Цифровые измерительные приборы

Скачать 0.85 Mb.

Название	Цифровые измерительные приборы
страница	7/14
Дата публикации	20.06.2014
Размер	0.85 Mb.
Тип	Документы

literature-edu.ru > Журналистика > Документы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 14

СЧЕТЧИК ЧАСТОТОМЕРА

Для цифрового частотомера, измеряющего частоту электрических колебаний 10 — 20 МГц, с целью сокращения числа измерительных интервалов емкость счета желательно увеличить. Поэтому в счетчик узла У9 по сравнению со счетчиком узла У4 добавлена еще одна декада.

Технические характеристики:

Число знаков отсчета ........ 5

Максимальная частота счета, МГц.....2

Измерительные интервалы, с......0,01; 0,1; 0,2; 1; 10

Индикация полярности и перенос знака запятой в зависимости от выбора предела измерения и размерности результата производятся так же, как в узле У4.

Принципиальная схема счетчика приведена на рис. 20, а чертеж печатной платы и расположение на ней деталей — на рис. 21.

Рис. 20. Принципиальная схема счетчика частотомера
С увеличением числа разрядов заметно возрастает потребление тока индикаторными лампами. Для уменьшения мощности потребления индикаторных ламп в данном счетчике при подаче сигнала «Уст. О» лампа Н2 полностью гасится. Это осуществляется с помощью триггера D5.1 и ключевого каскада на транзисторах V32, V33.

В исходном состоянии транзисторы V32, V33 закрыты. С приходом цифры 7 на предыдущую лампу триггер D5.1 опрокидывается, транзисторы V32, V33 открываются. Эмиттеры транзисторов V2 — V8 оказываются подключенными к нулевой шине, чем обеспечивается нормальная работа ключевых каскадов на этих транзисторах. В дальнейшем любое состояние счетной декады индицируется до тех пор, пока не поступит импульс «Уст. О», который снова погасит лампу Н2. Если показание счетчика при измерении не превысит 700, лампа останется погашенной.

При правильном монтаже и исправных деталях настройка узла не требуется. Аналогичным путем можно погасить лампы НЗ, Н4.
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ RС-ПАРАМЕТРОВ В ЧАСТОТУ
Метод преобразования сопротивления и емкости в частоту, примененный в узле У6, основан на использовании промежуточной величины — постоянного напряжения. В данном узле преобразование RС-параметров в час« тотный сигнал производится непосредственно, без промежуточных величин.

В целом преобразователь представляет собой автоколебательную систему, в которой использован способ развертывающего преобразования с изменением направления развертывания в примыкающих циклах, и потому процесс преобразования RС-параметров в частоту приближается к процессу их измерения на переменном токе.

Технические характеристики:

Верхние пределы поддиапазонов:

преобразуемых сопротивлений, Ом . . 100, 1000

кОм . . 10, 100, 1000, 10000

преобразуемых емкостей, пФ ... 100, 1000

нФ . . 10, 100, 1000

Погрешность преобразования сопротивлений, %.......... 0,15

» емкостей, % ... 0,25

Функция преобразования ..... линейная

Структурная схема преобразователя (рис. 22) содержит измерительную цепь ИЦ, усилитель постоянного тока УПТ, устройство развертывания УР, устройство сравнения УС и управляемый источник опорных сигналов УИОС. Измерительная цепь, выполненная в виде делителя напряжения, включена между входом и выходом УПТ.

Рис. 21. Печатная плата счетчика частотомера

При преобразовании сопротивлений эталонный резистор rq включен во входную цепь, а преобразуемый R_x — в цепь отрицательной обратной связи. При преобразовании емкостей, наоборот, С_х — во входную цепь, а С₀ — б цепь обратной связи.

На измерительную цепь воздействуют импульсы прямоугольной формы о разной полярностью, равенство положительных и отрицательных амплитуд которых обеспечивает источник опорных сигналов УИОС. Выходной сигнал УПТ, пропорциональный преобразуемому параметру, подается на УР. В качестве УР используется интегратор. Наклон линейно-изменяющегося напряжения на выходе интегратора не изменен и зависит от выбранного значения постоянной времени R_иС_и.

Рис. 22. Структурная схема и зависимости преобразователя RC-параметров в частоту
Навряжение развертки U_р поступает на инвертирующий вход устройства* сравнения УС; на неинвертирующий вход этого устройства через делитель Ядь Яда подается пороговое напряжение Un — часть опорного напряжения, вы* рабатываемого источником опорных сигналов. В момент равенства развертывающего и порогового напряжений устройство сравнения скачком изменяет полярность своего выходного напряжения, в результате происходит изменение-знаков .опорного и порогового напряжений и смена направления развертывания.

Процесс преобразования иллюстрируется на рис. 23 временными диаграммами напряжений в наиболее характерных точках. Частоты импульсов на выходе преобразователя равны

(MM-F01.GIF)

где K_д — коэффициент передачи делителя R_д1, R_Д2; т_и=R_и С_и.

Принципиальная схема преобразователя приведена на рис. 24. Высокое-входное сопротивление усилителя постоянного тока А1 достигается использованием полевых транзисторов VI и V2, включенных по схеме истоковых повторителей, а для работы на переменную нагрузку выход усилителя снабжен каскадом мощности (транзисторы V5 — V8). Резистором R1 производится балансировка входов. На микросхеме А2 собран интегратор. Функцию устройства -сравнения выполняет усилитель-ограничитель на микросхеме A3.

Рис. 23. Временные диаграммы преобразователя .RC-параметров в частоту
В управляемом источнике опорных сигналов для обеспечения равенства амплитуд положительных и отрицательных импульсов применен параметрический стабилизатор со встречно-включенными стабилитронами V13, V14. Эмиттерный повторитель на транзисторах V15 — V18 разных типов проводимости обеспечивает необходимое выходное сопротивление источника опорных сигналов. В данном случае амплитуда опорных импульсов U₀ = ±3,2 В, пороговых — U_п= ± 1,6 В. Максимальный коэффициент усиления усилителя А1 на-верхнем пределе поддиапазона равен единице.

Расширение диапазона преобразования сопротивлений и емкостей достигается набором внешних эталонных резисторов R27 — R31 и конденсаторов С9 — С13. Цепь R32 — R34, С4 — С6 задает режим усилителя А1 по постоянному току при преобразовании емкостей С_х.

Рис. 24. Принципиальная схема преобразователя НС-параметров в частоту

Применение способа преобразования с изменением направления развертывания позволило уменьшить погрешность преобразования, обусловленную дрейфом нуля УПТ, поскольку под воздействием напряжения дрейфа один из полупериодов увеличивается, а другой уменьшается. Период колебаний системы практически остается неизменным.

Формирование на выходе источника опорных сигналов (выход Л) разнопо-лярных прямоугольных импульсов стабильной амплитуды, а на выходе интегратора (выход Б) симметричного треугольного напряжения создает предпосылку использования данного узла в качестве функционального генератора. Но так как довольно часто находит применение синусоидальная форма сигналов, в данный узел введен преобразователь треугольного напряжения в синусоидальнее, выполненный на полевом транзисторе V12.

Технические характеристики:

Диапазон генерируемых частот, Гц..... 0,2-10⁵

Верхние пределы частот, Гц.......10, 100, 1000

кГц ......10, 100

Форма выходных сигналов:

выход А...... прямоугольная

выход Б........ ... треугольная

выход В.............. синусоидальная

Амплитуда выходных сигналов, В:

выход А............ ±3,2

выход Б............ ±1,6

выход В............0,3

Коэффициент гармоник синусоидального напряжения % 1,5

Нестабильность выходной амплитуды по диапазону, %............ 1
Преобразование треугольного напряжения в синусоидальное основано на использовании нелинейности вольт-амперной характеристики полевого транзистора где зависимость тока стока от напряжения на стоке на участке между нулем и точкой насыщения имеет форму четверти синусоиды. Сигнал синусоидальной формы обеих полярностей получают, используя свойство симметричности полевого транзистора по отношению к истоку и стоку, прикладывая между стоком и истоком напряжение треугольной формы. Диоды V10 и VII и резисторы R12 и R13 переключают сигнал от стока к истоку и наоборот, когда выходное напряжение треугольной формы меняет знак при переходе через нуль каждые полпериода.

Рис. 25. Печатная плата преобразователя RС-параметров в частоту

Расширение диапазона генерируемых частот в режиме «G» (нажата кнопка 813} осуществляется переключением конденсаторов С14-С18. Плавная регулировка частоты в пределах поддиапазона производится резистором R3S «Частота» Ручка этого резистора вынесена на переднюю панель. Частота колебаний на всех трех выходах узла одна и та же. Верхний предел генерируемых частот ограничен до 100-150 кГц из-за недостаточно высокой скорости нарастания выходного сигнала примененных ОУ.

Детали На них следует обратить особое внимание, поскольку ими во многом определяются качественные показатели преобразования. Это в первую очередь относится к эталонным элементам, масштабным резисторам, элементам времязадающей цепи интегратора.

Резисторы R27 — R31 типа С2-29В. Возможна замена на С5-16Т, С5-5 БЛП, МГП УЛИ Конденсаторы типа ФТ, КСО, К40У-9, К76П-1. К транзисторам и диодам особых требований не предъявляется. Чертеж печатной платы узла приведен на рис. 25.

Настройка. Для налаживания преобразователя необходимы цифровой частотомер и осциллограф с открытым входом и высокой чувствительностью. В качестве цифрового частотомера может быть использован собственный частотемер, собранный на узлах УЗ, У7 — У9.

Сначала переключатель рода работы S1.1 устанавливают в положение измерения сопротивлений, переключатель поддиапазонов S2 — в положение «1000 Ом». К зажимам «Rх» подключают точно измеренный до четырех знаков резистор 1 кОм. Включают питание. С помощью осциллографа просматривают форму импульсов в характерных точках (см. рис. 23). Подстроечным резистором R10 точно устанавливают выходную частоту, соответствующую сопротивлению эталонного резистора. Далее, подключая к зажимам «R_x» поочередно резисторы 100, 10 и 2 Ом, с помощью резистора R1 выравнивают полупериоды выходного сигнала. В области малых преобразуемых величин асимметрия полу-

периодов колебаний резко возрастает, что в конечном счете приводит к срыву генерации. Динамический диапазон преобразования сужается. Поэтому настройку при подключенном резисторе 2 Ом следует производить наиболее тщательное, На других поддиапазонах преобразования сопротивлений и емкостей регулировку сводят к подбору сопротивлений R27 — R31 и емкостей С9 — С13.

При нажатии кнопки S1.3 «G» переводят узел в режим генератора. К выходу Б подключают частотомер и осциллограф. Устанавливая переключатель S2 в одно из положений, поворотом ручки «Частота» проверяют поочередно укладку каждого поддиапазона. В случае необходимости уточняют емкости конденсаторов С14 — С18.

Подключают осциллограф к выходу В. С помощью резистора R15 производят выравнивание положительных и отрицательных полуволн синусоидального сигнала, добиваясь минимума его нелинейных искажений.

Кнопка S1.4 «Контр.» служит для проверки работоспособности узла в режимах «R_x» и «С_х». В этом случае ко входным зажимам «R_x» и «С_х» подключаются внутренние элементы, резистор R36 сопротивлением 100 Ом или конденсаторы С7, С8, суммарная емкость которых вместе с входной емкостью узла равна 100 пФ. В последнем положении производится измерение емкостей менее 100 пФ. В противном случае входная емкость узла вносит значительную погрешность при измерении малых емкостей.

Данный узел, несмотря на простоту схемного решения, имеет такие разнообразные функциональные возможности и высокие метрологические характеристики, что, дополненный счетчиком и источником питания, может быть выделен в самостоятельный измерительный прибор.