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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Dois contadores de frequência analógicos. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição No gerador LF [1], a frequência do sinal de saída é ajustada usando as leituras de um medidor de frequência simples com um relógio comparador. A experiência com esse gerador confirmou que é possível obter precisão suficiente no ajuste da frequência. No entanto, em alguns casos, por meio de conexões parasitas, o próprio frequencímetro pode introduzir interferência significativa no sinal do gerador. Afinal, ele pode ser reconhecido como "analógico" apenas com algumas suposições, uma vez que harmônicos de alta ordem já aparecem no modelador de entrada do "meandro" e a interferência de um único vibrador é adicionada. Portanto, a maioria dos medidores de frequência analógicos e combinações de "medidor de frequência analógico com leitura digital" ou "instrumento digital com ponteiro" dificilmente podem ser considerados puramente analógicos.
Em um dispositivo analógico com sensibilidade aumentada, é desejável evitar completamente os sinais de pulso. Uma das soluções mais simples é medir o sinal aplicado através do divisor RC com um voltímetro AC. O circuito do medidor de frequência analógico é muito simples (Fig. 1). A capacitância Xc do capacitor diminui com o aumento da frequência do sinal: Xc = 1/ωС (ω= 2πF), e a tensão na entrada do voltímetro depende apenas da frequência e da tensão do sinal Uc. Para um sinal com amplitude constante, a leitura do voltímetro mudará proporcionalmente à mudança em sua frequência. Normalmente, no gerador, sempre são tomadas medidas para estabilizar a amplitude do sinal de saída, não havendo dificuldades na determinação de sua frequência.
Na fig. 2 mostra um diagrama de um contador de frequência simples, puramente analógico, que não adiciona nenhuma interferência (harmônicos) ao sinal do gerador [1]. Sua característica, que nem sempre é uma desvantagem, é a impedância de entrada dependente da frequência, que diminui na subfaixa de alta frequência de 20 kΩ em 10 kHz para 2 kΩ em 100 kHz. O voltímetro é feito no chip de um detector/retificador de dois canais K157DA1. O segundo canal é usado como um voltímetro de sinal de saída no gerador. O chip DA1 fornece uma tensão de saída de pelo menos 10 V e a escolha dos microamperímetros não é difícil. Portanto, o diagrama mostra diferentes tipos - aqueles que estavam à venda. O resistor variável R1 e o chip DA2.1 com o circuito OOS correspondem a R19 e DA5.1 do estágio de saída do gerador mostrado no diagrama da fig. 2 [1]. Sua alimentação é de uma fonte de tensão bipolar +/-17,5 V. Nos casos mais simples ou pequenos tamanhos de geradores, um microamperímetro pode ser dispensado conectando-o com um interruptor na saída desejada para ajustar a frequência ou medir a tensão de saída do gerador. Os circuitos do voltímetro são os mesmos. Os resistores Trimmer R12 e R13 são usados para compensar a tensão inicial na saída do microcircuito e para linearizar a seção inicial da escala do instrumento. No microamperímetro, a escala precisa ser substituída, para a qual é necessário abrir cuidadosamente sua caixa. A própria escala pode ser desenhada muito rapidamente usando o FrontDesigner 3.0. Este programa Russified é usado no design dos painéis de instrumentos frontais. Pertence à mesma série que o popular Layout (para layout de PCB) e SPIan (para circuitos de desenho). Para uso não comercial, é distribuído gratuitamente e é fácil de encontrar na Internet. Obviamente, em termos de recursos, é inferior ao programa CorelDRAW, mas é incomparavelmente mais fácil e rápido de dominar e trabalhar com ele.
Acabou sendo mais conveniente para o medidor de frequência ter uma escala não de 100 divisões, mas de 110, o que facilita muito o ajuste fino do gerador para uma frequência de 1 kHz ao medir o coeficiente harmônico usando um milivoltímetro [2] . Para um exemplo na fig. 3 mostra um esboço do painel frontal com uma escala analógica do medidor de frequência com seleção automática do limite de medição. Mas se você precisar usar um medidor de frequência analógico como um dispositivo autônomo ou construí-lo, por exemplo, em um voltímetro, não poderá usar o interruptor para selecionar a faixa de frequência do gerador. E como nem sempre se sabe de antemão algo sobre o sinal medido, é desejável que haja seleção automática do limite de medição. Nesta ocasião, apenas um artigo foi encontrado [3]. O medidor de frequência proposto não é apenas complexo em design, mas também pode criar interferência perceptível de sinais pulsados.
Se um divisor RC for usado na chave de faixa automática, também aqui é possível obter uma simplificação significativa e eliminar o nó com um sinal de pulso. O esquema de tal medidor de frequência é mostrado na Fig. 4. Aqui, o circuito RC deve ser projetado para operar em uma faixa de frequência mais ampla para definir com segurança os limites de comutação - "100 Hz", "1 kHz" e "10 kHz". Da saída do circuito RC, o sinal é alimentado através de um retificador no chip K157DA1 (DA1) para os comparadores do chip DA3 (LM324N). Os limites do comparador são ajustados usando resistores de ajuste R30 (subfaixa até 100 kHz), R32 (até 10 kHz) e R33 (até 1 kHz). Em frequências muito baixas ou em níveis de sinal baixos, todos os comparadores estão desligados e os LEDs não acendem. Com um sinal com frequência inferior a 100 Hz e com uma tensão superior a 50 ... 70 mV, acende-se o LED vermelho HL4 (“100 Hz”). Tensão de alimentação - +/-15 V.
Na fig. A Figura 5 mostra um desenho de placa de circuito impresso para um medidor de frequência automático analógico. Na fiação dos condutores da PCB, foi utilizado o programa Sprint Layout 3.0; muitos fabricantes de PCB aceitam desenhos eletrônicos neste formato.
A aparência do conjunto do medidor de frequência analógico é mostrada na foto fig. 6. O dispositivo fabricado é configurado da seguinte forma. Antes de ajustar, é melhor dessoldar um dos fios do microamperímetro PA1 para não desativá-lo acidentalmente. O resistor do trimmer R28 deve ser ajustado para a posição de resistência máxima. Ao ajustar, é usado um sinal de um gerador com uma tensão de 1 V. A uma frequência de 100 kHz, um resistor de ajuste R12 define uma tensão de 8 V na saída 10 do detector DA2. Então, a uma frequência de 10 kHz, o limiar de resposta do comparador DA3.1 é ajustado com precisão pelo resistor R30 de modo que o LED HL2 se apague e HL1 ("100 kHz") acenda. O tipo de LED não importa. É aconselhável colocar o LED HL100 na faixa de frequência mais baixa ("4 Hz") em vermelho, na frequência de até 1 kHz (HL3) - amarelo, na frequência de até 10 kHz (HL2) - verde. Para a subfaixa das frequências mais altas (até 100 kHz), você pode definir o LED HL1 em azul. A partir da saída do comparador DA3.1, o sinal de controle é alimentado na chave eletrônica VT3, que conecta os resistores correspondentes à subfaixa no divisor RC (C11R13R14). Em seguida, nas frequências de 1 kHz e 100 Hz, são ajustados os limites de operação dos comparadores DA3.2 (resistor R32) e DA3.3 (R33). O comparador DA3.4 desliga o LED HL4 em níveis de sinal de entrada muito baixos, como é feito no INI C6-11 industrial. O limite para sua operação pode ser definido selecionando o resistor R34. KT3102G funciona de forma bastante satisfatória como chaves eletrônicas, mas outros transistores de silício também podem ser usados. Na subfaixa de frequência mais baixa, quando todas as chaves eletrônicas estão abertas, a resistência no divisor RC é determinada pelos resistores R22, R23. A uma frequência de 90 Hz, o resistor de corte R23 define a tensão no pino 12 do chip DA2 para 2,5 V. Quando o comparador DA3.3 é acionado, a chave eletrônica VT5 conecta um circuito adicional de R22, R23 em paralelo com resistores R20, R21. Então, em uma frequência de 900 Hz, a mesma tensão é ajustada em 90 Hz, com um resistor de sintonia R21. Na próxima subfaixa (até 10 kHz), o resistor de ajuste R17 atinge a mesma tensão na frequência de 9 kHz e, finalmente, o mesmo ajuste é realizado com um resistor R14 na frequência de 90 kHz. As frequências de controle são escolhidas abaixo do máximo para que a comutação automática de faixa não ocorra. Em seguida, o cabeçote de medição é conectado e, com um sinal com frequência de 500 Hz, o resistor de ajuste R28 define com precisão as leituras do dispositivo. Sua conformidade é verificada a uma frequência de 200 Hz e, se necessário, é feita uma correção com um resistor de sintonia R18. Em seguida, você precisa verificar a precisão da escala em todas as faixas. Na entrada do frequencímetro "A" (para os capacitores C10 e C11) é necessário aplicar um sinal com tensão constante, pois uma mudança de tensão na entrada do frequencímetro introduz um erro proporcional em suas leituras. Sem controle automático de ganho, não será possível fazer aqui. O voltímetro [2] já possui um auto-regulador (ARUR) muito bom para calibração automática do medidor de distorção não linear, em outros casos é necessário instalar um ARUR inercial na entrada. Não há necessidade de obter distorções muito pequenas introduzidas pelo autorregulador, ou certas características dinâmicas [4], mas a característica de estabilização de nível deve ser horizontal em toda a faixa de tensões medidas. No mostrado na Fig. 4 do circuito do medidor de frequência de baixa frequência (até 100 kHz), um auto-regulador simples na entrada fornece precisão suficiente para a prática de rádio amador quando a tensão do sinal está na faixa de 0,1 ... 10 V.
É muito conveniente configurar tais dispositivos usando osciloscópios digitais, cujas vantagens são conhecidas. Os HAMs costumavam ser desencorajados pelos preços altos, mas agora existem osciloscópios de armazenamento digital relativamente baratos no mercado. Assim, um osciloscópio de dois canais PDS 5022S (até 20 MHz) da Owon com um grande display colorido (7,8 polegadas) ou um osciloscópio ASK-2525 semelhante são mais baratos que o conhecido C1-94 de canal único. É claro que esses dispositivos mencionados não estão ao alcance de todos, mas com a ajuda desse osciloscópio, configurar alguns dispositivos, como um frequencímetro, torna-se um prazer, principalmente porque a leitura da frequência e da amplitude do sinal é imediatamente visível. Quatro oscilogramas podem ser salvos e acessados em um monitor conforme necessário ou gravados em um computador. Literatura 1. Kuznetsov E. Gerador de medição de baixa frequência com um medidor de frequência analógico. - Rádio, 2008, nº 1, p. 19-21.
Autor: E. Kuznetsov, Moscou; Publicação: radioradar.net
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