Цифровая шкала генератора ЗЧ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Для установки частоты в измерительных генераторах синусоидальных сигналов чаще всего используют шкальные устройства, механически связанные с регулирующим элементом прибора. Их недостатки известны: это - сложность изготовления, необходимость градуировки по образцовому генератору или частотомеру и недостаточная в ряде случаев точность установки частоты, зависящая не только от конструкции отсчетного устройства, но и от стабильности параметров радиоэлементов частотозадающих цепей.

От перечисленных недостатков во многом свободны так называемые электрические шкалы. В простейшем случае - это аналоговый частотомер, работа которого основана на измерении среднего напряжения сформированной из генерируемого сигнала последовательности импульсов с постоянной длительностью. Однако и такая шкала обеспечивает сравнительно низкую точность установки частоты (в лучшем случае 1...3%), а для ее калибровки также требуется образцовый генератор.

Применение цифровых способов измерения частоты позволяет избавиться от всех недостатков, присущих как механическим, так и электрическим шкалам. Частоту в этом случае отсчитывают непосредственно в цифровой форме и с высокой точностью, определяемой стабильностью так называемого измерительного временного интервала. Цифровая шкала упрощает компоновку и изготовление генератора, так как ее можно собрать в виде отдельного функционально законченного электронного блока и разместить в любом удобном месте прибора.

Наиболее простой цифровой способ измерения частоты - метод прямого счета, который заключается в подсчете числа периодов генерируемого сигнала за известный промежуток времени - измерительный временной интервал. Для определения частоты с точностью до 1 Гц он должен быть равен 1 с. Если из синусоидального сигнала сформировать последовательность импульсов, фронты которых совпадают с моментами перехода синусоидального напряжения через нулевой уровень, и подсчитывать их число, то при той же точности измерительный временной интервал можно уменьшить вдвое.

Использование узла удвоения в цифровой шкале сокращает временную задержку между моментом изменения частоты регулирующим элементом и началом индикации результата измерения, что имеет большое значение при установке частоты с точностью до 1 Гц. Однако временная задержка в 0,5 с при грубой настройке генератора все же велика. Поэтому совместно с цифровой шкалой, обеспечивающей точную установку частоты, иногда используют дополнительную механическую шкалу для грубой настройки. Можно поступить и иначе: уменьшить временную задержку еще на порядок, т. е. ввести в цифровую шкалу второй режим работы ("Грубо"), в котором измерительный временной интервал равен 0,05 с, а точность измерения частоты - ±10 Гц. Однако простое уменьшение измерительного временного интервала в 10 раз приводит к тому, что значение индицируемой частоты на шкале сдвигается вправо на один десятичный разряд, затрудняя считывание информации. Для устранения этого недостатка последовательность импульсов удвоенной частоты синусоидального сигнала в режиме "Грубо" следует подать на второй десятичный счетчик цифровой шкалы. В этом случае каждый разряд числа, определяющего измеренную частоту, будет индицироваться всегда в одном и том же месте.

Устройство обеспечивает измерение частоты в интервале от 1 Гц до 1 МГц. Амплитуда входного сигнала - до 15 В. Точность измерения, время измерения и индикации частоты в зависимости от режима работы равны ±10 Гц, 0,05 и 0,2 с (в режиме "Грубо") и 1 Гц, 0,5 и 2 с ("Точно"). Потребляемый ток - не более 50 мА.

Устройство состоит из входного формирователя, удвоителя частоты, датчика измерительных временных интервалов, селектора и счетчика импульсов и узла коммутации режимов работы.

Входной формирователь на компараторе DA1 представляет собой триггер Шмитта. Цепь его положительной обратной связи образована резисторами R3 и R6. Сформированная им из синусоидального сигнала последовательность импульсов через инверторы DD1.1, DD1.2 приходит на удвоитель частоты, выполненный на элементах R5, С2 и DD3.1. Инверторы DD1.1 и DD1.2 обеспечивают необходимую крутизну фронтов и спадов импульсов, от которой зависит четкость работы удвоителя частоты. С выхода элемента DD3.1 последовательность коротких положительных импульсов удвоенной частоты поступает на один из входов (вывод 9) селектора, функции которого выполняет элемент DD1.3.

Датчик измерительных временных интервалов содержит задающий генератор, делитель частоты, узел первоначальной установки и формирователь импульсов обнуления.

Задающий кварцевый генератор, собранный на элементах DD2.1, DD2.2, вырабатывает импульсы с частотой следования 100 кГц, которые через инверторы DD2.3 и DD2.4 проходят на делитель частоты на микросхемах DD4-DD9. В делитель входят шесть счетчиков, два из которых (DD6, DD8) делят частоту на пять, а остальные - на десять. Узел первоначальной установки, выполненный на элементах VD2, R10, С4, DD1.4, устанавливает в исходное состояние счетчики делителя при включении питания устройства.

Узел коммутации режимов работы собран на микросхеме DD10, элементах DD11.1-DD11.3, транзисторе VT1 и переключателе SB1. В режиме "Точно" импульсы с выхода счетчика DD5 через элементы DD11.1, DD11.3 поступают на вход С счетчика DD6, и в работе устройства участвует весь делитель. При этом на выходе счетчика DD9 формируется последовательность импульсов длительностью 0,5 с и частотой повторения 0,4 Гц. В режиме "Грубо" из делителя исключается счетчик DD5, а импульсы с выхода предыдущего (DD4) через элементы DD11.2 и DD11.3 проходят на счетчик DD6, и на выходе делителя формируется последовательность импульсов длительностью 0,05 с и частотой следования 4 Гц.

Рис.1 (нажмите для увеличения)

Импульсы с выхода счетчика DD9 подводятся к второму входу (вывод 8) элемента DD1.3 и к формирователю импульсов обнуления, собранному на элементах DD3.3, DD3.4, DD11.4. На выходе элемента DD3.4 появляются короткие импульсы, которые периодически, перед началом каждого цикла измерения, устанавливают в нулевое состояние счетчик импульсов на микросхемах DD12-DD17. Транзисторный ключ VT2 гасит индикаторы шкалы на время измерения частоты.

Импульсы с выхода селектора поступают на счетчик импульсов через элемент DD3.2, который исключает лишнее срабатывание счетчика по фронту импульса, задающего измерительный временной интервал. Счетчик импульсов включает в себя шесть однотипных узлов пересчета. В режиме "Точно" все узлы включены последовательно через элементы DD10.2, DD10.4, и импульсы удвоенной частоты с выхода селектора приходят на вход узла младшего разряда (DD12, HG1). В режиме "Грубо" эти импульсы через элементы DD10.3, DD10.4, подаются на второй узел пересчета (DD13, HG2), а транзисторный ключ VT1 выключает индикатор младшего десятичного разряда шкалы.

Точка индикатора HG4 на цифровой шкале разделяет разряды, индицирующие частоту в килогерцах и герцах.

Если измерять частоту с точностью до 1 Гц не нужно, шкалу можно упростить, исключив элементы SB1, DD5, DD10, DD11.1-DD11.3, DD12, HG1, VT1, R11 и соединив выход счетчика DD4 с выводом 4 микросхемы DD6, а выход элемента DD3.2 - с входом С счетчика DD13.

При снижении верхней рабочей частоты с 1 МГц до 600 кГц возможно дальнейшее упрощение устройства и применение микросхемы К176ИЕ3 вместо К176ИЕ4 в старшем разряде счетчика (DD17). В этом случае дополнительно исключают элементы DD1.1, DD1.2, DD2.3, DD2.4, выход элемента DD2.2 соединяют с входом С счетчика DD4, а вывод 7 микросхемы DA1 - с выводом 2 элемента DD3.1 и резистором R5.

В устройстве использован кварцевый резонатор (ZQ1) из набора "Кварц-21". Вместо него можно применить кварцевый резонатор на частоту 1 МГц, добавив в делитель частоты еще один счетчик К176ИЕ4 и включив его между элементом DD2.4 и микросхемой DD4.

Вместо указанных на схеме в устройстве могут быть применены как знаковые светодиодные индикаторы других типов, так и катодолюминесцентные. Схема подключения катодолюминесцентного индикатора ИВ3 показана на рис.2. В этом случае резистор R12 основной схемы подключают не к общему проводу, а к эмиттеру транзистора VT2. Кроме того, для питания индикаторов ИВ3 потребуется дополнительный источник напряжения 0,7 В.

Рис.2

Схема подключения светодиодных индикаторов АЛС324Б или АЛС321Б представлена на рис.3. В качестве транзисторных ключей VT1-VT7 можно использовать любые кремниевые транзисторы с допустимым напряжением коллектор - эмиттер и база - эмиттер не менее 10 В и коллекторным током не менее 10 мА (КТ312Б, КТ3102Б, КТ315 с любым буквенным индексом, К1НТ251 и др.). В этом случае транзистор VT2 устройства должен быть составным. Базу дополнительного транзистора КТ807Б соединяют с эмиттером транзистора VT2, коллектор - с его коллектором, а эмиттер - с узлами пересчета (вывод 4). Кроме того, потребуется более мощный источник питания, так как потребляемый шкалой ток возрастет до 300 мА.

Рис.3

На вход цифровой шкалы можно подавать сигналы амплитудой до 15 В, так как допустимое входное напряжение компаратора К521СА3 (DA1) не превышает 30 В. Для измерения частоты сигналов большего уровня шкалу нужно дополнить узлом защиты от перегрузки или входным делителем, понижающим напряжение на входах компаратора до допустимого значения.

При изготовлении устройства между выводами питания каждой микросхемы устанавливают конденсатор емкостью 1000 пФ. Для уменьшения влияния на генератор импульсных помех цифровую часть шкалы помещают в металлический экран, который соединяют с общим проводом генератора в одной точке. Если шкала предназначена для работы со звуковым генератором, формирующим сигналы с малыми уровнем и коэффициентом гармоник, то особо тщательно экранируют провода, соединяющие индикаторы НG1-HG6 со счетчиками, так как они могут быть источниками мощных импульсных помех, в особенности в случае применения индикаторов АЛС324Б или АЛС321Б. Полностью устранить импульсные помехи можно отключением питания шкалы после установки частоты генератора, для чего нужно предусмотреть отдельный выключатель.

Если предполагается использовать цифровую шкалу генератора для измерения частоты сигналов других источников, целесообразно на его передней панели установить дополнительное гнездо и переключатель, соединяющий вход устройства либо с выходом генератора, либо с этим гнездом.

При налаживании сначала проверяют осциллографом наличие импульсных последовательностей на выходе датчика измерительных временных интервалов. Затем на вход устройства подают синусоидальный сигнал амплитудой около 0,5 В. При этом на выходе удвоителя частоты (вывод 3 элемента DD3.1) должны наблюдаться импульсы амплитудой не менее 8 В. Устанавливая на генераторе значения частоты в рабочем интервале, проверяют правильность индикации при напряжении питания 8,1 и 9,9 В. В случае расхождения показаний шкалы и частоты генератора необходимо подобрать конденсатор С5, влияющий на делитель импульсов обнуления.

Автор: В.Власенко

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Эстроген для терапии приливов при менопаузе 17.10.2026

Менопауза сопровождается не только прекращением менструаций, но и целым рядом физиологических изменений, которые у некоторых женщин заметно влияют на самочувствие и качество жизни. Одними из наиболее распространенных проявлений становятся так называемые вазомоторные симптомы - прежде всего внезапные приливы жара и ночная потливость. Теперь специалисты Американской коллегии врачей предложили обновленный подход к их лечению, распределив доступные методы на три линии терапии в зависимости от эффективности, надежности доказательств и стоимости. Основное место в новых рекомендациях заняла гормональная терапия эстрогеном. После анализа данных 90 исследований эксперты определили ее как наиболее предпочтительный вариант для пациенток, которым такое лечение не противопоказано. Женщинам с сохраненной маткой рекомендуется сочетание эстрогена с прогестогеном, тогда как после удаления матки может применяться только эстроген. По оценке авторов рекомендаций, такая терапия лучше других рассмотренны ...>>

Печатный сенсорный интерфейс с распознаванием пользователей 17.10.2026

Сенсорные поверхности давно стали привычной частью электроники, однако большинство таких интерфейсов требует достаточно сложной конструкции с электродами, проводниками и специальными чувствительными слоями. Японские инженеры предложили значительно более простой подход: превратить обычный прозрачный лист ПВХ в сенсорную панель при помощи лазерного принтера. При этом нанесенный рисунок способен не только фиксировать движение пальца, но и помогать системе различать пользователей. Разработкой занималась команда Технологического института Сибаура. Создание интерфейса сводится к нанесению тонером специального узора непосредственно на пластиковый лист. В отличие от традиционных сенсорных панелей, внутри такой поверхности не требуется размещать электроды или прокладывать провода. Регистрация возникающих сигналов и их последующая интерпретация выполняются отдельной электронной системой. В основе технологии лежит трибоэлектрический эффект - возникновение электрического заряда при контакте ...>>

Глюкозамин и когнитивные нарушения 16.10.2026

С возрастом нарушения памяти и мышления становятся все более распространенной проблемой, однако причины того, почему у одних людей легкие когнитивные изменения остаются стабильными, а у других со временем перерастают в деменцию, до сих пор изучены не полностью. Новая работа исследователей Университета Флориды в США указывает на возможную связь одного из широко используемых пищевых добавок с таким переходом. Речь идет о глюкозамине, который обычно принимают для уменьшения дискомфорта в суставах и поддержания их здоровья. Специалисты проанализировали обезличенные медицинские записи UF Health, охватывающие период с 2012 по 2024 год. С помощью искусственного интеллекта они изучили информацию о пациентах с болезнью Альцгеймера и другими связанными с ней деменциями, а также о людях с легкими когнитивными нарушениями. Последние характеризуются заметными проблемами с памятью или мышлением, которые уже выходят за рамки обычных возрастных изменений, но при этом еще не обязательно существенно ...>>

Случайная новость из Архива FPGA Speedster22i от Achronix Semiconductor 26.02.2013 Специализирующаяся на разработке FPGA компания Achronix Semiconductor объявила о начале поставок первых в отрасли 22-нанометровых FPGA Speedster 22i HD1000. Компания Achronix не имеет собственного производства. Контрактным производителем новых FPGA выступила компания Intel. В чипах Speedster22i используются 22-нанометровые объемные транзисторы Tri-Gate. Это позволило в два раза уменьшить их энергопотребление и стоимость по сравнению с конкурирующими высокопроизводительными FPGA. Новые продукты Achronix - единственные, оснащенные интерфейсами Ethernet 10/40/100G, Interlaken 100 Гбит/с, PCI Express Gen1/2/3 и DDR3-2133. В конфигурацию модели Speedster22i HD1000, открывшей семейство Speedster22i, входит 1 млн. эквивалентных элементов LUT (700 000 программируемых и 300 000 - реализующих дополнительную функциональность, включая вышеперечисленные интерфейсы). Кроме того, разработчикам доступно 86 Мбит ОЗУ, 960 программируемых линий ввода-вывода и 64 линии последовательно-параллельного и параллельно-последовательного преобразователя с пропускной способностью 12,75 Гбит/с. В набор для разработчиков HD1000 Development Kit стоимостью $13000, входит карта расширения PCI Express с FPGA, программатор и программное обеспечение ACE. Ознакомительные образцы Speedster22i HD1000 уже доступны. Выход следующей модели, Speedster22i HD680P, намечен на второй квартал. Старшая модель семейства, Speedster22i HD1500, будет выпущена ближе к концу года.

Другие интересные новости:

▪ Автомобильный самописец с электронным кошельком

▪ Тексты набираются лишь движением глаз

▪ Nestle увеличивает потребление ветряной электроэнергии

▪ E Ink Color Paper

▪ После трудного рабочего дня люди говорят быстрее и громче

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электромонтажные работы. Подборка статей

▪ статья Философия. Шпаргалка

▪ статья Что такое широта и долгота? Подробный ответ

▪ статья Лук египетский. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Звуковой и световой пробник. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Блок питания для мультиметра DT-182. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026