Contador de frequência simples. Esquema, descrição

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Um medidor de frequência simples. Rádio - para iniciantes

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Com base em apenas um chip K155LAZ, usando todos os seus elementos lógicos, é possível construir um dispositivo relativamente simples capaz de medir a frequência de uma tensão alternada de cerca de 20 Hz a 20 kHz.

O elemento de entrada de tal dispositivo de medição é um gatilho Schmitt - um dispositivo que converte a tensão alternada senoidal fornecida à sua entrada em pulsos retangulares da mesma frequência. Ou seja, converte “pulsos” senoidais com frente plana e queda em retangulares com frente acentuada e queda. Um gatilho Schmitt “dispara” em uma certa amplitude do sinal de entrada. Se for menor que o valor limite, não haverá sinal de pulso na saída do trigger.

Comecemos pela experiência. Usando o circuito de disparo Schmitt mostrado na Fig. 1, a, monte o chip K155LAZ na placa de ensaio, ligando apenas dois de seus elementos lógicos. Aqui, no painel, coloque as baterias GB1 e GB2, compostas por duas células galvânicas 332 (ou 316) cada, e um resistor variável R1 com resistência de 1,5 ou 2,2 kOhm (de preferência com característica funcional A-linear). Conecte os cabos da bateria ao resistor apenas durante os experimentos.

Ligue a alimentação do microcircuito e, usando um voltímetro CC, defina o controle deslizante do resistor variável para tal posição que haverá tensão zero no terminal esquerdo do resistor R2, que é a entrada do gatilho Schmitt. Neste caso, o elemento DD1.1. estará em um único estado, sua saída será uma tensão de alto nível, e o elemento DD1.2 estará em zero Este é o estado inicial dos elementos deste trigger.

Contador de frequência simples
Arroz. 1 Experiência com gatilho Schmitt

Agora conecte o voltímetro CC à saída do elemento DD1.2 e, observando cuidadosamente sua seta, comece a mover suavemente o controle deslizante do resistor variável no circuito até que ele pare e, em seguida, sem parar, na direção oposta - para a parte inferior saída, em seguida, novamente para o superior etc. O que o voltímetro mostra? Comutação periódica do elemento DD1.2 do estado zero para o estado único e vice-versa, ou seja, o aparecimento de pulsos de polaridade positiva na saída do gatilho.

O funcionamento desta versão do gatilho Schmitt é ilustrado pelos gráficos b e c na mesma fig. 1. Ao mover o controle deslizante do resistor variável de uma posição extrema para outra, você simulou o fornecimento de uma tensão CA senoidal para a entrada do gatilho (Fig. 1, b) com uma amplitude de até 3 V. Enquanto a tensão de a meia onda positiva deste sinal foi menor que um determinado valor, que é comumente chamado de limite superior (Unop1), o dispositivo manteve seu estado original. Quando esta tensão limite, igual a aproximadamente 1,7 V (no tempo t1), foi atingida, ambos os elementos mudaram para o estado oposto e uma tensão de alto nível apareceu na saída do gatilho (na saída do elemento DD1.2). Um aumento adicional na tensão positiva na entrada não altera este estado dos elementos de disparo.

Ao mover o controle deslizante do resistor R1 na direção oposta, quando a tensão na entrada do gatilho caiu para o valor limite inferior (Unop2). igual a aproximadamente 0,5 V (momento t2), ambos os elementos comutaram para seu estado original. Na saída do gatilho, um nível de alta tensão reapareceu.

A meia onda negativa não alterou o estado dos elementos que formam o gatilho Schmitt. Durante este meio ciclo, os diodos internos do circuito de entrada do elemento DD1.1 abrem, fechando a entrada de trigger para um fio comum.

Na próxima meia onda positiva da tensão alternada de entrada, um segundo pulso de alto nível se formará na saída do trigger (momentos t3 e t4). Repita este experimento várias vezes e, de acordo com as leituras do voltímetro conectado ao entrada e saída do trigger, plotar gráficos caracterizando seu funcionamento. Eles devem estar próximos daqueles mostrados nos gráficos da Fig. 20. Dois elementos com diferentes níveis de limiar de disparo - a característica mais característica do disparo de Schmitt.

Agora vamos estudar o contador de frequência. O diagrama esquemático do frequencímetro proposto para repetição é mostrado na fig. 2. Aqui, os elementos lógicos DD1.1, DD1.2 e resistores R1-R3 formam o já familiar gatilho Schmitt, e os dois elementos restantes do microcircuito formam o modelador de seus pulsos de saída, as leituras do microamperímetro PA1 dependem cuja taxa de repetição. Sem um modelador, o dispositivo não fornecerá resultados confiáveis de medição da frequência, porque a duração dos pulsos na saída do gatilho depende da frequência da tensão CA medida de entrada.

Contador de frequência simples
Arroz. 2 contador de frequência

O capacitor C1 está se separando. Passando uma ampla faixa de oscilações de frequência sonora, bloqueia o caminho da componente constante da fonte do sinal. O diodo VD2 fecha as meias ondas negativas da tensão de entrada para o fio comum (duplica os diodos internos na entrada do elemento DD1.1, portanto este diodo não pode ser instalado). O diodo VD1 limita a amplitude das meias ondas positivas recebidas nas entradas do elemento DD1.1, ao nível da tensão de alimentação.

Da saída do gatilho Schmitt (da saída do elemento DD1.2) pulsos de polaridade positiva são alimentados na entrada do shaper. O elemento DD1.3 é ativado pelo inversor e o DD1.4 é usado para o propósito pretendido - como um elemento lógico 2I-NOT. Assim que uma tensão de baixo nível aparece na entrada do shaper - nas entradas do elemento DD1.3 conectado, ele muda para um único estado e um dos capacitores C4-C2 é carregado através dele e o resistor R4 . À medida que o capacitor carrega, a tensão positiva na entrada inferior do elemento DD1.4 aumenta para um nível alto. Mas esse elemento permanece em um único estado, pois em sua segunda entrada, assim como na saída do gatilho Schmitt, há um baixo nível de tensão. Neste modo, uma pequena corrente flui através do microamperímetro PA1.

Assim que uma tensão de alto nível aparece na saída do gatilho Schmitt, o elemento DD1.4 muda para o estado zero e uma corrente significativa começa a fluir através do microamperímetro, determinada pela resistência de um dos resistores R5-R7 . Ao mesmo tempo, o elemento DD1.3 muda para o estado zero e o capacitor carregado do modelador começa a descarregar. Depois de algum tempo, a tensão nele diminuirá tanto que o elemento DD1.4 mudará novamente para um único estado. Assim, um pulso curto de baixo nível aparece na saída do modelador (veja a Fig. 1, d), durante o qual uma corrente flui através do microamperímetro que é muito maior que a inicial. O ângulo de deflexão da agulha do microamperímetro é proporcional à taxa de repetição do pulso: quanto maior a frequência, maior o ângulo.

A duração dos pulsos na saída do shaper é determinada pela duração da descarga do capacitor de temporização ligado (C2, S4 ou C1.4) para a tensão de comutação do elemento DD2. Quanto menor for a capacitância do capacitor, quanto mais curto for o pulso, maior será a frequência do sinal de entrada que pode ser medida. Assim, com um capacitor de temporização C0,2 com capacidade de 20 μF, o dispositivo é capaz de medir a frequência de oscilação de aproximadamente 200 a 3 Hz, com um capacitor C0,02 com capacidade de 200 μF - de 2000 a 4 Hz, com um capacitor C2000 com capacidade de 2 pF - de 20 a 5 kHz . Ao ajustar com resistores de corte R7-R1,5, a agulha do microamperímetro é colocada na marca final da escala correspondente à frequência medida mais alta de cada subfaixa. O nível mínimo de tensão alternada, cuja frequência pode ser medida, é de cerca de 8 V e o máximo é de 10...XNUMX V.

Considere novamente os gráficos da Fig. 1 para memorizar o princípio de funcionamento do frequencímetro e, em seguida, complementar o gatilho Schmitt montado na placa de ensaio com os detalhes do circuito de entrada e do driver e testar o dispositivo em ação. Neste momento, um interruptor de subfaixa não é necessário - um capacitor de ajuste de tempo, por exemplo C2, pode ser conectado diretamente ao terminal 13 do elemento DD1.4 e um dos resistores de ajuste ou um resistor constante com uma resistência de 2,2 ... 3,3 kOhm pode ser conectado ao circuito do microamperímetro. Microamperímetro RA1 - para a corrente da deflexão total da seta 100 μA.

Após concluir a instalação, ligue a fonte de alimentação e aplique pulsos de alto nível na entrada do elemento de disparo Schmitt DD1.1. Sua fonte pode ser um multivibrador de acordo com o circuito da Fig. 10 ou outro gerador similar. Defina a taxa de repetição de pulso para o mínimo. Nesse caso, o ponteiro do microamperímetro RA1 deve se desviar acentuadamente por um pequeno ângulo, o que indicará a eficiência do medidor de frequência. Se o microamperímetro não responder aos pulsos de entrada, você terá que escolher outro resistor R2 de maior resistência. Em geral, sua resistência pode estar na faixa de 1,8 a 5,1 kOhm.

Em seguida, aplique na entrada do frequencímetro (através do capacitor C1) uma tensão alternada de 3.. .5 V de um transformador de rede abaixador. Agora a agulha do microamperímetro deve desviar por um ângulo maior do que no experimento anterior. Conecte outro capacitor de capacidade igual ou superior em paralelo com o capacitor de temporização. Agora o ângulo de desvio da seta diminuirá. Da mesma forma, você pode testar o dispositivo na segunda e terceira subfaixas de medição, mas com sinais de entrada da frequência apropriada. Se você decidir incluir este medidor de frequência em seu laboratório de medição doméstico, suas peças devem ser transferidas da placa de ensaio para a placa de circuito e os resistores de compensação R5-R7 devem ser montados nele (Fig. 22), e a placa deve ser fixada em uma caixa de tamanhos adequados. Os capacitores C2-C4 podem ser compostos de dois ou mais capacitores cada.

A aparência do design do medidor de frequência é mostrada na fig. 3. Em seu painel frontal, coloque um microamperímetro, uma chave de subfaixa (por exemplo, um biscuit PZZN ou outro com duas seções para três posições), tomadas de entrada (XS1, XS2) ou pinças.

A escala do frequencímetro é comum a todas as subfaixas de medição e é quase uniforme. Portanto, você só precisa determinar

os limites inicial e final da escala em relação a um deles - para a subfaixa "20 .. .200 Hz" e, em seguida, ajuste os limites de frequência das outras duas subfaixas de medição abaixo dela. No futuro, ao mudar o dispositivo para a subfaixa "200.. .2000 Hz", o resultado da medição lido na escala será multiplicado por 10, e ao medir na subfaixa "2.. .20 kHz", por 100 .

Contador de frequência simples
Arroz. (3)23 Instalação de peças do medidor de frequência. Arroz. 4(24) Amplificador que aumenta a potência do frequencímetro

Este é o método de calibração. Coloque o interruptor SA1 na posição de medição na subfaixa "20 .. .200 Hz", o trimmer resistor R5 do motor para a posição de maior resistência e aplique um sinal com uma frequência de 33 Hz com uma tensão de 20 . .1,5 B. Faça uma marca na escala correspondente ao ângulo de deflexão do ponteiro do microamperímetro. Em seguida, sintonize o gerador de som para uma frequência de 2 Hz e ajuste o ponteiro do instrumento para a marca final da escala com um resistor de ajuste R200. Em seguida, de acordo com os sinais do gerador de som, faça marcas na escala correspondentes a 5, 30, 40, etc. até 50 Hz. Mais tarde, divida essas seções da escala em 190, 2 ou 5 partes.

Em seguida, mude o frequencímetro para a segunda subfaixa de medição e aplique um sinal com frequência de 200 Hz à sua entrada. Neste caso, a agulha do microamperímetro deverá ser posicionada contra a marca da escala correspondente à frequência de 20 Hz da primeira subfaixa. Mais precisamente, você pode configurá-lo para esta marca inicial da escala selecionando o capacitor C3 ou conectando um segundo (terceiro, etc.) capacitor em paralelo a ele, o que aumenta ligeiramente sua capacidade total.

Depois disso, aplique um sinal com uma frequência de 200 Hz do gerador à entrada do dispositivo e ajuste a agulha do microamperímetro até a marca final da escala com um resistor trimmer R6. Da mesma forma, ajuste os limites da terceira subfaixa da frequência medida para a escala do microamperímetro - 2.. .20 kHz. Talvez os limites de medição de frequência nas sub-bandas sejam diferentes ou você queira alterá-los. Faça isso com uma seleção de capacitores de temporização C2-C4.

É possível que você queira aumentar a sensibilidade do medidor de frequência. Neste caso, o frequencímetro mais simples deverá ser complementado com um amplificador de sinal de entrada, utilizando, por exemplo, um transistor npn de baixa potência ou, melhor ainda, um microcircuito analógico K118UP1G (Fig. 4). Este microcircuito é um amplificador de três estágios para canais de vídeo de receptores de televisão, que possui alto ganho. Seu gabinete com 14 pinos é igual ao do microcircuito K155LAZ, mas seu pino positivo de alimentação é o 7º e seu pino negativo de alimentação é o 14º. Com tal amplificador, a sensibilidade do medidor de frequência aumentará para 30...50 mV.

As oscilações da frequência medida podem ser senoidais, retangulares, dente de serra - qualquer. Através do capacitor C1, eles entram na entrada (pino 3) do microcircuito DA1 e, após amplificação da saída (pino 10 conectado ao pino 9), o microcircuito através do capacitor C3 chega à entrada do gatilho Schmitt da frequência metro. O capacitor C2 elimina o feedback negativo interno, o que enfraquece as propriedades amplificadoras do microcircuito.

Os diodos VD1, VD2 e o resistor R1 (Fig. 2) agora podem ser removidos e, em seu lugar, um chip analógico DA1 e capacitores de óxido podem ser montados. O chip K118UP1G pode ser substituído por K118UP1V ou K118UP1A. Mas neste caso, a sensibilidade do medidor de frequência será um pouco menor.

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