Zwei analoge Frequenzzähler. Schema, Beschreibung

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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK
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Zwei analoge Frequenzzähler. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik

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Beim NF-Generator [1] wird die Frequenz des Ausgangssignals anhand der Messwerte eines einfachen Frequenzmessers mit Messuhr eingestellt. Die Erfahrung mit einem solchen Generator hat bestätigt, dass es möglich ist, eine ausreichende Frequenzeinstellungsgenauigkeit zu erhalten. In einigen Fällen kann jedoch der Frequenzmesser selbst durch parasitäre Verbindungen erhebliche Störungen in das Generatorsignal einbringen. Als „analog“ ist er schließlich nur mit einigen Annahmen zu erkennen, da bereits im Eingangsformer des „Mäanders“ Oberschwingungen höherer Ordnung auftreten und Störungen durch einen einzelnen Schwinger hinzukommen. Daher können die meisten analogen Frequenzmesser und Kombinationen aus „analogem Frequenzmesser mit Digitalanzeige“ oder „digital mit Zeigerwerk“ kaum als rein analog bezeichnet werden.

Zwei analoge Zähler
Fig. 1

Bei einem analogen Gerät mit erhöhter Empfindlichkeit ist es wünschenswert, Impulssignale insgesamt zu vermeiden. Eine der einfachsten Lösungen besteht darin, das über den RC-Teiler angelegte Signal mit einem Wechselstromvoltmeter zu messen. Die Schaltung des analogen Frequenzmessers ist sehr einfach (Abb. 1). Die Kapazität Xc des Kondensators nimmt mit zunehmender Signalfrequenz ab: Xc = 1/ωС (ω= 2πF), und die Spannung am Eingang des Voltmeters hängt nur von der Frequenz und Spannung des Signals Uc ab. Bei einem Signal mit konstanter Amplitude ändert sich der Voltmeterwert proportional zur Änderung seiner Frequenz. Normalerweise werden im Generator immer Maßnahmen ergriffen, um die Amplitude des Ausgangssignals zu stabilisieren, und es gibt keine Schwierigkeiten, seine Frequenz zu bestimmen.

Zwei analoge Zähler
Fig. 2

Auf Abb. 2 zeigt ein Diagramm eines einfachen, rein analogen Frequenzzählers, der dem Generatorsignal keine Störungen (Harmonische) hinzufügt [1]. Sein nicht immer nachteiliges Merkmal ist die frequenzabhängige Eingangsimpedanz, die im hochfrequenten Teilbereich von 20 kΩ bei 10 kHz auf 2 kΩ bei 100 kHz abfällt. Das Voltmeter ist auf dem Chip eines Zweikanal-Detektors/Gleichrichters K157DA1 hergestellt. Der zweite Kanal dient als Ausgangssignal Voltmeter im Generator.

Der DA1-Chip liefert eine Ausgangsspannung von mindestens 10 V, und die Auswahl der Mikroamperemeter ist nicht schwierig. Daher zeigt das Diagramm verschiedene Typen - diejenigen, die zum Verkauf angeboten wurden. Der variable Widerstand R1 und der DA2.1-Chip mit der OOS-Schaltung entsprechen R19 und DA5.1 der Ausgangsstufe des Generators, der im Diagramm in Abb. 2 gezeigt ist. 1 [17,5]. Seine Stromversorgung erfolgt über eine bipolare Spannungsquelle +/-XNUMX V.

In einfachsten Fällen oder bei kleinen Generatorgrößen kann auf ein Mikroamperemeter verzichtet werden, indem man es mit einem Schalter an den gewünschten Ausgang anschließt, um die Frequenz einzustellen oder die Generatorausgangsspannung zu messen. Voltmeterschaltungen sind die gleichen. Die Trimmerwiderstände R12 und R13 werden verwendet, um die Anfangsspannung am Ausgang der Mikroschaltung zu kompensieren und den Anfangsabschnitt der Instrumentenskala zu linearisieren.

Beim Mikroamperemeter muss die Skala ausgetauscht werden, wozu das Gehäuse vorsichtig geöffnet werden muss. Die Skala selbst kann mit FrontDesigner 3.0 sehr schnell gezeichnet werden. Dieses russifizierte Programm wird bei der Gestaltung von vorderen Instrumententafeln verwendet. Es gehört zur selben Serie wie das beliebte Layout (zum PCB-Layout) und SPIan (zum Zeichnen von Schaltkreisen). Für den nichtkommerziellen Gebrauch wird es kostenlos verteilt und ist im Internet leicht zu finden. Natürlich ist es in seinen Fähigkeiten dem CorelDRAW-Programm unterlegen, aber es ist unvergleichlich einfacher und schneller zu beherrschen und damit zu arbeiten.

Zwei analoge Zähler
Fig. 3

Als praktischer hat sich herausgestellt, dass der Frequenzmesser keine 100er-Teilung, sondern 110er-Teilung hat, was die Feinabstimmung des Generators auf eine Frequenz von 1 kHz bei der Messung des Oberschwingungskoeffizienten mit einem Millivoltmeter erheblich erleichtert [2] . Für ein Beispiel in Abb. 3 zeigt eine Skizze der Frontplatte mit einer analogen Frequenzmesserskala mit automatischer Auswahl der Messgrenze.

Wenn Sie jedoch ein analoges Frequenzmessgerät als eigenständiges Gerät verwenden oder es beispielsweise in ein Voltmeter einbauen müssen, können Sie den Frequenzbereich des Generators nicht mit dem Schalter auswählen. Und da nicht immer etwas über das gemessene Signal im Voraus bekannt ist, ist eine automatische Auswahl der Messgrenze wünschenswert. Dabei wurde nur ein Artikel gefunden [3]. Der dort vorgeschlagene Frequenzmesser ist nicht nur komplex im Aufbau, sondern kann auch merkliche Störungen durch gepulste Signale erzeugen.

Zwei analoge Zähler
Fig. 4

Wird in der automatischen Bereichsumschaltung ein RC-Teiler verwendet, so kann auch hier eine deutliche Vereinfachung erreicht und der Knoten mit einem Impulssignal eliminiert werden. Das Schema eines solchen Frequenzmessers ist in Abb. 4. Hier muss das RC-Glied auf einen größeren Frequenzbereich ausgelegt werden, um die Schaltgrenzen „100 Hz“, „1 kHz“ und „10 kHz“ sicher einstellen zu können. Vom Ausgang der RC-Schaltung wird das Signal über einen Gleichrichter auf dem Chip K157DA1 (DA1) zu den Komparatoren des Chips DA3 (LM324N) geleitet. Die Komparatorschwellen werden mit den Trimmern R30 (Teilbereich bis 100 kHz), R32 (bis 10 kHz) und R33 (bis 1 kHz) eingestellt. Bei sehr niedrigen Frequenzen oder niedrigen Signalpegeln sind alle Komparatoren ausgeschaltet und die LEDs leuchten nicht. Bei einem Signal mit einer Frequenz kleiner 100 Hz und einer Spannung größer 50 ... 70 mV leuchtet die rote LED HL4 („100 Hz“). Versorgungsspannung - +/-15 V.

Zwei analoge Zähler
Fig. 5

Auf Abb. Abbildung 5 zeigt eine Leiterplattenzeichnung für einen analogen automatischen Frequenzmesser. Beim Verdrahten der Leiterplattenleiter wurde das Programm Sprint Layout 3.0 verwendet; Viele Leiterplattenhersteller akzeptieren elektronische Zeichnungen in diesem Format.

Zwei analoge Zähler
Fig. 6

Das Aussehen der analogen Frequenzmesserbaugruppe ist in der Foto-Abb. 6.

Das hergestellte Gerät ist wie folgt aufgebaut. Vor dem Abstimmen ist es besser, einen der Drähte vom Mikroamperemeter PA1 abzulöten, um ihn nicht versehentlich zu deaktivieren. Der Trimmerwiderstand R28 muss auf die maximale Widerstandsposition eingestellt werden.

Beim Einstellen wird ein Signal von einem Generator mit einer Spannung von 1 V verwendet.Bei einer Frequenz von 100 kHz stellt ein Trimmwiderstand R12 eine Spannung von 8 V am Ausgang 10 des DA2-Detektors ein. Dann wird bei einer Frequenz von 10 kHz die Ansprechschwelle des Komparators DA3.1 durch den Widerstand R30 genau so eingestellt, dass die LED HL2 erlischt und HL1 ("100 kHz") aufleuchtet. Die Art der LED spielt keine Rolle. Es ist ratsam, die HL100-LED im niedrigsten Frequenzbereich ("4 Hz") auf Rot zu stellen, bei einer Frequenz von bis zu 1 kHz (HL3) - Gelb, bei einer Frequenz von bis zu 10 kHz (HL2) - Grün. Für den Teilbereich der höchsten Frequenzen (bis 100 kHz) können Sie die blaue HL1-LED einstellen.

Vom Ausgang des Komparators DA3.1 wird das Steuersignal dem elektronischen Schlüssel VT3 zugeführt, der die dem Teilbereich entsprechenden Widerstände im RC-Teiler (C11R13R14) verbindet. Dann werden bei Frequenzen von 1 kHz und 100 Hz die Betriebsschwellen der Komparatoren DA3.2 (Widerstand R32) und DA3.3 (R33) eingestellt. Der DA3.4-Komparator schaltet die HL4-LED bei sehr niedrigen Eingangssignalpegeln aus, wie dies im industriellen INI C6-11 der Fall ist. Die Schwelle für seinen Betrieb kann durch Auswahl des Widerstands R34 eingestellt werden. KT3102G funktionieren recht zufriedenstellend als elektronische Schlüssel, aber es können auch andere Siliziumtransistoren verwendet werden.

Im tiefsten Frequenzteilbereich, wenn alle elektronischen Schalter geöffnet sind, wird der Widerstand im RC-Teiler durch die Widerstände R22, R23 bestimmt. Bei einer Frequenz von 90 Hz setzt der Trimmwiderstand R23 die Spannung an Pin 12 des DA2-Chips auf 2,5 V. Wenn der Komparator DA3.3 ausgelöst wird, schaltet der elektronische Schlüssel VT5 eine zusätzliche Schaltung von R22, R23 parallel zu Widerständen R20, R21. Dann wird bei einer Frequenz von 900 Hz die gleiche Spannung wie bei 90 Hz mit einem Abstimmwiderstand R21 eingestellt. Auf dem nächsten Teilbereich (bis 10 kHz) erreicht der Trimmwiderstand R17 die gleiche Spannung bei einer Frequenz von 9 kHz, und schließlich wird die gleiche Einstellung mit einem Widerstand R14 bei einer Frequenz von 90 kHz durchgeführt. Steuerfrequenzen werden unterhalb des Maximums gewählt, damit keine automatische Bereichsumschaltung erfolgt.

Dann wird der Messkopf angeschlossen und bei einem Signal mit einer Frequenz von 500 Hz werden die Messwerte des Geräts mit einem Abstimmwiderstand R28 genau eingestellt. Ihre Einhaltung wird bei einer Frequenz von 200 Hz überprüft und ggf. mit einem Abstimmwiderstand R18 korrigiert. Als nächstes müssen Sie die Genauigkeit der Waage in allen Bereichen überprüfen.

An den Eingang des Frequenzmessers "A" (an die Kondensatoren C10 und C11) muss ein Signal mit konstanter Spannung angelegt werden, da eine Spannungsänderung am Eingang des Frequenzmessers einen proportionalen Fehler in seine Messwerte einführt. Ohne automatische Verstärkungsregelung wird es hier nicht gehen. Das Voltmeter [2] hat bereits einen sehr guten Autoregulator (ARUR) zur automatischen Kalibrierung des nichtlinearen Verzerrungsmessers, in anderen Fällen muss ein Trägheits-ARUR am Eingang installiert werden. Es ist nicht erforderlich, sehr kleine Verzerrungen durch den Autoregulator oder bestimmte dynamische Eigenschaften [4] zu erreichen, aber die Charakteristik der Pegelstabilisierung sollte über den gesamten Bereich der gemessenen Spannungen horizontal sein.

In dem in Abb. 4 der Niederfrequenz-Frequenzmesserschaltung (bis 100 kHz) sorgt ein einfacher Autoregler am Eingang für eine ausreichende Genauigkeit für die Amateurfunkpraxis, wenn die Signalspannung im Bereich von 0,1 ... 10 V liegt.
Die durch den Autoregulator eingeführten Verzerrungen erlauben keinen Einsatz in Musikaufnahme- und -wiedergabegeräten, aber er bewältigt erfolgreich die AGC-Aufgabe in solchen Messgeräten. Um die Messwerte bei hohen Frequenzen (50 ... 100 kHz) nicht zu unterschätzen, musste im ARUR ein höherfrequenter Operationsverstärker K544UD2A (DA1) verwendet werden. Der Trimmwiderstand R2 stellt die Pegelstabilisierungsschwelle ein, wodurch bei einer Eingangsspannung von 1 ... 0,1 V eine Ausgangsspannung von etwa 10 V erreicht wird. Die Abweichung von diesem Wert bestimmt hauptsächlich den Messfehler.

Es ist sehr praktisch, solche Geräte mit digitalen Oszilloskopen einzurichten, deren Vorteile bekannt sind. Früher schreckten Amateurfunk-Oszilloskope vor hohen Preisen zurück, mittlerweile gibt es aber relativ preiswerte digitale Speicheroszilloskope auf dem Markt. So sind ein Zweikanal-Oszilloskop PDS 5022S (bis 20 MHz) von Owon mit großem Farbdisplay (7,8 Zoll) oder ein ähnliches ASK-2525-Oszilloskop günstiger als das bekannte Einkanal-Oszilloskop C1-94. Natürlich stehen diese genannten Geräte nicht jedem zur Verfügung, aber mit Hilfe eines solchen Oszilloskops wird das Einrichten einiger Geräte, wie zum Beispiel eines Frequenzzählers, zum Vergnügen, zumal das Ablesen sowohl der Frequenz als auch der Signalamplitude erfolgt sofort sichtbar. Vier Oszillogramme können gespeichert und bei Bedarf auf einem Monitor abgerufen oder auf einem Computer aufgezeichnet werden.

Literatur

1. Kuznetsov E. Niederfrequenz-Messgenerator mit analogem Frequenzmesser. - Radio, 2008, Nr. 1, p. 19-21.
2. Kuznetsov E. Voltmeter - INI mit
automatische Auswahl der Messgrenze. - Radio, 2008, Nr. 5, p. 19-22, Nr. 6, p. 19-21.
3. Griev Yu Analoger Frequenzmesser mit automatischer Auswahl der Messgrenze: Sat. "Dem Funkamateur helfen", Bd. 108, p. 40-51. - M.: Patriot, 1990.
4. E. Kuznetsov Automatische Regler für den Pegel von Audiosignalen. - Radio, 1998, Nr. 9, p. 16-19.

Autor: E. Kuznetsov, Moskau; Veröffentlichung: radioradar.net

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