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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Escala digital do gerador AF. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição Para definir a frequência na medição de geradores de sinais senoidais, são mais frequentemente utilizados dispositivos de escala, conectados mecanicamente ao elemento de controle do dispositivo. Suas desvantagens são conhecidas: são a complexidade de fabricação, a necessidade de calibração usando um gerador padrão ou frequencímetro e, em alguns casos, a precisão insuficiente do ajuste de frequência, que depende não apenas do design do dispositivo de leitura, mas também de a estabilidade dos parâmetros dos elementos de rádio dos circuitos de ajuste de frequência. As chamadas balanças elétricas estão em grande parte isentas dessas desvantagens. No caso mais simples, trata-se de um frequencímetro analógico, cujo funcionamento se baseia na medição da tensão média de uma sequência de pulsos de duração constante formada a partir de um sinal gerado. No entanto, tal escala também fornece uma precisão de configuração de frequência relativamente baixa (na melhor das hipóteses, 1...3%) e sua calibração também requer um gerador de referência. O uso de métodos digitais para medição de frequência permite eliminar todas as desvantagens inerentes às balanças mecânicas e elétricas. Neste caso, a frequência é medida diretamente em formato digital e com alta precisão, determinada pela estabilidade do chamado intervalo de tempo de medição. A balança digital simplifica o layout e a fabricação do gerador, pois pode ser montada como uma unidade eletrônica separada e funcionalmente completa e colocada em qualquer local conveniente do dispositivo. O método digital mais simples de medição de frequência é o método de contagem direta, que consiste em contar o número de períodos do sinal gerado durante um período de tempo conhecido - o intervalo de tempo de medição. Para determinar a frequência com precisão de 1 Hz, ela deve ser igual a 1 s. Se uma sequência de pulsos for formada a partir de um sinal senoidal, cujas frentes coincidem com os momentos em que a tensão senoidal passa pelo nível zero e seu número for contado, então com a mesma precisão o intervalo de tempo de medição pode ser reduzido à metade. A utilização de uma unidade duplicadora em uma balança digital reduz o tempo de atraso entre o momento em que o elemento de controle altera a frequência e o início da indicação do resultado da medição, o que é de grande importância no ajuste da frequência com precisão de 1 Hz. No entanto, o atraso de 0,5 s ao ajustar aproximadamente o gerador ainda é grande. Portanto, junto com uma escala digital que fornece ajuste preciso de frequência, uma escala mecânica adicional às vezes é usada para ajuste aproximado. Você pode fazer de outra forma: reduzir o atraso de tempo em outra ordem de grandeza, ou seja, introduzir um segundo modo de operação (“Coarse”) na balança digital, em que o intervalo de tempo de medição é de 0,05 s, e a precisão da medição de frequência é ±10 Hz. Porém, a simples redução do intervalo de tempo de medição em 10 vezes faz com que o valor da frequência indicada na escala se desloque uma casa decimal para a direita, dificultando a leitura da informação. Para eliminar esta desvantagem, uma sequência de pulsos de dupla frequência de um sinal senoidal no modo “Coarse” deve ser aplicada ao segundo contador decimal da escala digital. Neste caso, cada dígito do número que define a frequência medida será sempre exibido no mesmo local. O dispositivo fornece medições de frequência na faixa de 1 Hz a 1 MHz. A amplitude do sinal de entrada é de até 15 V. A precisão da medição, o tempo de medição e a indicação de frequência, dependendo do modo de operação, são ±10 Hz, 0,05 e 0,2 s (no modo “Coarse”) e 1 Hz, 0,5 e 2 s ("Exatamente"). Consumo atual - não mais que 50 mA. O dispositivo consiste em um modelador de entrada, um duplicador de frequência, um sensor para medição de intervalos de tempo, um seletor e contador de pulsos e uma unidade de comutação para modos de operação. O driver de entrada no comparador DA1 é um gatilho Schmitt. Seu circuito de realimentação positiva é formado pelos resistores R3 e R6. A sequência de pulsos gerados por ele a partir de um sinal senoidal através dos inversores DD1.1, DD1.2 chega a um duplicador de frequência feito nos elementos R5, C2 e DD3.1. Os inversores DD1.1 e DD1.2 fornecem a inclinação necessária das subidas e descidas dos pulsos, da qual depende a precisão da operação do duplicador de frequência. Da saída do elemento DD3.1, uma sequência de pulsos positivos curtos de dupla frequência é fornecida a uma das entradas (pino 9) do seletor, cujas funções são executadas pelo elemento DD1.3. O sensor de intervalo de tempo de medição contém um oscilador mestre, um divisor de frequência, uma unidade de instalação inicial e um modelador de pulso de zeramento. O oscilador mestre de quartzo, montado nos elementos DD2.1, DD2.2, gera pulsos com frequência de repetição de 100 kHz, que passam pelos inversores DD2.3 e DD2.4 para um divisor de frequência nos microcircuitos DD4-DD9. O divisor inclui seis contadores, dois dos quais (DD6, DD8) dividem a frequência por cinco e o restante por dez. A unidade de instalação inicial, feita nos elementos VD2, R10, C4, DD1.4, coloca os contadores divisores em seu estado inicial quando o dispositivo é ligado. A unidade de comutação do modo de operação é montada no microcircuito DD10, elementos DD11.1-DD11.3, transistor VT1 e chave SB1. No modo “Preciso”, os pulsos da saída do contador DD5 através dos elementos DD11.1, DD11.3 chegam à entrada C do contador DD6, e todo o divisor é envolvido no funcionamento do dispositivo. Neste caso, uma sequência de pulsos com duração de 9 se frequência de repetição de 0,5 Hz é formada na saída do contador DD0,4. No modo “Coarse”, o contador DD5 é excluído do divisor, e os pulsos da saída do anterior (DD4) passam pelos elementos DD11.2 e DD11.3 para o contador DD6, e uma sequência de pulsos com duração de 0,05 s e uma taxa de repetição de 4 Hz é formada na saída do divisor.
Os pulsos da saída do contador DD9 são fornecidos à segunda entrada (pino 8) do elemento DD1.3 e ao gerador de pulsos de zeramento montado nos elementos DD3.3, DD3.4, DD11.4. Pulsos curtos aparecem na saída do elemento DD3.4, que periodicamente, antes do início de cada ciclo de medição, zera o contador de pulsos dos chips DD12-DD17. A chave transistor VT2 apaga os indicadores de escala enquanto mede a frequência. Os pulsos da saída do seletor são fornecidos ao contador de pulsos através do elemento DD3.2, o que elimina o acionamento desnecessário do contador na borda do pulso que define o intervalo de tempo de medição. O contador de pulsos inclui seis unidades de conversão semelhantes. No modo “Exatamente”, todos os nós são conectados em série através dos elementos DD10.2, DD10.4 e pulsos de dupla frequência da saída do seletor chegam à entrada do nó de ordem inferior (DD12, HG1). No modo “Coarse”, esses pulsos, através dos elementos DD10.3, DD10.4, são fornecidos para a segunda unidade de conversão (DD13, HG2), e a chave transistor VT1 desliga o indicador da casa decimal menos significativa do escala. O ponto indicador HG4 na balança digital separa os dígitos que indicam a frequência em quilohertz e hertz. Caso não seja necessário medir a frequência com precisão de 1 Hz, a escala pode ser simplificada eliminando os elementos SB1, DD5, DD10, DD11.1-DD11.3, DD12, HG1, VT1, R11 e conectando a saída de o contador DD4 ao pino 4 do chip DD6, e a saída do elemento DD3.2 fica com a entrada C do contador DD13. Ao reduzir a frequência operacional superior de 1 MHz para 600 kHz, é possível simplificar ainda mais o dispositivo e usar o microcircuito K176IE3 em vez de K176IE4 na ordem superior do contador (DD17). Neste caso, os elementos DD1.1, DD1.2, DD2.3, DD2.4 são adicionalmente excluídos, a saída do elemento DD2.2 é conectada à entrada C do contador DD4 e o pino 7 do microcircuito DA1 é conectado ao pino 2 do elemento DD3.1 e resistor R5 . O dispositivo utiliza um ressonador de quartzo (ZQ1) do conjunto "Quartz-21". Em vez disso, você pode usar um ressonador de quartzo com frequência de 1 MHz adicionando outro contador K176IE4 ao divisor de frequência e conectando-o entre o elemento DD2.4 e o microcircuito DD4. Em vez dos indicados no diagrama, o dispositivo pode utilizar tanto indicadores LED simbólicos de outros tipos quanto indicadores catodoluminescentes. O diagrama de conexão do indicador catodoluminescente IV3 é mostrado na Fig. Neste caso, o resistor R2 do circuito principal não é conectado ao fio comum, mas ao emissor do transistor VT12. Além disso, para alimentar os indicadores IV2, será necessária uma fonte de tensão adicional de 3 V.
O diagrama de conexão dos indicadores LED ALS324B ou ALS321B é mostrado na Fig. Como transistor comuta VT3-VT1, você pode usar qualquer transistor de silício com uma tensão coletor-emissor e base-emissor aceitável de pelo menos 7 V e uma corrente de coletor de pelo menos 10 mA (KT10B, KT312B, KT3102 com qualquer índice de letras, K315NT1 , etc.). Neste caso, o transistor VT251 do dispositivo deve ser composto. A base do transistor KT2B adicional é conectada ao emissor do transistor VT807, o coletor ao seu coletor e o emissor às unidades de conversão (pino 2). Além disso, será necessária uma fonte de alimentação mais potente, pois a corrente consumida pela balança aumentará para 4 mA.
Sinais com amplitude de até 15 V podem ser fornecidos à entrada da balança digital, desde que a tensão de entrada permitida do comparador K521CA3 (DA1) não exceda 30 V. Para medir a frequência de sinais de nível superior, a escala deve ser complementado com uma unidade de proteção contra sobrecarga ou um divisor de entrada, que reduza a tensão nas entradas do comparador para um valor aceitável. Na fabricação do dispositivo, um capacitor com capacidade de 1000 pF é instalado entre os pinos de alimentação de cada microcircuito. Para reduzir o impacto no gerador de ruído de pulso, a parte digital da balança é colocada em uma tela metálica, que é conectada ao fio comum do gerador em um ponto. Se a balança se destina a funcionar com um gerador de áudio que gera sinais de baixo nível e coeficiente harmônico, então os fios que conectam os indicadores НG1-HG6 aos medidores são especialmente blindados, pois podem ser fontes de poderoso ruído de impulso, especialmente se forem usados indicadores ALS324B ou ALS321B ALSXNUMXB. O ruído de impulso pode ser completamente eliminado desligando a alimentação da balança após definir a frequência do gerador, para a qual deve ser fornecido um interruptor separado. Se você planeja usar a balança digital do gerador para medir a frequência de sinais de outras fontes, é aconselhável instalar uma tomada adicional e um interruptor em seu painel frontal que conecte a entrada do dispositivo à saída do gerador ou a esta tomada . Ao configurar, verifique primeiro com um osciloscópio a presença de sequências de pulso na saída do sensor de intervalo de tempo de medição. Em seguida, é fornecido à entrada do dispositivo um sinal senoidal com amplitude de cerca de 0,5 V. Neste caso, pulsos com amplitude de pelo menos 3 V devem ser observados na saída do duplicador de frequência (pino 3.1 do elemento DD8. 8,1) Ao definir os valores de frequência no gerador no intervalo de operação, verifique a exatidão da indicação na tensão de alimentação 9,9 e 5 V. Se houver discrepância entre as leituras da escala e a frequência do gerador, é necessário selecionar um capacitor CXNUMX que afete o divisor de pulso de zeramento. Autor: V.Vlasenko
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