импульсом. Достигается это тем, что тактовые усилители 1ТЗ9ТЗ получают питание через резисторы 1R39R3 с эмиттеров транзисторов 1Т2 — 9Т2 и, следовательно, обладают усилительными свойствами лишь при от­крытой ячейке триггера. Таким образом, каждая ячейка получает открывающий импульс со входа лишь в том случае, если открыта предыдущая ячейка.

clip_image002

Рис. 1. Принципиальная схема хронометра

clip_image004

Рис. 2. Принципиальная схема одной из декад хронометра

Тактовый усилитель Т1, управляющий первой ячейкой, получает питающее напряжение через ре­зистор R1, поэтому первая ячейка декады всегда от­крывается первой.

Девятый тактовый усилитель используется для сброса всех ячеек декады на нуль. Он открывается девятым импульсом и усиливает десятый, который поступает в отрицательной фазе на базу инвертора Т2, а с его коллектора — в положительной фазе — на базы транзисторов 1T1 — 9T1 и закрывает их.

Для повышения надежности устройства сброса все ячейки декады питаются через транзистор T3, включенный диодом. Падение напряжения на нем понижает на 0,7 В уровень напряжения, питающего ячейки декады, тогда как напряжение питания ин­вертора Т2 имеет полную величину. Это обеспечи­вает безотказность сброса на нуль.

Для ручного сброса служит кнопка BI.

Для цифровой индикации декады служит мил­лиамперметр ИП1 со шкалой, разбитой на 10 деле­ний. Шунт R5 отрегулирован так, что с каждой от­крываемой ячейкой декады стрелка миллиампермет­ра передвигается на одно деление, а при сбросе устанавливается на нуль.

Индикация четвертой декады и пятой полудека­ды осуществляется с помощью светодиодов 1Д29Д2, включенных так, как это показано на схеме рис. 2. Светодиоды погашены при закрытых и горят при открытых ячейках декады.

Блок питания хронометра состоит из двух тран­сформаторов Tpl и Тр2, соединенных последова­тельно. Это сделано для уменьшения габаритов бло­ка питания. Для батарейного питания предусмотрен разъем Ш4, защищенный от неправильного включе­ния батареи диодом Д20.

Конструкция. Узлы хронометра собраны на пяти печатных платах из одностороннего фольгированно-го стеклотекстолита размером 170X80 мм. Фотогра­фия платы счетной декады со стороны установки деталей показана на рис. 3, а платы входного каска­да с задающим генератором, ключом и делителя­ми — на рис. 4.

clip_image006clip_image008

Рис. 3. Плата счетной декады (вид со стороны установки деталей).

Рис. 4 Плата входного каскада с задающим генерато­ром, ключом и делителями

clip_image010

Рис. 5. Внешний вид хронометра

Платы собраны в пакет и на резьбовых шпиль­ках прикреплены к передней панели из пластмассы размером 177X85x20 мм. На ней установлены все элементы индикации и управления хронометром.

На задней крышке, которая аналогична передней панели, установлены разъемы, размещены трансфор­маторы Tpl и Тр2 и другие элементы блока питания.

Весь прибор помещен в коробчатый кожух, со­гнутый из дюралюминия толщиной 1,5 мм (рис. 5).

При монтаже хронометра применены: резисторы МЛТ-0,125, конденсаторы КЛС, КТК и К50-6, пере­менные резисторы СП, вакуумный кварцевый резо­натор РВ-0,4 на частоту 8 кГц, стрелочные цифро­вые индикаторы М361, микрокнопки КМ2-1.

Трансформаторы Tpl и Тр2 намотаны на магни-топроводах Ш12Х12 мм. Обмотки I имеют по 4000 витков провода ПЭВ-2 0,07, II — 250 витков провода ПЭВ-2 0,31.

В конструкции возможны замены: транзисторов КТ315В аналогичными с любым буквенным индек­сом или любыми маломощными кремниевыми n-р-n П16 — на П14, П13 илиМП42, П103 — на П102 или П101 с коэффициентом передачи не менее 15; свето-диодов АЛ 102В — аналогичными с любым буквен­ным индексом; миниатюрных сигнальных ламп НСМ — любыми с потребляемым током не более 50 мА или же светодиодами, включенными в цепь последовательно с ограничивающим резистором со­противлением 360 Ом; стрелочных цифровых инди­каторов М361 — на МП202 с током отклонения от 0,1 до 1 мА. При отсутствии кварцевого резонатора на 8 кГц его можно заменить резонатором на 4 кГц, исключив один делитель частоты на транзисторах 77, Т8.

Можно исключить четвертую декаду и пятую по­лудекаду со светодиодной индикацией, заменив их электромеханическим счетчиком импульсов МЭС-54. Такая замена увеличит емкость памяти хроно­метра до 106 мс и снизит потребляемую мощность питания примерно в четыре раза. Механический счетчик при такой замене должен срабатывать от импульса сброса третьей декады и таким образом отсчитывать секунды.

Для включения механического счетчика может быть применен ждущий мультивибратор, собранный на транзисторах П16Б. Обмотку электромагнита счетчика включают в коллекторную цепь нормально закрытого транзистора мультивибратора.

Фотоакустический датчик, входящий в комплект хронометра, как уже говорилось, применяется в спортивных соревнованиях. Схема датчика приведе­на на рис. 6. Два включенных последовательно и сфазированных микротелефонных капсюля Мк1 и Мк2 преобразуют звук выстрела в электрический импульс, поступающий на вход «Пуск» хронометра и запускающий его.

Остановка счетчика производится перепадом фо­тотока, возникающим в фоторезисторе R2 и при его затенении движущимся телом. Для усиления фотото­ка служит усилитель на транзисторах 77 — ТЗ с коэффициентом усиления 5000.

Внешний вид фотоакустического датчика пока­зан на рис. 7. Усилитель смонтирован на плате ди­аметром 35 мм, которая установлена под резьбовой крышкой корпуса.

clip_image012

Рис. 6. Принципиальная схема фотоакустнческого датчика

clip_image014

Рис. 7. Внешний вид фотоакустического датчика

Фоторезистор R2 укреплен в акустическом рупо­ре на специальном кронштейне. Для соединения дат­чика с хронометром применяется четырехжильный экранированный провод.

Налаживание хронометра начинают с проверки блока питания. Подбором стабилитрона Д19 уста­навливают выходное напряжение 8 — 8,5 В. С по­мощью осциллографа проверяют работу задающего генератора и подбором резистора R32 добиваются устойчивого возбуждения кварцевого резонатора. Регулировкой емкости конденсатора С14 подгоняют частоту кварца, применяя частотомер 43-34 или вторичный эталон частоты (в последнем случае совпадение частот устанавливают по фигурам Лиссажу).

Проверяют работу входного каскада, нажимая кнопки В1 — ВЗ и наблюдая горение сигнальных ламп Л1, Л2 и светодиода ДЗ. Необходимо иметь в виду, что неисправности в цепях входного каскада не позволят вести дальнейшее налаживание.

С помощью осциллографа, подключенного к движку резистора R29, проверяют наличие сигнала тактовой частоты 1 кГц, его коммутацию при нажа­тии кнопок, а также резкое уменьшение частоты так­та при нажатии кнопки В4,

Счетные декады запускают импульсами генерато­ра тактовой частоты, работающего в медленном ре­жиме. Для этого кнопку В4 шунтируют временной перемычкой. Налаживание начинают с первой дека­ды. Регулировкой сопротивления резистора R29 и нажатием кнопки В1 добиваются работы декады, а затем регулировкой шунта R10 устанавливают шка­лу первого цифрового индикатора так, чтобы его стрелка с каждым тактом передвигалась на одно деление и сбрасывалась на нуль каждым десятым импульсом.

После первой декады таким же образом налажи­вают вторую и третью. Стрелки индикаторов второй и третьей декад должны передвигаться на одно де­ление в момент сброса на нуль предшествующей де­кады. Для регулировки второй и третьей декад под­бирают сопротивление резистора R5 (рис. 2) и шун­тов R9 и R8 (рис. 1).

После налаживания первых трех декад времен­ную перемычку с кнопки В4 удаляют и налаживают четвертую декаду и пятую полудекаду подбором ре­зистора R5 (рис. 2) при работе в нормальном ре­жиме.

В заключение проверяют работу хронометра по секундомеру.

При замене четвертой декады и пятой полудека­ды механическим счетчиком МЭС-54 следует пере­мотать катушку счетчика. Старую обмотку удаляют и вместо нее наматывают катушку проводом ПЭВ-2 0,27 внавал до заполнения. Для защиты мультивиб­ратора от экстратоков следует зашунтировать ка­тушку счетчика диодом типа Д226, включенным в обратном направлении.

Ждущий мультивибратор монтируют на плате размером 35×70 мм.

Настройка счетчика сводится к подбору времяза-дающей емкости мультивибратора, величина которой лежит в пределах 0,5 — 1,0 мкФ. Пусковой импульс, вызывающий срабатывание счетчика, подают через конденсатор емкостью 0,05 мкФ с выхода третьей декады на базу нормально открытого транзистора мультивибратора.

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