ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР – ЧАСТЬ 3

December 19, 2011 by admin Комментировать »

Каждая декада представляет собой разряд счетчика. Схемы декад аналогичны. В качестве примера разобраны схемы и принцип работы двух из них — па 30 и 2 МГц.

На рис. 10 представлена принципиальная схема пересчетной декады на 30 МГц. Она включает в себя входной усилитель, четыре триггера, промежуточный усилитель, логический элемент «И» и усилитель сигнала «Сброс».

Входной усилитель-ограничитель на транзисторе Т20 работает в ключевом режиме. В этом каскаде происходит формирование импульсов отрицательной полярности, необходимых для запуска триггеров на транзисторах 777 — 775. Триггеры 77/ — Т16 имеют счетные входы, 777, Т18 — раздельный вход. Для снижения нагрузки на триггер 777, Т12 на его выходе включен промежуточный усилитель (Т21).

Для получения декадного пересчета введена потенциальная обратная связь, которую составляют эмиттерный повторитель (транзистор 779) и элемент «//». С выхода промежуточного усилителя сигнал подается на базу транзистора Т18 и через элемент «Я» (диоч Д32) — на вход триггера 773, 774.

Рис. 10. Принципиальная схема иересчетиой декады на 30 МГц

В исходном состоянии (после импульса^ с-броса) транзисторы Г//, Т13, Г/5, Т18 закрыты, Г/2, Г/4, Г/б, 777 открыты. До прихода восьмого импульса декада работает как обычный двоичный счетчик. При этом элемент «Я» открыт для прохождения импульсов отрицательной полярности, так как к аноду диода Д32 через эмиттерный повторитель (транзистор Г/9) приложен нулевой потенциал коллектора транзистора Т18. Под действием восьмого входного импульса перебрасывается триггер Г/7, Т18. Отрицательный перепад коллекторного напряжения транзистора Т18 закрывает элемент «#», отключая тем самым цепь запуска триггера Т13, Т14. Девятый импульс перебрасывает только триггер Г//, Г/2, десятый поступает на вход триггера Г/7, Т18 и перебрасывает его. На этом цикл работы заканчивается — все триггеры возвращаются в исходное состояние.

Перепады коллекторного напряжения транзистора Т18 используются в качестве выходного сигнала декады.

С целью повышения быстродействия декады на обоих входах триггера Г/7, Т18 включены цепочки R65C7 и R68C16. Постоянная времени этих цепочек различна, так как они работают па различных частотах.

Импульс сброса положительной полярности поступает на вход каскада сброса, который выполнен на транзисторе Г22; с его выхода инвертированный импульс через развязывающие диоды Д/9, Д22, Д25, Д28 подается на соответствующие плечи триггеров и устанавливает их в исходное состояние. Наличие автономного каскада сброса позволяет снизить требования к устройству сброса, общему для всех декад в приборе. Для согласования выходного сопротивления декады с последующей нагрузкой (входная часть следующей декады) в цепь выходного сигнала последовательно включен резистор сопротивлением около 200 Ом (па схеме не показан).

Состояние декады индицируется с помощью газоразрядной лампы Л/. В схему ее управления входят резисторная матрица дешифратора (резисторы R21 — R30) и десять высоковольтных ключей на транзисторах Г/ — Т10. Диод Д/ служит для развязывания цепи базы эмиттерного повторителя па транзисторе Г/9 от матрицы дешифратора.

Сигналы триггеров снимаются на регистрирующее устройство через резисторы R43, R35, R38 и R31 (выходы /, 2, 4 и 8). Определение верхнего предела частотного диапазона производится подачей на вход декады синусоидального сигнала (25—30 МГц) от сигнал- генератора. На низких частотах входной сигнал должен быть подан от импульсного генератора.

Быстродействие декады обеспечивается применением высокочастотных транзисторов и импульсных диодов, введением диодов для ограничения перепада напряжений па участке база-эмиттер и снятия импульсов нерабочей полярности, шунтированием диодами резисторов дифференцирующих цепей, введением промежуточного усилителя.

Рис. II. Пршщипнальпая схема пересчетной декады на 2 МГц

Коллекторные цепи транзисторов питаются напряжением —6 В, которое снимается со стабилитрона ДЗЗ.

Так как в состав счетчика частотомера входят декады, выполненные на транзисторах и интегральных схемах, для согласования режимов включен согласующий каскад на транзисторе Т23. Транзистор включен по схеме с общим эмиттером и работает в ключевом режиме. При переключении триггеров декады потенциал коллекторного напряжения их транзисторов изменяется в пределах от —0,25 до —6 В. На вход согласующего каскада подается сигнал с выхода триггера (777, 77S). Отрицательный потенциал с коллектора транзистора Т18 закрывает транзистор Т23, при этом формируется фронт выходного импульса (положительной полярности). Когда транзистор 775 закрывается, на выходе согласующего каскада формируется спад выходного импульса. Он служит запускающим сигналом для декады па интегральных схемах.

Пересчетная декада на 2 МГц построена по гибридной схеме, в ней использованы интегральные схемы и дискретные элементы (рис. 11). Основу декады составляют четыре триггера на интегральных схемах MCI — MC4t соединенные последовательно. Триггеры на MCI — МСЗ имеют счетные входы, МС4 — раздельный вход.

Для обеспечения коэффициента пересчета, равного десяти, введены дополнительные связи — выход триггера на МС4 (выводы

Рис. 12. Эшора напряжения на выходах триггеров декады

/, 3) соединен со входом (вывод 4) триггера на МС2, а выход триггера на МС1 (вывод 9) соединен со входом (вывод 7) триггера lia МС4. При помощи этих связей осуществляется управление триггером на МС4 восьмым и десятым импульсами, а также подача запрещающего сигнала на триггер на МС2 во время действия десятого импульса. Для более надежного отключения триггера на МС2 во время действия десятого импульса необходимо управляющий потенциал с выхода триггера на МС4 подавать одновременно па два входа триггера на МС2 (выводы 4 и 7).

Перед измерением импульс «Сброс» переводит декаду в исходное состояние. Запуск декады осуществляется импульсами отрицательной полярности.

По мере поступления на вход декады счетных импульсов происходит последовательное переключение триггеров (рис. 12). После восьмого импульса три первых триггера переходят в состояние «О», триггер па МС4 — в «1». Низкий потенциал с выхода триггера на МС4 по одной из дополнительных связей поступает на вход триггера на МС2 и предотвращает переключение последнего десятым импульсом. Десятый импульс перебрасывает триггер па MCI и по второй из дополнительных связей — триггер на МС4 в состояние «0»; одновременно снимается запрет с триггера на МС2. На этом заканчивается формирование импульса на выходе декады. Отрицательный фронт выходного импульса поступает па запуск следующей декады счетчика.

Рис. 14. Передняя панель частотомера

Как и в предыдущей декаде, для ииформации о состоянии триггеров использована индикаторная лампа JI1.

На рис. 13 приведена схема блока питания, который обеспечивает необходимыми напряжениями все узлы, входящие в состав частотомера. Для питания коллекторных и базовых цепей транзисторов и интегральных схем используются стабилизированные напряжения, для питания индикаторов — нестабилизированиые.

С обмотки VI трансформатора Тр1 снимается напряжение 100 В, которое затем удваивается и используется для питания индикаторных ламп. Питание этих ламп пульсирующим током способствует увеличению срока их службы. Яркость свечения цифр при этом не ухудшается. Для питания неоновых ламп подсвета табло и «запятых» используется переменное напряжение 100 В.

Трансформатор блока питания выполнен на магнитопроводе ШЛ16 X 32 и имеет следующие данные: обмотка / (220 В) — 1560 витков провода ПЭВ-2 0,31; обмотка II — 120 витков провода ПЭВ-2 0,51; обмотка III — 54 витка провода ПЭЛШО 0,25; обмотка IV — 85 витков провода ПЭВ-2 0,72; обмотка V — 60 витков провода ПЭВ-2 0,38; обмотка VI — 580 витков провода ПЭЛШО 0,25.

Конструкция частотомера. Каркас прибора образуют передняя и задняя панели и две вертикальные перегородки, закрепленные на горизонтальном основании. На заднюю стенку выведены гнезда разъемов включения питания и предохранители, разъем внешнего источника стабильной частоты 2 МГц и транзистор TI4 с радиатором. На переднюю панель выведены органы управления (рис. 14) прибором.

Основные переключения осуществляются при помощи двух переключателей П2К (па 10 положений). В нижней части передней панели расположены гнезда (ГИ-2) —выходы стандартных частот, кнопка «Пуск», потенциометр регулировки времени индикации, высокочастотные разъемы — входы усилителей А и Б, тумблеры включения сети и блока гашения цифр. На перегородке, расположенной позади передней панели, укреплены кнопочные переключатели, кронштейн с индикаторными лампами и табло с подсвечиваемыми наименованиями: «Гц», «/сГц», «МГц», «мксъ и «лее». Лампы и табло прикрыты светофильтром из красного оргстекла.

На второй перегородке укреплены гнезда разъемов для печатных плат. Все блоки прибора выполнены на 10 платах с печатным монтажом, снабженных разъемами ГРППМ5-35 (рис. 15).

Для уменьшения габаритов прибора в ряде узлов применены интегральные схемы. В то же время было необходимо использовать доступные для радиолюбителя элементы. Поэтому все высокочастотные узлы, автоматика прибора и схемы стабилизаторов выполнены на дискретных элементах, а делители частоты временной базы и декады 2 МГц — на интегральных схемах. На первой плате, считая от передней панели, размещены элементы входных усилителей Л и Б; на второй — формирующее устройство, селектор и формирователь строб-импульса, далее следуют две ВЧ декады: пятая и шестая платы — блоки пересчетных декад на интегральных схемах; девятая плата — хронизатор, устройство сброса и декадный делитель; седьмая плата — шесть ступеней деления частоты с инвертирующими выходными усилителями; восьмая плата — кварцевый генератор, умножитель частоты, блок гашения цифр; на десятой плате сосредоточены элементы стабилизаторов напряжения. На отдельных платах смонтированы конденсаторы фильтров питания. Все выпрямительные диоды смонтированы на общей изоля-

п

Рис. 17. Структурная схема, поясняющая принцип измерения длительности импульсов различной полярности

умножитель п делители частоты, формирующее ВЧ устройство, селектор, электронный счетчик, входное НЧ формирующее устройство.

Сигнал, поступающий на вход НЧ формирующего устройства, после предварительного усиления подводится к триггеру Шмитта (см. рис. 5) и затем поступает па формирователь строб-импульса. Так как последний запускается импульсами положительной полярности, из входного сигнала необходимо выделить положительные фронты. Это достигается инвертированием входного сигнала. С выхода трапзнстора Т4 триггера Шмитта снимается сигнал, повторяющий полярность сигнала, поданного па вход прибора, а с выхода Т5 — инвертированный.

Период импульсов представляет сумму длительностей:

При измерении длительности т\ (отрицательной полярности) для запуска формирователя строб-импульса используется положительный фронт инвертированного импульса а, для остановки — положительный фронт пеипвертировапного импульса б.

Для измерения длительности (положительной полярности) запуск осуществляется положительным перепадом б пеипвертировапного импульса, остановка — положительным перепадом в инвертированного импульса.

Импульсы для запуска формирователя строб-импульса формируются дифференцирующими цепями на выходе триггера Шмитта.

Для коммутации запускающих импульсов служат диоды. Электронный счетчик подсчитывает импульсы выбранной частоты заполнения N = rxfo.

Перед началом измерения прибор калибруют. С этой целью на вход «Б» подают симметричный импульс с частотой следования 1 кГц и Ti—т2 = 500 мке.

Если при переключении полярности импульсов будут получены различные результаты, необходимо с помощью регулятора уровня запуска (R3 па рис. 5) установить одинаковые показания счетчика. Использование более высокой частоты заполнения способствует повышению точности измерений.

Измерения могут производиться автоматически или вручную.

Измерение отношения частот сходно с измерением периода. Отличие состоит в том, что роль частоты заполнения выполняет одна из исследуемых частот.

В измерении участвуют входной широкополосный усилитель Л, входное НЧ формирующее устройство, формирующее ВЧ устройство, формирователь строб-импульса, селектор, электронный счетчик.

Частоты, отиошеиия которых необходимо измерить, подаются на входы «Л» и «Б», причем более высокая частота — па вход «Л». Период частоты следования, поданной на вход «/>», задает время измерения, которое заполняется периодами частоты, поданной па вход «Л». Результат N, считываемый со счетчика, определяет отношение периодов измеряемых частот: N = T2/T\, где Тх — период низшей, Т2 — высшей частоты.

Переключатель В1 устанавливают при этом виде измерений в положение «Гх/» (ПериодХ1).

Суммирование (счет импульсов). При необходимости иметь представление о длительности какого-либо процесса применяют суммирование, т. е. счет числа импульсов одной из стандартных частот, подаваемых извне. Этому виду измерения соответствует положение переключателя В1 «Сумм.». Селектор открыт в течение времени измерения, которое устанавливают вручную. Для повышения точности измереиия применяют более высокую частоту заполнения.

Режим контроля. Этот режим сходен с измерением частоты и применяется для проверки работоспособности прибора. В работе участвуют все блоки, за исключением входных усилителей А и Б Для контроля используется одна из опорных частот 1 Гц — 10 МГц. Сигнал этой частоты подают прямо па формирующее устройство. Время измерения выбирают в пределах 0,01 — 10 с. При контроле отсутствует погрешность дискретности, так как работа всех узлов прибора синхронизирована с частотой кварцевого генератора. В исправности делителей частоты, определяющих время измерения, а заодно и декадного делителя можно убедиться, если при измерении одной выбранной частоты устанавливать различное время измерения.

Для проверки правильности функционирования счетных декад прибор переводят в режим суммирования. Частоту выбирают равной 1 Гц. На цифровом индикаторе декады младшего разряда будут высвечиваться поочередно цифры от 0 до 9. Для проверки следующей декады необходима частота 10 Гц, для третьей — 100 Гц и т. д.

Измерение периода. В этом режиме измеряемый период Тх сравнивается с периодом колебаний одной из опорных частот. В работе принимают участие те же узлы прибора, что и при измерении частоты, за исключением входного усилителя А. Отличие заключается в том, что время измереиия, в течение которого селектор находится в открытом состоянии, задается одним или десятью периодами входного сигнала; электронный счетчик подсчитывает за это время периоды частоты заполнения (1 Гц— 10 МГц).

Число импульсов, поступивших на счетчик, будет равно:

где

При измерении десяти периодов на выходе усилителя Б включается декадный делитель, понижающий частоту входного сигнала в 10 раз (соответственно увеличивается время стробирования).

Погрешность дискретности при измерении периода снижается с повышением частоты заполнения, так как результат измерения обозначается на счетчике большим числом.

Измерение периода может производиться автоматически или вручную.

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