Два аналоговых частотомера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

В генераторе НЧ [1] частоту выходного сигнала устанавливают, пользуясь показаниями простого частотомера со стрелочным индикатором. Опыт работы с таким генератором подтвердил, что при этом можно получить достаточную точность установки частоты. Однако в некоторых случаях через паразитные связи частотомер сам может вносить существенные помехи в сигнал генератора. Ведь "аналоговым" его можно признать только с некоторыми допущениями, поскольку гармоники высокого порядка возникают уже во входном формирователе "меандра" и добавляются помехи от одновибратора. Поэтому большую часть аналоговых частотомеров и сочетаний "аналоговый частотомер с цифровым отсчетом" или "цифровой со стрелочным прибором" вряд ли можно считать чисто аналоговыми.

Рис. 1

В аналоговом приборе с повышенной чувствительностью желательно вообще избегать импульсных сигналов. Одно из простейших решений - измерять вольтметром переменного напряжения сигнал, подаваемый через RC-делитель. Схема аналогового частотомера очень проста (рис. 1). Емкостное сопротивление Хс конденсатора уменьшается с ростом частоты сигнала: Хс = 1/ωС (ω= 2πF), и напряжение на входе вольтметра зависит только от частоты и напряжения сигнала Uc. Для сигнала с постоянной амплитудой показания вольтметра будут изменяться пропорционально изменению его частоты. Обычно в генераторе для стабилизации амплитуды выходного сигнала всегда принимаются меры и никаких сложностей при определении его частоты не возникает.

Рис. 2

На рис. 2 показана схема простого, чисто аналогового частотомера, не добавляющего никаких помех (гармоник) к сигналу генератора [1]. Его особенность, не всегда оказывающаяся недостатком, - частотно-зависимый входной импеданс, уменьшающийся на высокочастотном поддиапазоне от 20 кОм на 10 кГц до 2 кОм на 100 кГц. Вольтметр выполнен на микросхеме двухканального детектора/выпрямителя К157ДА1. Второй канал использован как вольтметр выходного сигнала в генераторе.

Микросхема DA1 обеспечивает выходное напряжение не менее 10 В, и выбор микроамперметров не представляет сложности. Поэтому на схеме указаны разные типы - те, которые были в продаже. Переменный резистор R1  и микросхема DA2.1 с цепью ООС соответствуют R19 и DA5.1 выходного каскада генератора, показанного на схеме рис. 2 [1]. Его питание - от двуполярного источника напряжения +/-17,5 В.

В самых простых случаях или малых габаритах генератора можно обойтись одним микроамперметром, подключая его с помощью переключателя к нужному выходу для установки частоты или измерения выходного напряжения генератора. Схемы вольтметров одинаковы. Подстроечные резисторы R12 и R13 используют для компенсации начального напряжения на выходе микросхемы и для линеаризации начального участка шкалы прибора.

В микроамперметре требуется замена шкалы, для чего необходимо аккуратно вскрыть его корпус. Саму шкалу очень быстро можно изобразить с помощью программы FrontDesigner 3.0. Эту русифицированную программу используют при оформлении лицевых панелей приборов. Она принадлежит к той же серии, что и популярные Layout (для разводки печатных плат) и SPIan (для вычерчивания схем). Для некоммерческого применения она распространяется бесплатно, и ее легко найти в Интернете. Конечно, по своим возможностям она уступает программе CorelDRAW, но осваивать и работать с ней несоизмеримо легче и быстрее.

Рис. 3

Для частотомера оказалось удобнее иметь шкалу не на 100 делений, а на 110, что заметно облегчает точную настройку генератора на частоту 1 кГц при измерении коэффициента гармоник с помощью милливольтметра [2]. Для примера на рис. 3 показан эскиз лицевой панели со шкалой аналогового частотомера с автоматическим выбором предела измерений.

Но если необходимо использовать аналоговый частотомер в качестве самостоятельного устройства или встроить его, например, в вольтметр, то использовать переключатель для выбора диапазона частот генератора не удастся. И так как не всегда заранее что-то известно об измеряемом сигнале, то желательно иметь автоматический выбор предела измерений. По этому поводу удалось найти только одну статью [3]. Предложенный там частотомер не только сложен по схеме, но и может создавать заметные помехи от импульсных сигналов.

Рис. 4

Если в автоматическом переключателе диапазонов использовать RC-делитель, то и здесь можно добиться значительного упрощения и исключить узел с импульсным сигналом. Схема такого частотомера показана на рис. 4. Здесь RC-цепь должна быть рассчитана для работы в более широком диапазоне частот, чтобы уверенно устанавливать границы переключения - "100 Гц", "1 кГц" и "10 кГц". С выхода RC-цепи сигнал через выпрямитель на микросхеме К157ДА1 (DA1) подается на компараторы микросхемы DA3 (LM324N). Пороги срабатывания компараторов устанавливают с помощью подстроечных резисторов R30 (поддиапазон до 100 кГц), R32 (до 10 кГц) и R33 (до 1 кГц). На очень низких частотах или при малых уровнях сигналов все компараторы выключены и светодиоды не светятся. При сигнале частотой ниже 100 Гц и с напряжением более 50...70 мВ зажигается светодиод HL4 красного цвета ("100 Гц"). Напряжение питания - +/-15 В.

Рис. 5

На рис. 5 приведен чертеж печатной платы для аналогового автоматического частотомера. При разводке проводников печатной платы применялась программа Sprint Layout 3.0; многие изготовители печатных плат принимают чертежи в электронном виде в этом формате.

Рис. 6

Внешний вид узла аналогового частотомера показан на фото рис. 6.

Изготовленный прибор налаживают следующим образом. Перед настройкой лучше отпаять один из проводов от микроамперметра РА1, чтобы случайно не вывести его из строя. Подстроечный резистор R28 нужно установить в положение максимального сопротивления.

При регулировке используется сигнал с генератора напряжением 1 В. На частоте 100 кГц подстроечным резистором R12 выставляют напряжение 8 В на выходе 10 детектора DA2. Затем на частоте 10 кГц точно устанавливают порог срабатывания компаратора DA3.1 резистором R30, чтобы погас светодиод HL2 и зажегся HL1("100 кГц"). Тип светодиодов не имеет значения. Целесообразно на самом низкочастотном диапазоне ("100 Гц") поставить светодиод HL4 красного цвета, на частоте до 1 кГц (HL3) - желтого, на частоте до 10 кГц (HL2) - зеленого. Для поддиапазона самых высоких частот (до 100 кГц) можно установить светодиод HL1 синего цвета.

С выхода компаратора DA3.1 сигнал управления подается на электронный ключ VT3, который подключает соответствующие поддиапазону резисторы в RC-делителе (C11R13R14). Затем на частотах 1 кГц и 100 Гц выставляют пороги срабатывания компараторов DA3.2 (резистором R32) и DA3.3 (R33). Компаратор DA3.4 выключает светодиод HL4 при очень низких уровнях входного сигнала, как это сделано и в промышленном ИНИ С6-11. Порог его срабатывания можно установить подбором резистора R34. В качестве электронных ключей вполне удовлетворительно работают КТ3102Г, но можно использовать и другие кремниевые транзисторы.

На самом низкочастотном поддиапазоне, когда все электронные ключи разомкнуты, сопротивление в RC-делителе определяется резисторами R22, R23. На частоте 90 Гц подстроечным резистором R23 устанавливают напряжение на выводе 12 микросхемы DA2 равным 2,5 В. При срабатывании компаратора DA3.3 электронный ключ VT5 подключает параллельно резисторам R22, R23 дополнительную цепь из R20, R21. Затем на частоте 900 Гц выставляют такое же напряжение, как и на 90 Гц, подстроечным резистором R21. На следующем поддиапазоне (до 10 кГц) подстроечным резистором R17 добиваются того же напряжения при частоте 9 кГц и, наконец, такую же регулировку проводят резистором R14 на частоте 90 кГц. Частоты регулирования выбраны ниже максимальных, чтобы не возникало автоматическое переключение диапазонов.

Затем подключают измерительную головку и при сигнале частотой 500 Гц подстроечным резистором R28 точно устанавливают   показания    прибора. Проверяют их соответствие на частоте 200 Гц и при необходимости проводят коррекцию подстроечным резистором R18. Далее нужно провести проверку точности шкалы во всех диапазонах.

На вход частотомера "А" (на конденсаторы С10 и С11) необходимо подавать сигнал с постоянным напряжением, так как изменение напряжения на входе частотомера вносит пропорциональную ошибку в его показания. Без автоматической регулировки усиления здесь обойтись не удастся. В вольтметре [2] уже есть очень неплохой авторегулятор (АРУР) для автоматической калибровки измерителя нелинейных искажений, в других случаях необходимо устанавливать на входе инерционный АРУР. Нет необходимости добиваться очень малых искажений, вносимых авторегулятором, или определенных динамических характеристик [4], но характеристика стабилизации уровня должна быть во всем диапазоне измеряемых напряжений горизонтальной.

В показанной на рис. 4 схеме низкочастотного частотомера (до 100 кГц) простой авторегулятор на входе обеспечивает достаточную для радиолюбительской практики точность показаний параметра при напряжении сигнала в интервале значений 0,1...10 В.
Вносимые авторегулятором искажения не позволяют использовать его в аппаратуре записи и воспроизведения музыки, но он успешно справляется с задачей АРУ в подобных измерительных устройствах. Чтобы не занижались показания на высоких частотах (50...100 кГц), в АРУР пришлось применить более высокочастотный ОУ К544УД2А (DA1). Подстроечным резистором R2 устанавливают порог стабилизации уровня, добиваясь выходного напряжения около 1 В при входном напряжении 0,1... 10 В. Отклонение от этого значения и будет в основном определять погрешность измерений.

Очень удобно налаживать подобные приборы с помощью цифровых осциллографов, достоинства которых известны. Раньше радиолюбителей отпугивали высокие цены, но теперь в продаже появились   относительно   недорогие цифровые запоминающие осциллографы. Так, двухканальный осциллограф PDS 5022S (до 20 МГц) фирмы Owon с большим цветным дисплеем (7,8  дюйма)   или   похожий   на  него ' осциллограф АСК-2525 стоят дешевле известного   одноканального   С1-94. Конечно, и эти упомянутые приборы не всем доступны, но с помощью такого осциллографа настройка некоторых приборов,   например   частотомера, превращается  в удовольствие, тем более что сразу видно отсчет и частоты, и амплитуды сигнала. Четыре осциллограммы   можно   сохранить   и вызывать при необходимости на монитор или записать на компьютер.

Литература

1.  Кузнецов Э. Низкочастотный измерительный генератор с аналоговым частотомером. - Радио, 2008, № 1, с. 19-21.
2.  Кузнецов Э.  Вольтметр  -  ИНИ  с
автоматическим выбором предела измерений. - Радио, 2008, № 5, с. 19-22, № 6, с. 19-21.
3.  Гриев Ю. Аналоговый частотомер с автоматическим выбором предела измерений.: Сб. "В помощь радиолюбителю", вып. 108, с. 40-51. - М.: Патриот, 1990.
4.  Кузнецов Э. Автоматические регуляторы уровня звуковых сигналов. - Радио, 1998, №9, с. 16-19.

Автор: Э. Кузнецов, г. Москва; Публикация: radioradar.net

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Связь между кофе, жиром и половыми гормонами 12.09.2026

Кофе давно стал привычной частью повседневной жизни миллионов людей. Его чаще всего связывают с повышением бодрости и улучшением концентрации, однако воздействие этого напитка на организм значительно сложнее. В последние годы специалисты все чаще изучают возможные связи между употреблением кофе, обменом веществ и гормональной регуляцией. Новое исследование ученых из Финляндии позволило обнаружить несколько любопытных закономерностей, касающихся жировой ткани, мышечной массы и половых гормонов. Исследователи из Университета Оулу проанализировали данные 2264 человек в возрасте 46 лет. Участники отличались по привычному количеству потребляемого кофе, и ученые сопоставили эти сведения с показателями состава тела, обмена глюкозы и инсулина, а также концентрациями половых гормонов. Полученные результаты указывают на связь между более высоким употреблением кофе и некоторыми особенностями метаболического профиля. При этом специалисты подчеркивают, что обнаруженные закономерности еще не дока ...>>

Умные паруса для торгового флота 12.09.2026

Морское судоходство остается одной из важнейших составляющих мировой экономики, но его зависимость от ископаемого топлива создает серьезные экологические и экономические проблемы. Поэтому разработчики судовых технологий ищут способы использовать возобновляемые источники энергии непосредственно во время плавания. Одним из наиболее перспективных направлений считается применение ветра, однако для его широкого внедрения недостаточно просто установить на судне парус или роторный движитель. Норвежская компания Kongsberg Maritime и консорциум морских предприятий и научно-исследовательских организаций решили объединить ветровую тягу с интеллектуальными системами управления судном в рамках проекта WINTEGRATE. Главная задача новой инициативы заключается в ускорении внедрения ветровых движительных систем, известных как WAPS, в коммерческое судоходство. Участники проекта рассчитывают добиться заметного сокращения расхода топлива и связанных с ним выбросов, сделав энергию ветра практичным дополн ...>>

Картофель фри и риск диабета 11.09.2026

Картофель давно стал одним из наиболее распространенных продуктов питания в мире, однако отношение к нему со стороны специалистов по питанию остается неоднозначным. Сам овощ содержит полезные питательные вещества, но его воздействие на организм во многом определяется тем, что происходит с ним во время приготовления. Новое крупное исследование Гарвардской школы общественного здоровья им. Т.Х. Чана показывает, что особенно заметную роль в этом вопросе может играть способ термической обработки. Картофель занимает важное место и в рационе жителей США: в среднем один американец съедает около 22 килограммов этого овоща в год. Исследователи решили выяснить, одинаково ли различные блюда из картофеля связаны с риском развития заболеваний. Результаты работы были опубликованы в научном журнале BMJ и показали существенную разницу между привычными способами приготовления одного и того же продукта. Наиболее неблагоприятный результат специалисты обнаружили для картофеля фри. У людей, которые уп ...>>

Случайная новость из Архива Светящиеся растения 01.05.2020 Ученые перенесли гены от грибов в растения, заставив их интенсивно светиться в темноте. В будущем эта технология может быть применена на многих декоративных растениях. Международная группа ученых их Великобритании, Австрии и России установила, что биолюминесценция, обнаруженная в некоторых грибах, была метаболически похожа на некоторые естественные процессы, обнаруженные в растениях. Ученые смогли перенести последовательности ДНК в растения табака, заставляя их испускать ярко-зеленое свечение. Исследователи обнаружили, что это свечение продолжалось в течение всего жизненного цикла растения, от рассады до зрелости. Биолюминесценция - испускание света организмом - встречается у широкого круга животных и микроорганизмов, в том числе у некоторых грибов, насекомых, рыб, морских беспозвоночных и бактерий. "Мы показываем, что вы можете перенести четыре гена из этих светящихся грибов в растения - и связать их с метаболизмом растений - так, чтобы растения начали светиться в темноте", - сказал один из ведущих авторов исследования Карен Саркисян. Эта технология может быть использована для различных целей, в том числе для создания декоративных светящихся растений и цветов. Другие растения - в том числе петунии и розы - могут быть адаптированы для того, чтобы они светились.

Другие интересные новости:

▪ Моноблок Lenovo Yoga AIO 9i

▪ Чип DDR4 на базе технологии 10-нм класса третьего поколения

▪ Электрогенератор работает на трении

▪ DC-DC-преобразователи MAX1553/4

▪ Марс и его вулканическое прошлое

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Типовые инструкции по охране труда (ТОИ). Подборка статей

▪ статья Сущность и характер проявления массовых беспорядков. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья В каком году был обнаружен первый в истории хакер? Подробный ответ

▪ статья Кладовщик склада ГСМ. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Генераторы световых импульсов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Угадывание задуманного времени. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026