Einfacher Frequenzzähler. Schema, Beschreibung

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Einfacher Frequenzzähler. Radio – für Einsteiger

Radio - für Anfänger

Auf der Grundlage nur einer K155LAZ-Mikroschaltung ist es unter Verwendung aller ihrer logischen Elemente möglich, ein relativ einfaches Gerät zu bauen, mit dem die Frequenz einer Wechselspannung von etwa 20 Hz bis 20 kHz gemessen werden kann.

Das Eingangselement eines solchen Messgeräts ist ein Schmitt-Trigger – ein Gerät, das eine an seinem Eingang zugeführte sinusförmige Wechselspannung in Rechteckimpulse gleicher Frequenz umwandelt. Das heißt, es wandelt sinusförmige „Impulse“ mit sanftem Anstieg und Abfall in rechteckige mit steilem Anstieg und Abfall um. Der Schmitt-Trigger „zündet“ bei einer bestimmten Amplitude des Eingangssignals. Liegt er unter dem Schwellwert, erfolgt kein Impulssignal am Triggerausgang.

Beginnen wir mit der Erfahrung. Mit der Schmitt-Trigger-Schaltung nach Abb. 1, a, montieren Sie den K155LAZ-Chip auf dem Steckbrett und schalten Sie nur zwei seiner logischen Elemente ein. Platzieren Sie hier auf dem Panel die Batterien GB1 und GB2, bestehend aus je zwei galvanischen Zellen 332 (oder 316) und einem variablen Widerstand R1 mit einem Widerstandswert von 1,5 oder 2,2 kOhm (vorzugsweise mit einer Funktionscharakteristik von A-linear). Schließen Sie die Batteriekabel nur für die Dauer der Versuche an den Widerstand an.

Schalten Sie die Mikroschaltung ein und stellen Sie den variablen Widerstandsschieber mit einem Gleichstromvoltmeter auf eine solche Position ein, dass am linken Anschluss des Widerstands R2, der der Eingang des Schmitt-Triggers ist, Nullspannung anliegt. In diesem Fall ist das Element DD1.1. befindet sich in einem einzigen Zustand, sein Ausgang ist eine Spannung mit hohem Pegel und das Element DD1.2 ist auf Null. Dies ist der Anfangszustand der Elemente dieses Triggers.

Einfacher Frequenzzähler
Reis. 1 Erfahrung mit Schmitt-Trigger

Schließen Sie nun das DC-Voltmeter an den Ausgang des DD1.2-Elements an und beginnen Sie unter sorgfältiger Beobachtung des Pfeils, den variablen Widerstandsschieber sanft den Stromkreis nach oben zu bewegen, bis er stoppt, und dann, ohne anzuhalten, in die entgegengesetzte Richtung - nach unten Ausgang, dann wieder nach oben usw. Was zeigt das Voltmeter an? Periodisches Umschalten des Elements DD1.2 vom Nullzustand in den Einzelzustand und umgekehrt, d. h. mit anderen Worten das Auftreten von Impulsen positiver Polarität am Ausgang des Triggers.

Der Betrieb dieser Version des Schmitt-Triggers wird durch die Graphen b und c in der gleichen Abb. veranschaulicht. 1. Durch Bewegen des variablen Widerstandsschiebers von einer Extremposition zur anderen haben Sie die Zufuhr einer sinusförmigen Wechselspannung an den Eingang des Triggers (Abb. 1, b) mit einer Amplitude von bis zu 3 V simuliert. Während die Spannung von die positive Halbwelle dieses Signals kleiner als ein bestimmter Wert war, der allgemein als obere Schwelle (Unop1) bezeichnet wird, behielt das Gerät seinen ursprünglichen Zustand. Bei Erreichen dieser Schwellenspannung von etwa 1,7 V (zum Zeitpunkt t1) schalteten beide Elemente in den entgegengesetzten Zustand und am Triggerausgang (am Ausgang des Elements DD1.2) erschien eine Hochpegelspannung. Eine weitere Erhöhung der positiven Spannung am Eingang ändert diesen Zustand der Triggerelemente nicht.

Beim Bewegen des Schiebers des Widerstands R1 in die entgegengesetzte Richtung, wenn die Spannung am Triggereingang auf den unteren Schwellwert (Unop2) abgesunken ist. gleich etwa 0,5 V (Zeitpunkt t2), schalten beide Elemente in ihren ursprünglichen Zustand. Am Triggerausgang erschien wieder ein hoher Spannungspegel.

Die negative Halbwelle hat den Zustand der Elemente, die den Schmitt-Trigger bilden, nicht verändert. Während dieses Halbzyklus öffnen die internen Dioden des Eingangskreises des DD1.1-Elements und schließen den Triggereingang zu einem gemeinsamen Draht.

Bei der nächsten positiven Halbwelle der Eingangswechselspannung bildet sich am Triggerausgang (Zeitpunkt t3 und t4) ein zweiter High-Pegel-Impuls Wiederholen Sie diesen Versuch mehrmals und je nach Anzeige des angeschlossenen Voltmeters Ein- und Ausgang des Triggers, Plot-Graphen, die seinen Betrieb charakterisieren. Sie sollten denen in den Diagrammen in Abb. 20. Zwei Elemente mit unterschiedlichen Schwellenwerten sind das charakteristischste Merkmal des Schmitt-Triggers.

Kommen wir nun zum Studium des Frequenzzählers. Das schematische Diagramm des zur Wiederholung vorgeschlagenen Frequenzmessers ist in Abb. 2 dargestellt. 1.1. Hier bilden die logischen Elemente DD1.2, DD1 und die Widerstände R3-R1 den bereits bekannten Schmitt-Trigger, und die verbleibenden zwei Elemente der Mikroschaltung bilden den Former ihrer Ausgangsimpulse, von denen die Messwerte des Mikroamperemeters PAXNUMX abhängen deren Wiederholungsrate. Ohne Former liefert das Gerät keine zuverlässigen Ergebnisse der Frequenzmessung, da die Dauer der Impulse am Triggerausgang von der Frequenz der am Eingang gemessenen Wechselspannung abhängt.

Einfacher Frequenzzähler
Reis. 2 Frequenzzähler

Kondensator C1 trennt sich. Durch ein breites Band von Schallfrequenzschwingungen blockiert es den Weg der konstanten Komponente der Signalquelle. Die VD2-Diode schließt die negativen Halbwellen der Eingangsspannung an die gemeinsame Leitung (sie dupliziert die internen Dioden am Eingang des DD1.1-Elements, sodass diese Diode nicht installiert werden kann). Die Diode VD1 begrenzt die Amplitude der an den Eingängen des Elements DD1.1 empfangenen positiven Halbwellen auf den Pegel der Versorgungsspannung.

Vom Ausgang des Schmitt-Triggers (vom Ausgang des Elements DD1.2) werden Impulse positiver Polarität dem Eingang des Formers zugeführt. Element DD1.3 wird vom Inverter eingeschaltet und DD1.4 wird für seinen vorgesehenen Zweck verwendet - als logisches Element 2I-NOT. Sobald am Eingang des Formers eine Spannung mit niedrigem Pegel auftritt - an den zusammengeschalteten Eingängen des DD1.3-Elements, schaltet es in einen einzigen Zustand und einer der Kondensatoren C4-C2 wird über ihn und den Widerstand R4 aufgeladen . Während sich der Kondensator auflädt, steigt die positive Spannung am unteren Eingang des DD1.4-Elements auf einen hohen Pegel. Dieses Element bleibt jedoch in einem einzigen Zustand, da an seinem zweiten Eingang sowie am Ausgang des Schmitt-Triggers ein niedriger Spannungspegel anliegt. In diesem Modus fließt ein kleiner Strom durch das Mikroamperemeter PA1.

Sobald am Ausgang des Schmitt-Triggers eine hohe Spannung auftritt, schaltet das DD1.4-Element in den Nullzustand und ein signifikanter Strom beginnt durch das Mikroamperemeter zu fließen, der durch den Widerstandswert eines der Widerstände R5-R7 bestimmt wird . Gleichzeitig schaltet das Element DD1.3 in den Nullzustand und der geladene Kondensator des Formers beginnt sich zu entladen. Nach einiger Zeit nimmt die Spannung daran so stark ab, dass das Element DD1.4 wieder in einen einzigen Zustand wechselt. Am Ausgang des Formers erscheint daher ein kurzer Impuls mit niedrigem Pegel (siehe Abb. 1, d), während dessen ein Strom durch das Mikroamperemeter fließt, der viel größer ist als der anfängliche. Der Auslenkwinkel der Mikroamperemeternadel ist proportional zur Pulswiederholrate: Je höher die Frequenz, desto größer der Winkel.

Die Dauer der Impulse am Ausgang des Formers wird durch die Dauer der Entladung des enthaltenen Zeiteinstellkondensators (C2, C4 oder C1.4) auf die Schaltspannung des Elements DD2 bestimmt. Je kleiner die Kapazität des Kondensators ist, desto kürzer ist der Impuls, desto größer ist die Frequenz des Eingangssignals, die gemessen werden kann. Mit einem zeiteinstellenden Kondensator C0,2 mit einer Kapazität von 20 μF ist das Gerät also in der Lage, die Schwingungsfrequenz von etwa 200 bis 3 Hz zu messen, mit einem Kondensator C0,02 mit einer Kapazität von 200 μF – von 2000 bis 4 Hz, mit ein Kondensator C2000 mit einer Kapazität von 2 pF – von 20 bis 5 kHz . Beim Einstellen der Abstimmwiderstände R7-R1,5 wird der Zeiger des Mikroamperemeters auf die Endmarkierung der Skala eingestellt, die der höchsten gemessenen Frequenz jedes Teilbereichs entspricht. Der minimale Wert der Wechselspannung, deren Frequenz gemessen werden kann, beträgt etwa 8 V und der maximale Wert 10 ... XNUMX V.

Betrachten Sie noch einmal die Grafiken in Abb. 1, um sich das Funktionsprinzip des Frequenzzählers zu merken, und ergänzen Sie dann den auf dem Steckbrett montierten Schmitt-Trigger mit den Details der Eingangsschaltung und des Treibers und testen Sie das Gerät in Aktion. Zu diesem Zeitpunkt ist kein Teilbereichsschalter erforderlich - ein Zeiteinstellungskondensator, beispielsweise C2, kann direkt an Klemme 13 des DD1.4-Elements und einer der Abstimmwiderstände oder ein Konstantwiderstand mit einem Widerstandswert von 2,2 angeschlossen werden ... 3,3 kOhm an die Mikroamperemeterschaltung angeschlossen werden. Mikroamperemeter RA1 - für den Strom der Gesamtablenkung des Pfeils 100 μA.

Schalten Sie nach Abschluss der Installation die Stromquelle ein und legen Sie Impulse mit hohem Pegel an den Eingang des Schmitt-Trigger-Elements DD1.1 an. Ihre Quelle kann ein Multivibrator gemäß der Schaltung in Abb. 10 oder ein ähnlicher Generator. Stellen Sie die Pulswiederholrate auf das Minimum ein. In diesem Fall sollte der Zeiger des RA1-Mikroamperemeters um einen kleinen Winkel stark abweichen, was die Effizienz des Frequenzmessers anzeigt. Wenn das Mikroamperemeter nicht auf Eingangsimpulse reagiert, müssen Sie einen anderen Widerstand R2 mit größerem Widerstand wählen. Allgemein kann sein Widerstand im Bereich von 1,8 bis 5,1 kOhm liegen.

Legen Sie als nächstes an den Eingang des Frequenzmessers (über den Kondensator C1) eine Wechselspannung von 3.. .5 V von einem Abwärtstransformator an. Nun sollte die Nadel des Mikroamperemeters um einen größeren Winkel abweichen als im vorherigen Versuch. Schließen Sie einen anderen Kondensator gleicher oder größerer Kapazität parallel zum Zeitkondensator an. Jetzt nimmt der Abweichungswinkel des Pfeils ab. Ebenso können Sie das Gerät im zweiten und dritten Messteilbereich testen, jedoch mit Eingangssignalen der entsprechenden Frequenz. Wenn Sie sich entscheiden, diesen Frequenzmesser in Ihr Heimmesslabor aufzunehmen, müssen seine Teile von der Steckplatine auf die Platine übertragen und die Trimmwiderstände R5-R7 darauf montiert werden (Abb. 22) und die Platine befestigt werden eine Kiste in passender Größe. Die Kondensatoren C2–C4 können jeweils aus zwei oder mehr Kondensatoren zusammengesetzt sein.

Das Aussehen des Designs des Frequenzmessers ist in Abb. 3 dargestellt. 1. Platzieren Sie auf der Frontplatte ein Mikroamperemeter, einen Teilbereichsschalter (z. B. einen Keks-PZZN oder einen anderen mit zwei Abschnitten für drei Positionen), Eingangsbuchsen (XS2, XSXNUMX) oder Klemmen.

Die Skala des Frequenzmessers ist für alle Messteilbereiche gleich und nahezu einheitlich. Daher ist es nur notwendig, festzustellen

die Anfangs- und Endgrenzen der Skala in Bezug auf einen von ihnen - auf den Teilbereich "20 .. .200 Hz", und passen Sie dann die Frequenzgrenzen der anderen beiden Messteilbereiche darunter an. Das auf der Skala abgelesene Messergebnis wird zukünftig beim Umschalten des Gerätes auf den Teilbereich „200.. .2000 Hz“ mit 10 multipliziert, beim Messen im Teilbereich „2.. .20 kHz“ mit 100 .

Einfacher Frequenzzähler
Reis. (3)23 Montageteile des Frequenzzählers. Reis. 4(24) Verstärker, der die Leistung des Frequenzmessers erhöht

Dies ist die Bewertungsmethode. Stellen Sie den Schalter SA1 auf die Messposition im Teilbereich "20 .. .200 Hz", den Motor des Trimmerwiderstands R5 auf die Position des höchsten Widerstands und legen Sie ein Signal mit einer Frequenz von 33 Hz mit einer Spannung von an 20 .. .1,5 B. Markieren Sie auf der Skala den Ausschlagwinkel des Mikroamperemeter-Zeigers. Stimmen Sie dann den Tongeber auf eine Frequenz von 2 Hz ab und stellen Sie den Instrumentenzeiger mit einem Trimmwiderstand R200 auf den Endstrich der Skala. Machen Sie danach entsprechend den Signalen des Tongenerators Markierungen auf der Skala, die 5, 30, 40 usw. bis 50 Hz entsprechen. Unterteilen Sie diese Abschnitte der Skala später in 190, 2 oder 5 Teile.

Anschließend schalten Sie den Frequenzmesser auf den zweiten Messteilbereich und legen an dessen Eingang ein Signal mit einer Frequenz von 200 Hz an. In diesem Fall sollte der Pfeil des Mikroamperemeters auf die Skalenmarkierung eingestellt werden, die der Frequenz von 20 Hz des ersten Teilbereichs entspricht. Genauer gesagt können Sie ihn auf diese anfängliche Skalenmarkierung einstellen, indem Sie den Kondensator C3 auswählen oder einen zweiten (dritten usw.) Kondensator parallel dazu schalten, was deren Gesamtkapazität etwas erhöht.

Legen Sie danach ein Signal mit einer Frequenz von 200 Hz vom Generator an den Eingang des Geräts an und stellen Sie die Mikroamperemeternadel mit einem Trimmerwiderstand R6 auf die letzte Markierung der Skala. Passen Sie ebenso die Grenzen des dritten Teilbereichs der gemessenen Frequenz an die Skala des Mikroamperemeters an - 2.. .20 kHz. Eventuell fallen die Frequenzmessgrenzen auf den Subbändern anders aus oder Sie möchten diese ändern. Tun Sie dies mit einer Auswahl von Timing-Kondensatoren C2-C4.

Möglicherweise möchten Sie die Empfindlichkeit des Frequenzzählers erhöhen. In diesem Fall muss der einfachste Frequenzmesser durch einen Eingangssignalverstärker ergänzt werden, beispielsweise unter Verwendung eines n-p-n-Transistors mit geringer Leistung oder, noch besser, einer analogen K118UP1G-Mikroschaltung (Abb. 4). Bei dieser Mikroschaltung handelt es sich um einen dreistufigen Verstärker für Videokanäle von Fernsehempfängern mit großer Verstärkung. Sein 14-Pin-Gehäuse ist das gleiche wie das der K155LAZ-Mikroschaltung, verfügt jedoch über den 7. positiven Stromausgang und den 14. negativen Stromausgang. Mit einem solchen Verstärker erhöht sich die Empfindlichkeit des Frequenzmessers auf 30 ... 50 mV.

Schwingungen der gemessenen Frequenz können sinusförmig, rechteckig, sägezahnförmig sein - beliebig. Über den Kondensator C1 gelangen sie in den Eingang (Pin 3) der DA1-Mikroschaltung und nach Verstärkung vom Ausgang (Pin 10 mit Pin 9 verbunden) gelangt die Mikroschaltung über den Kondensator C3 zum Eingang des Schmitt-Triggers der Frequenz Meter. Der Kondensator C2 eliminiert eine interne negative Rückkopplung, die die Verstärkungseigenschaften der Mikroschaltung schwächt.

Die Dioden VD1, VD2 und der Widerstand R1 (Fig. 2) können nun entfernt und an ihrer Stelle ein analoger Chip DA1 und Oxidkondensatoren montiert werden. Der K118UP1G-Chip kann durch K118UP1V oder K118UP1A ersetzt werden. Aber in diesem Fall wird die Empfindlichkeit des Frequenzmessers etwas geringer sein.

Siehe andere Artikel Abschnitt Anfänger Funkamateur.

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