Бесплатная техническая библиотека

Простой частотомер. Радио - начинающим

Справочник / Радио - начинающим

Комментарии к статье

На базе только одной микросхемы К155ЛАЗ, используя все ее логические элементы, можно построить сравнительно простой прибор, способный измерять частоту переменного напряжения примерно от 20 Гц до 20 кГц.

Входным элементом такого измерительного прибора служит триггер Шмитта - устройство, преобразующее подаваемое на его вход переменное напряжение синусоидальной формы в импульсы прямоугольной формы той же частоты. То есть оно преобразует синусоидальные "импульсы"с пологими фронтом и спадом в прямоугольные, имеющие крутые фронт и спад. Триггер Шмитта "срабатывает"при определенной амплитуде входного сигнала. Если она меньше порогового значения, импульсного сигнала на выходе триггера не будет.

Начнем с опыта. Пользуясь схемой триггера Шмитта, показанной на рис. 1, а, смонтируйте на макетной панели микросхему К155ЛАЗ, включив в работу только два ее логических элемента. Здесь же, на панели, разместите батареи GB1 и GB2, составленные из двух гальванических элементов 332 (или 316) каждая, и переменный резистор R1 сопротивлением 1,5 или 2,2 кОм (желательно с функциональной характеристикой А- линейной). Выводы батарей подключайте к резистору только на время опытов.

Включите питание микросхемы и по вольтметру постоянного тока установите движок переменного резистора в такое положение, при котором на левом по схеме выводе резистора R2, являющемся входом триггера Шмитта, будет нулевое напряжение. При этом элемент DD1.1. окажется в единичном состоянии, на его выходе будет напряжение высокого уровня, а элемент DD1.2-в нулевом Таково исходное состояние элементов этого триггера.

Рис. 1 Опыт с триггером Шмитта

Теперь вольтметр постоянного тока подключите к выходу элемента DD1.2 и, внимательно наблюдая за его стрелкой, начинайте плавно перемещать движок переменного резистора вверх по схеме до упора, а затем, не останавливаясь, в обратную сторону - до нижнего вывода, далее- снова до верхнего и т. д. Что показывает вольтметр? Периодическое переключение элемента DD1.2 из нулевого состояния в единичное и обратно, т. е., иначе говоря, появление на выходе триггера импульсов положительной полярности.

Работу такого варианта триггера Шмита иллюстрируют графики б и в на том же рис. 1. Перемещением движка переменного резистора из одного крайнего положения в другое вы имитировали подачу на вход триггера переменного напряжения синусоидальной формы (рис. 1, б) амплитудой до 3 В. Пока напряжение положительной полуволны этого сигнала было меньше некоторого значения, которое принято называть верхним пороговым (Unop1), устройство сохраняло исходное состояние. При достижении же этого порогового напряжения, равного примерно 1,7 В (в момент t1), оба элемента переключились в противоположное состояние и на выходе триггера (на выходе элемента DD1.2) появилось напряжение высокого уровня. Дальнейшее повышение положительного напряжения на входе не изменяет этого состояния элементов триггера.

При перемещении движка резистора R1 в обратную сторону, когда напряжение на входе триггера снизилось до нижнего порогового значения (Unop2). равного примерно 0,5 В (момент t2), оба элемента переключились в первоначальное состояние. На выходе триггера вновь появился высокий уровень напряжения.

Отрицательная полуволна не изменила состояния элементов, образующих триггер Шмитта. В течение этого полупериода открываются внутренние диоды входной цепи элемента DD1.1, замыкая вход триггера на общий провод.

При следующей положительной полуволне входного переменного напряжения на выходе триггера сформируется второй импульс высокого уровня (моменты t3 и t4).Повторите этот опыт несколько раз, и по показаниям вольтметра, подключаемого ко входу и выходу триггера, постройте графики, характеризующие его работу. Они должны получиться близкими к показанным на графиках рис. 20. Два разных по уровню порога срабатывания элементов - наиболее характерная особенность триггера Шмитта.

Теперь перейдем к изучению частотомера. Принципиальная схема предлагаемого для повторения частотомера изображена на рис. 2. Здесь логические элементы DD1.1, DD1.2 и резисторы R1- R3 образуют уже знакомый нам триггер Шмитта, а остальные два элемента микросхемы - формирователь его выходных импульсов, от частоты следования которых зависят показания микроамперметра РА1. Без формирователя прибор не даст достоверных результатов измерения частоты, потому что длительность импульсов на выходе триггера зависит от частоты входного измеряемого переменного напряжения.

Рис. 2 Частотомер

Конденсатор С1-разделительный. Пропуская широкую полосу колебаний звуковой частоты, он преграждает путь постоянной составляющей источника сигнала. Диод VD2 замыкает на общий провод отрицательные полуволны входного напряжения (он дублирует внутренние диоды на входе элемента DD1.1, поэтому этот диод можно не устанавливать). Диод VD1 ограничивает амплитуду положительных полуволн, поступивших на входы элемента DD1.1, на уровне напряжения питания.

С выхода триггера Шмитта (с выхода элемента DD1.2) импульсы положительной полярности поступают на вход формирователя. Элемент DD1.3 включен инвертором, a DD1.4 используется по своему прямому назначению - как логический элемент 2И-НЕ. Как только на входе формирователя - на соединенных вместе входах элемента DD1.3- появляется напряжение низкого уровня, он переключается в единичное состояние и через него и резистор R4 заряжается один из конденсаторов С2-С4. По мере зарядки конденсатора положительное напряжение на нижнем входе элемента DD1.4 повышается до высокого уровня. Но этот элемент остается в единичном состоянии, так как на втором его входе, как и на выходе триггера Шмитта, - низкий уровень напряжения. В таком режиме через микроамперметр РА1 протекает незначительный ток.

Как только на выходе триггера Шмитта появляется напряжение высокого уровня, элемент DD1.4 переключается в нулевое состояние и через микроамперметр начинает протекать значительный ток, определяемый сопротивлением одного из резисторов R5-R7. Одновременно элемент DD1.3 переключается в нулевое состояние, и заряженный конденсатор формирователя начинает разряжаться. Через некоторое время напряжение на нем снизится настолько, что элемент DD1.4 вновь переключится в единичное состояние. Таким образом, на выходе формирователя появляется короткий импульс низкого уровня (см. рис. 1, г), в течение которого через микроамперметр протекает ток, значительно больший, чем начальный. Угол отклонения стрелки микроамперметра пропорционален частоте следования импульсов: чем больше частота, тем больше угол.

Длительность импульсов на выходе формирователя определяется продолжительностью разрядки включенного времязадающего конденсатора (С2, СЗ или С4) до напряжения переключения элемента DD1.4. Чем меньше емкость конденсатора, тем короче импульс, тем большую частоту входного сигнала можно измерить. Так, с времязадающим конденсатором С2 емкостью 0,2 мкФ прибор способен измерять частоту колебаний ориентировочно от 20 до 200 Гц, с конденсатором С3 емкостью 0,02 мкФ - от 200 до 2000 Гц, с конденсатором С4 емкостью 2000 пФ - от 2 до 20 кГц. При налаживании подстроечными резисторами R5-R7 стрелку микроамперметра устанавливают на конечную отметку шкалы, соответствующую наибольшей измеряемой частоте каждого из поддиапазонов. Минимальный уровень переменного напряжения, частоту которого можно измерить,-около 1,5 В, а максимальный- 8...10 В.

Еще раз проанализируйте графики на рис. 1, чтобы закрепить в памяти принцип работы частотомера, а затем дополните собранный на макетной панели триггер Шмитта деталями входной цепи и формирователя и испытайте устройство в действии. На это время переключатель поддиапазонов не нужен - времязадающий конденсатор, например С2, можно подключить непосредственно к выводу 13 элемента DD1.4, а в цепь микроамперметра включить один из подстроечных резисторов или постоянный резистор сопротивлением 2,2.. .3,3 кОм. Микроамперметр РА1-на ток полного отклонения стрелки 100 мкА.

Закончив монтаж, включите источник питания и подайте на вход элемента DD1.1 триггера Шмитта импульсы высокого уровня. Их источником может быть мультивибратор по схеме на рис. 10 или другой аналогичный генератор. Частоту следования импульсов установите минимальную. При этом стрелка микроамперметра РА1 должна резко отклоняться на небольшой угол, что будет свидетельствовать о работоспособности частотомера. Если же микроамперметр не реагирует на входные импульсы, придется подобрать другой резистор R2 большего сопротивления. Вообще же его сопротивление может быть в пределах от 1,8 до 5,1 кОм.

Далее подайте на вход частотомера (через конденсатор С1) переменное напряжение 3.. .5 В с понижающего сетевого трансформатора. Теперь стрелка микроамперметра должна отклониться на больший угол, чем в предыдущем опыте. Подключите параллельно времязадающему конденсатору еще один такой же или большей емкости. Теперь угол отклонения стрелки уменьшится. Точно так же можно испытать устройство на втором и третьем поддиапазонах измерения, но при входных сигналах соответствующей частоты. Если вы решили включить этот частотомер в свою домашнюю измерительную лабораторию, его детали надо перенести с макетной панели на монтажную плату и укрепить на ней подстроечные резисторы R5-R7 (рис. 22), а плату закрепить в коробке подходящих размеров. Конденсаторы С2-С4 могут быть составлены из двух и более конденсаторов каждый.

Внешний вид конструкции частотомера показан на рис. 3. На его лицевой панели разместите микроамперметр, переключатель поддиапазонов (например, галетный ЗПЗН или другой с двумя секциями на три положения), входные гнезда (XS1, XS2) или зажимы.

Шкала частотомера - общая для всех поддиапазонов измерения и практически равномерная. Поэтому надо только определить

начальную и конечную границы шкалы применительно к одному из них - к поддиапазону "20.. .200 Гц", после чего подогнать под нее частотные границы двух других поддиапазонов измерения. В дальнейшем при переключении прибора на поддиапазон "200.. .2000 Гц"результат измерений, считанный по шкале, будете умножать на 10, а при измерении в поддиапазоне "2.. .20 кГц"-на 100.

Рис. (3)23 Монтаж деталей частотомера. Рис. 4(24) Усилитель, повышающий мощность частотомера

Методика градуировки такова. Переключатель SA1 установите в положение измерения в поддиапазоне "20.. .200 Гц", движок подстроечного резистора R5 - в положение наибольшего сопротивления и подайте на вход частотомера от звукового генератора, например ГЗ-33, сигнал частотой 20 Гц напряжением 1,5...2 В. Сделайте на шкале отметку, соответствующую углу отклонения стрелки микроамперметра. Затем звуковой генератор перестройте на частоту 200 Гц и подстроечным резистором R5 установите стрелку прибора на конечную отметку шкалы. После этого по сигналам звукового генератора сделайте на шкале отметки, соответствующие 30, 40, 50 и т. д. до 190 Гц. Позже эти участки шкалы разделите еще на 2, 5 или 10 частей.

Затем частотомер переключите на второй поддиапазон измерений, подайте на его вход сигнал частотой 200 Гц. При этом стрелка микроамперметра должна установиться против отметки шкалы, соответствующей частоте 20 Гц первого поддиапазона. Точнее установить ее на эту исходную отметку шкалы можно подборкой конденсатора С3 или подключением параллельно ему второго (третьего и т. д.) конденсатора, несколько увеличивающего их общую емкость.

После этого на вход прибора подайте от генератора сигнал частотой 200 Гц и подстроечным резистором R6 установите стрелку микроамперметра на конечную отметку шкалы. Аналогично подгоняйте под шкалу микроамперметра границы третьего поддиапазона измеряемой частоты - 2.. .20 кГц. Возможно, пределы измерения частоты на поддиапазонах получатся иные или вы захотите изменить их. Делайте это подборкой времязадающих конденсаторов С2-С4.

Не исключено, что вы пожелаете повысить чувствительность частотомера. В таком случае простейший частотомер придется дополнить усилителем входного сигнала, используя для этого, например, маломощный n-р-n транзистор или, что еще лучше, аналоговую микросхему К118УП1Г (рис. 4). Эта микросхема представляет собой трехступенный усилитель для видеоканалов телевизионных приемников, обладающий большим коэффициентом усиления. Ее корпус с 14 выводами такой же, как у микросхемы К155ЛАЗ, но плюсовой вывод питания у нее 7-й, а минусовой-14-й. С таким усилителем чувствительность частотомера увеличится до 30...50 мВ.

Колебания измеряемой частоты могут быть синусоидальными, прямоугольными, пилообразными- любыми. Через конденсатор С1 они поступают на вход (вывод 3) микросхемы DA1 и после усиления с выхода (вывод 10, соединенный с выводом 9) микросхемы через конденсатор С3 приходят на вход триггера Шмитта частотомера. Конденсатор С2 устраняет внутреннюю отрицательную обратную связь, ослабляющую усилительные свойства микросхемы.

Диоды VD1, VD2 и резистор R1 (рис. 2) теперь можно удалить, а на их месте смонтировать аналоговую микросхему DA1 и оксидные конденсаторы. Микросхему К118УП1Г можно заменить на К118УП1В или К118УП1А. Но в этом случае чувствительность частотомера будет несколько меньше.

Смотрите другие статьи раздела Начинающему радиолюбителю.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Неандертальцы были обречены 01.03.2012 Группа шведских и испанских исследователей из Упсаллы, Стокгольма и Мадрида сообщила в журнале Molecular Biology and Evolution новость, "обеляющую" наших африканских предков, - по данным ученых, неандертальцы сами начали стремительно вымирать задолго до того, как на их территорию ступила первая нога человека современного. До сих пор считалось, что неандертальцы сотни тысяч лет стабильно жили в Европе до тех пор, пока нашим предкам не надоела Африка. Теперь выясняется, что все было не совсем так. По данным ученых, неандертальцы стали резко вымирать где-то около 50 тысяч лет назад. После того, как большинство из них вымерло, небольшая группа выживших неандертальцев заселила центральную и западную части Европы, где сумела прожить еще десять тысяч лет, пока на сцене не появились кроманьонцы, люди современные. Такое предположение высказала шведско-испанская группа на основе данных, полученных в ходе исследования ДНК неандертальцев. Согласно их сведениям, европейские неандертальцы, жившие в период последних десяти тысяч лет перед приходом человека современного, имеют очень небольшие генетические различия. Их геномы различались между собой даже меньше, чем различаются геномы жителей сегодняшней Исландии. Это означает, что ДНК почти не мутировала, то есть сами неандертальцы никак не адаптировались к резким климатическим изменениям того времени и потому уже изначально были обречены. Более древние ископаемые останки европейских неандертальцев демонстрируют куда большие геномные вариации - примерно того же уровня, который зафиксирован у азиатских неандертальцев и представителей сегодняшнего человечества. Пока совершенно неясно, почему на ДНК европейских неандертальцев 50 тысяч лет назад вдруг напал такой в буквальном смысле слова убийственный консерватизм. Палеогенетика - очень непростое занятие. Исследователи имеют дело с очень разрушенными временем ДНК, из которых извлечь хоть какую-то информацию крайне затруднительно. Ученым пришлось прибегнуть к помощи самых разных экспертов - статистиков, экспертов по секвенированию современных ДНК, палеоантропологов, ИТ-специалистов и т.д. из Дании, Испании и США. Чтобы добраться до генетической информации о неандертальцах, им потребовались специальное лабораторное оборудование, специальные вычислительные методы. От подобного междисциплинарного сотрудничества они ждут не менее удивительных открытий о жизни наших прапредков.

Другие интересные новости:

▪ Инновационный штрих-код

▪ Daimler превратил угольную электростанцию в хранилище энергии

▪ Самый быстрый в мире жесткий диск от Seagate

▪ Квантовый процессор, сплетенный из света

▪ Открыто суперпрочное золото

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Микроконтроллеры. Подборка статей

▪ статья Что, Иванушка, не весел? Что головушку повесил? Крылатое выражение

▪ статья В чем, согласно американской пословице, состоит заслуга полковника Сэмюэла Кольта перед человечеством? Подробный ответ

▪ статья Вест-индский арроурут. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Приставка для электрогитары. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Импульсный источник питания на ШИМ-контроллере LX1552. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025