Примеры радиолюбительских конструкций с элементами счетной техники в народном хозяйстве

July 30, 2015 by admin Комментировать »

Для того чтобы радиолюбители могли шире внедрять элементы вычислительной техники в практику своих разработок, им полезно ознакомиться с методами преобразования напряжения сигналов, поступающих с измерительных или регулирующих преобразователей неэлектрических величин в электрические, в последовательности импульсов, частота следования которых пропорциональна измеряемому напряжению.

В настоящее время существует много конструкций преобразователей напряжение — частота, напряжение — длительность интервала времени—количество импульсов постоянной частоты следования идр.

Преобразователь напряжения в частоту (автор конструкции К. К. Тычино). Этот преобразователь является основным узлом комбинированного измерительного прибора «частотомер а-цифров ого вольтметра», демонстрировавшегося на 27-й ВРВ и получившего главный приз выставки. Схема опреобразователя изображена на рис. 3-14. Преобразователь позволяет измерять малые постоянные напряжения от 0 до 20 мВ путем преобразования входного сигнала ϋΒχ в последовательность импульсов напряжения, частота следования которых пропорциональна измеряемому напряжению. Для устранения влияния дрейфа и обеспечения высокого быстродействия при построении схемы описываемого преобразователя напряжения в частоту (ПНЧ) использован усилитель постоянного напряжения с преобразованием сигнала в переменное напряжение с последующим интегрированием, охваченный импульсной обратной связью. Основные характеристики ПНЧ: диапазон изменения входного сигнала 0— 20 мВ, начальная частота 2 кГц; предельная частота 4 кГц при сигнале на входе 20 мВ; входное сопротивление преобразователя не менее 10 кОм; погрешность поддержания нулевой частоты в пределах изменения температуры от —50 до +70° С не более 0,01% на 1° С; нелинейные искажения не более 0,1%; чувствительность 100 Гц/мВ.

Преобразователь состоит из источника измеряемого постоянного напряжения (мост на резисторах /?i—/?7), двух модуляторов сигнала постоянного тока (ключи на микросхемах МСХ и МС2), предваритель-

Рис. 3-14, иого усилителя с коэффициентом усиления 200 (микросхемы МС4, МС&), сумматора (резистор Rm), интегратора /?2б, См, согласующего усилителя (транзисторы T$t Г4). генератора импульсов МСб и двух согласующих выходных каскадов (транзисторы Ти Т’г).

Прн преобразовании в частоту малых сигналов постоянного тока стабильные результаты могут быть получены только при использовании принципа преобразования постоянного напряжения в переменное с последующим усилением преобразованного сигнала усилителем переменного тока, В схеме на рис. 3-14 в качестве преобразователя (модулятора) используется транзисторный прерыватель типа 1 КТО НА в микросхемном исполнении (МС и МС2). В схеме используются два прерывателя, включенные последовательно с источником сигнала постоянного тока. Такая схема включения прерывателей обеспечивает высокий коэффициент преобразования — 0,9. Управляющее напряжение на базы транзисторов прерывателей подается по цепи обратной связи генератора, служащего преобразователем напряжение-частота. Управляющее напряжение снимается со вторичных обмоток трансформатора Три первичная обмотка которого через согласующий каскад (транзистор Т{) соединена с выходом генератора. Резисторы % и /?9 служат для ограничения базовых токов прерывателей.

С выхода модулятора через конденсатор С* измеряемое преобразованное напряжение подается на вход предварительного усилителя. Усилитель состоит из двух идентичных каскадов, выполненных на операционных усилителях (микросхемах МС4 и МС5 типа 1УТ401А), охваченных глубокой отрицательной обратной связью (резисторы /?12, R17)· Каждый усилитель такого типа может обеспечить усиление сигнала в 200—300 раз, ио при этом сильно будет сказываться влияние изменения температуры окружающей среды.

Техническое решение, предложенное К. К. Тычиной, целесообразно, так как позволяет резко повысить стабильность всего усилителя в целом. Следует обратить внимание на то, как автором конструкции успешно решена проблема обеспечения питанием усилительных каскадов и генераторов. Дело в том, что микросхемы типа 1УТ401А требуют для питания применения двух автономных источников. Практически это очень неудобно. Автор нашел выход из этого положения и использует для получения двух напряжений питания (от одного источника) делители напряжения, выполненные на парах стабилитронов (Д\—Д4 и Д7, Дв).

С выхода предварительного усилителя напряжение через сумматор flu поступает на интегрирующую цепь Д26,        С13. Постоян ная времени интегрирующей цепи должна намного превышать длительность поступивших импульсов. С выхода интегратора через согласующий каскад, выполненный по схеме эмиттерного повторителя (транзисторы 7^), напряжение поступает на один из входов генератора импульсов (AICfi). Последний работает следующим образом. Дифференциальный усилитель (МС0) охвачен по входу 9 положительной обратной связью. За счет этой связи при подаче на схему напряжения питания происходит лавинообразный процесс перехода схемы из одного устойчивого положения в противоположное по фазе. Частота этих переходов определяется временем заряда конденсатора Си от напряжения, возникающего в момент первого переброса схемы на ее выходе 5. В тот момент, когда напряжение на входе 9 превысит амплитуду напряжения на входе 10, схема вернется в исходное состояние. Процесс повторяется и генерируется «нулевая» частота.

Рис. 3-15.

При приходе на интегратор измеряемого усиленного сигнала время заряда конденсатора уменьшится и частота генерируемых колебаний возрастет. Частота будет тем больше, чем больше будет амплитуда импульса, поступившего на вход интегратора.

Напряжение, частота которого пропорциональна измеряемому сигналу, через согласующий каскад, выполненный и а транзисторе Г2, Поступает на вход частотомера.

Данный преобразователь целиком построен на микросхемах трех типов: 1КТ011А (2 шт.), 1УТ401А (3 шт.) и 2НТ173 (1 шт.). Микросхема 2НТ173, показанная и а рис. 3-14 в виде отдельных транзисторов, является транзисторной сборкой и содержит 4 транзистора с независимыми цепями включения. На этой микросхеме собраны цепи, относящиеся к транзисторам Т\—7V

Основное достоинство преобразователя — большая надежность и стабильность работы, высокие быстродействие и чувствительность.

Измеритель емкостей и сопротивлений (автор конструкции А. Выжевский). На рис. 3-15,а изображена блок-схема прибора. Ои состоит из схемы сравнения напряжений /, генератора импульсов высокой частоты следования 2, схемы временных ворот Я, счетчика импульсов 4 и индикатора 5. Схема временных ворот состоит из управляющего элемента — триггера и каскада совпадений. Она пропускает импульс от генератора 2 только тогда, когда триггер находится в рабочем состоянии. Это состояние возникает в момент иажатия кнопки Кнх. При этом временные ворота открыты и импульсы с генератора 2 проходят и а счетчик 4 и регистрируются индикатором 5. В момент иажатия кнопки Кн\ начинает заряжаться конденсатор С через резистор R. Когда напряжение на обкладках конденсатора С достигает определенного уровня, определяемого настройкой, на выходе пороговой схемы сравнения 1 появится импульс напряжения, который перебросит триггер в нерабочее состояние и временные ворота закроются. Число зарегистрированных при этом индикатором 5 импульсов определяется постоянной времени зарядной цепи, равной произведению RC, и может быть найдено из соотношения N—fRCt где / — частота следования импульсов, N — число зарегистрированных импульсов.

Поэтому, задаваясь известным R при неизвестном С (или наоборот), можно по числу зарегистрированных импульсов определить неизвестный параметр:

где N\ — число импульсов, зарегистрированных при измерении емкости; N2— число импульсов, зарегистрированных при измерении сопротивления; kx и k2—постоянные коэффициенты. Принципиальная схема прибора без счетного блока и без блока индикации изображена на рис. 3-15,5. Генератор импульсов высокой частоты следования состоит из кварцевого генератора, вырабатывающего синусоидальное напряжение частотой 100 кГц, и формирующего каскада. Кварцевый генератор собран на транзисторе Тх по типовой схеме. Формирующий каскад выполнен по схеме триггера с одним устойчивым состоянием на транзисторах Т2 и Тъ. Прямоугольные импульсы с коллекторной нагрузки транзистора Т$ поступают на вход схемы совпадений, собранной на транзисторе 7V Схема пропускает импульсы и а счетчик только тогда, когда на базу транзистора Τι через резнетор /?u с управляющего триггера поступает напряжение около 1 В. Триггер собран на транзисторах Т$ и Т$ по схеме с постоянным смещением. Для того чтобы подготовить схему к измерению, достаточно отсоединить базу транзистора Т$ от источника запирающего напряжения— нажать на кнопку «Сброс». Схема сравнения напряжений состоит из диода Дв и блокинг-генератора, выполненного на транзисторе T7t

В исходном состоянии диод Дб заперт напряжением, снимаемым с делителя напряжения (движка потенциометра Это напряжение поступает на диод через резистор R33 и вторичную обмотку трансформатора Трх. При нажатии кнопки Кнх конденсатор Си начинает заряжаться через измеряемое сопротивление Rx от источника питания (£=Ю В). Одновременно импульс напряжения—10 В через дифференцирующую цепочку Сю/?гз и диод Д3 перебрасывает триггер в рабочее положение. Счетный блок начинает считать импульсы, поступающие от генератора. Когда напряжение на обкладках конденсатора Си станет равным запирающему диод Дв напряжению, последний откроется, через вторичную обмотку трансформатора Тр\ пойдет ток, произойдет блокинг-процесс. Импульс напряжения с блокинг-генератора через дифференцирующую цепь CUR22 и диод Д4 попадает на базу транзистора Те, и триггер возвращается в исходное состояние. Поступление импульсов на счетный блок прекращается. Зарегистрированное количество импульсов будет соответствовать измеренному сопротивлению. При измерении емкостей процесс происходит аналогично, только измеряют время заряда неизвестной емкости через известное сопротивление. Необходимая коммутация цепей осуществляется переключателями П\ и П2. Автор предусмотрел возможность периодической проверки прибора — калибровки. Для этого с помощью выключателя /73 производится измерение известных сопротивлений и емкостей, набором которых осуществляется калибровка на всех диапазонах измерений.

Рассмотренная схема может найти широкое применение в различных автоматических устройствах, принцип действия которых основан на измерении сопротивлений (тензорезисторов, терморезисторов и других), а также для измерения емкостей емкостных датчиков.

Счетчики импульсов с регистрирующим устройством могут быть построены на элементах счетной техники, рассмотренных выше (кольцевые пересчетные декады, декатроны). Промышленность выпускает стандартные пересчетные установки со скоростью счета до 10 МГц и емкостью запоминающего устройства до 107 импульсов. Наиболее распространенные пересчетные устройства — это блоки ПП-6, ПП-7, ПП-15, ПС-100, ПС-10 000 и др. При правильно выполненном монтаже и соответствующем подборе деталей пересчетные устройства начинают работать сразу.

В быстродействующих триггерных ячейках следует добиваться полной симметрии плеч, подбирать парные транзисторы, резисторы, емкости, диоды. Радиолампы — обычно двойные триоды — должны также иметь одинаковые параметры, а в некоторых случаях пройти специальную предварительную тренировку. Эти требования особенно жестко предъявляются к триггерным ячейкам, рассчитанным на разрешающее время порядка 0,01—0,1 мкс.

Дискретный генератор синусоидальных колебаний (автор конструкции П. Э. Хийемяе, экспонат 27-й ВРВ). Генератор выполнен в виде счетно-решающего устройства, преобразующего поступающую на вход последовательность коротких по длительности импульсов в аналоговые сигналы низкой частоты, форма которых близка к синусоидальной.

Формирование выходных сигналов, сдвинутых по фазе на 90°, производится на основе реализации функций Уолша. Как известно из теории интерполяции и приближений, любую функцию времени можно представить в виде суммы функций Уолша. В свою очередь функции Уолша можно образовать путем комбинирования импульсов, поступающих с выходов бинарного делителя частоты, после соответствующего перемножения. В данной конструкции в качестве исходной функции времени выбраны соответственно синусоидальная н косинусоидальная функции, сдвинутые по фазе на 90°. Как видно из рис. 3-16, прибор состоит из четырех ячеек бинарного деления частоты, трех комбинаций умножителей и двух сумматоров. Форма выходных напряжений показана и а том же рисунке.

Рис. 3-16.

Более детально схема прибора раскрыта на рис, 3-17 Прибор выполнен на микрослемах 217, 155 и 140 серий. Всего использовано 4 типа микросхем: К2ТК171А (триггеры), К1ЛБ551 (синхронизаторы входных импульсов), К1ЛР551 (умножители) и К1УТ401А (сумматоры).

Все детали смонтированы на двухсторонней печатной плате размерами 60X120 мм. Плата установлена в кожухе. На переднюю панель выведены гнезда для подачи сигнала от внешнего генератора импульсов, для подачи питащего напряжения и съема сдвинутых по фазе двух синусоидальных колебаний. На передней панели также укреплены ручки потенциометров R9 и Rl2. Генератор позволяет генерировать колебания низкой частоты в диапазоне от 0 до 400 кГц при выходном напряжении 1 В.

Источник: Смирнов А. Д., Радиолюбители — народному хозяйству. — 2-е изд., перераб. и доп. — М: Энергия, 1978. — 320 с., ил.— (Массовая радиобиблиотека; Вып. 957).

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