ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР – ЧАСТЬ 1

November 22, 2011 by admin Комментировать »

Н. Тычино, К. Тычино

В частотомере использован метод измерения частоты, заключающийся в определении количества периодов измеряемого сигнала за эталонный интервал времени. С помощью частотомера кроме частоты могут быть измерены период синусоидальных и импульсных сигналов, интервал времени, длительность импульсов обеих полярностей, отношение частот, а также число импульсов. Переход от одного вида измерения к другому осуществляется переключением функциональных узлов.

Прибор имеет режим контроля и в этом режиме может служить генератором стандартных частот, изменяемых декадно в пределах от 1 Гц до 10 МГц.

Результат измерения воспроизводится на шестиразрядном индикаторе и может быть выражен в герцах, килогерцах, мегагерцах, микросекундах или миллисекундах. Целая часть числа отделяется от дробной запятой, положение которой зависит от выбранного предела измерения и размерности результата.

В приборе предусмотрено автоматическое, ручное и дистаи- ционное управление. В автоматическом режиме циклы измерений периодически повторяются. Их продолжительность зависит от выбранного времени измерения и времени индикации (последнее может регулироваться в пределах от 0,1 до 5 с). При ручном управлении измерение производится однократно. Для сброса предшествующих показаний и пуска прибора предусмотрена кнопка «Пуск». Аналогичным образом осуществляется измерение при дистанционном управлении. Кнопка «Пуск» установлена также и на выносном пульте.

Диапазон измеряемых частотомером частот 0—30 МГц, действующее значение входного напряжения может лежать в пределах 0,1 —10 В. Время измерения 0,01; 0,1; 1 или 10 с. Нестабильность частоты кварцевого генератора zt 3-10~7 (за 8 ч), погрешность измерения + 3- 10~7ztl разряд.

В диапазоне 0,1 Гц — 100 кГц при действующем значении входного напряжения 0,5—10 В возможно измерение длительности одного либо десяти периодов колебаний. Метки времени (период частоты заполнения) имеют длительность 0,1; 1; 10; 102; 103; 104; 105 или 106 мкс.

Прибор позволяет измерять интервалы времени от 10 мкс до 102 с (между фронтами импульсов). Полярность импульсов положительная, амплитуда 2—10 В, длительность фронта не более 0,1 *мкс.

Длительность импульсов обеих полярностей может быть измерена в пределах 10 мкс— 102 с при амплитуде 0,5—10 В. Погрешность измерений параметров импульсов равна ±3-10~7±1 период частоты заполнения (при крутизне фронта измеряемого импульса не менее 10 В/мкс).

Пределы измерения отношений частот от 1:1 до 10е: 1.

Входное сопротивление прибора 100 кОм, входная емкость 50 пФ. Потребляемая мощность около 25 Вт, габариты 300Х140Х Х320 мм.

Структурная схема частотомера приведена на рис. 1. С целью некоторого упрощения прибора в нем использован метод прямого счета импульсов, принцип которого поясняется рис. 2 и 3.

Частотомер состоит из следующих узлов: входного высокочастотного устройства с аттенюатором Вх. ВЧ («Вход Аъ)\ входного низкочастотного формирующего устройства Вх. НЧ («Вход Б»); формирующего устройства ФУ; временного селектора СВр\ формирователя строб-импульса ФСт\ хропизатора Хр\ устройства сброса УСб; термостатированного кварцевого генератора; каскада умножения частоты кварца; каскадов деления частоты Д1 — Д6\ декадного делителя Дел.\ электронного счетчика с индикацией; блока питания.

Входное высокочастотное устройство усиливает (ограничивает) входной сигнал и обеспечивает надежную работу формирователя во всем диапазоне частот. Схема устройства приведена на рис. 4. Оно включает в себя входной эмиттерный повторитель (77), балансный усилитель на транзисторах 72, ТЗ, выходной эмиттерный повто-

 

Рис. 2. Принцип прямого счета импульсов, на котором основана работа частотомера

ритель (Т4). Па входе устройства включены несколько цепей: параллельная цепь R1C1 определяет входное сопротивление усилителя; кремниевые диоды Д1 и Д2 ограничивают амплитуду сигнала; последовательная цепь R3C3 корректирующая, с ее помощью выравнивается характеристика усилителя на частотах 100—400 кГц. Цепь обратной связи, которую составляют резистор R4 и конденсатор С4, обеспечивает высокое входное динамическое сопротивление.

Транзисторы Т2 и ТЗ балансного усилителя имеют общую эмит- терную нагрузку R9 и выполняют двойную роль -симметрирование и усиление напряжения. Для подъема усиления в области верхних частот в коллекторную цепь транзистора ТЗ включена катуш-

Рис. 3. Эпюры импульсных напряжений частотомера:

а – импульс сброса; б – импульсы генератора меток; в — импульсы на выходе, декадного делителя; г — строб-им пульс; д — входной сигнал; е— импульсы в

счетчике

ка LI. Цепи R7C5 и R8R10C6 служат для коррекции характеристики усилителя на низких частотах. В целях обеспечения стабильной работы выходной эмиттерный повторитель охвачен обратной связью: сигнал с эмиттерпой нагрузки (R13R14) подается на базу транзистора ТЗ через резистор /?//.

Частотный диапазон усилителя 20—32-107 Гц. КоэффйЦйеит усиления на частоте 1 МГц равен примерно 30.

Рис. 6. Принципиальная схема формирования счетных импульсов

димые уровии его срабатывания обеспечиваются с помощью резисторов R11 и R17. Для выбора режима работы прибора — измерения периода или длительности импульса — применены импульсно-потен- циальные цепи совпадения на диодах. При замыкании на общий провод переключателем В1б с диодов, включенных в соответствующие цепи, снимается запирающее напряжение. Так, при измерении длительности импульса отрицательной полярности запирающее напряжение снимается с диодов Д8 и Д11 и на формирователь строб-импульса поступают импульсы «Пуск» и «Стоп»\ при измерении длительности импульса положительной полярности импульсы пуска и остановки проходят соответственно через диоды Д9 и Д10 и т. д. При измерении среднего из десяти периодов к выходу формирователя подключается декадный делитель (через диод Д/5).

Формирователь счетных импульсов (рис. 6) служит для преобразования поступающих на его вход различных по форме и амплитуде сигналов в короткие импульсы с амплитудой 5 В и длительностью фронта 7—10 не. В формирователь входят триггер Шмитта (77, Т2)% в котором для уменьшения времени переключения использован опорный диод, и каскад усиления (ТЗ). Резистор R1 повышает входное сопротивление триггера. Двусторонний ограничитель на диодах Д1 и Д2 служит для предохранения триггера от перегрузки сигналами с большой амплитудой. За счет обратной связи (резистор R4 в цепи эмиттеров транзисторов 77 и Т2) процесс переключения триггера происходит ускоренно.

Для сохранения крутизны фронтов импульсов, сформированных триггером Шмитта, в усилителе применен высокочастотный транзистор, работающий в ключевом режиме. Необходимое напряжение смещения на его базу задается с помощью делителя (R7, Д4, R10 и R11). С помощью переменного резистора R11 устанавливается режим усилителя. Через конденсатор С4 выходные импульсы усилителя отрицательной полярности подаются на селектор.

Источник: Лучшие конструкции 27-й выставки творчества радиолюбителей. Сборник. М., ДОСААФ, 1977. 287 с. с ил. На конц. пол.: сост. А. В. Гороховский.

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