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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Digitale Skala des AF-Generators. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Zur Frequenzeinstellung bei Messgeneratoren für Sinussignale werden meist Skalengeräte verwendet, die mechanisch mit dem Bedienelement des Gerätes verbunden sind. Ihre Mängel sind bekannt: Dies ist die Komplexität der Herstellung, die Notwendigkeit einer Kalibrierung anhand eines beispielhaften Generators oder Frequenzmessers und in einigen Fällen eine unzureichende Genauigkeit der Frequenzeinstellung, was nicht nur von der Konstruktion des Lesegeräts abhängt, sondern auch auch von der Stabilität der Parameter der Funkelemente der Frequenzeinstellschaltungen. Die sogenannten elektrischen Waagen sind von diesen Mängeln weitgehend frei. Im einfachsten Fall handelt es sich um einen analogen Frequenzmesser, dessen Funktionsweise auf der Messung der durchschnittlichen Spannung einer Folge von Impulsen mit konstanter Dauer basiert, die aus einem erzeugten Signal gebildet werden. Allerdings bietet eine solche Waage auch eine relativ geringe Frequenzeinstellgenauigkeit (bestenfalls 1 ... 3 %) und ihre Kalibrierung erfordert auch einen vorbildlichen Generator. Durch den Einsatz digitaler Methoden zur Frequenzmessung können Sie alle Mängel beseitigen, die sowohl mechanischen als auch elektrischen Waagen innewohnen. Die Frequenz wird dabei direkt in digitaler Form und mit hoher Genauigkeit gezählt, bestimmt durch die Stabilität des sogenannten Messzeitintervalls. Die digitale Waage vereinfacht den Aufbau und die Herstellung des Generators, da sie als separate, funktionsfähige elektronische Einheit zusammengebaut und an jeder geeigneten Stelle im Gerät platziert werden kann. Die einfachste digitale Methode zur Frequenzmessung ist die direkte Zählmethode, die darin besteht, die Anzahl der Perioden des erzeugten Signals für einen bekannten Zeitraum – das Messzeitintervall – zu zählen. Um die Frequenz mit einer Genauigkeit von 1 Hz zu bestimmen, muss sie gleich 1 s sein. Wenn aus einem Sinussignal eine Folge von Impulsen gebildet wird, deren Fronten mit den Zeitpunkten des Übergangs der Sinusspannung durch den Nullpegel zusammenfallen, und deren Anzahl gezählt wird, kann das Messzeitintervall mit der gleichen Genauigkeit ermittelt werden halbiert. Durch die Verwendung eines Verdopplungsknotens in der Digitalwaage wird die Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Frequenzänderung durch das Regelelement und dem Beginn der Anzeige des Messergebnisses reduziert, was bei der Einstellung der Frequenz mit einer Genauigkeit von 1 von großer Bedeutung ist Hz. Allerdings ist die Zeitverzögerung mit 0,5 s bei grober Einstellung des Generators immer noch groß. Daher wird neben einer digitalen Skala, die eine genaue Frequenzeinstellung ermöglicht, manchmal auch eine zusätzliche mechanische Skala zur Grobabstimmung verwendet. Sie können es auch anders machen: Reduzieren Sie die Zeitverzögerung um eine andere Größenordnung, d. h. geben Sie in die Digitalwaage den zweiten Betriebsmodus („Grob“) ein, bei dem das Messzeitintervall 0,05 s und die Frequenzmessgenauigkeit ± 10 Hz beträgt. Eine einfache Verkürzung des Messzeitintervalls um das Zehnfache führt jedoch dazu, dass sich der Wert der angezeigten Frequenz auf der Skala um eine Dezimalstelle nach rechts verschiebt, was das Ablesen der Informationen erschwert. Um diesen Mangel zu beseitigen, sollte eine Folge von Impulsen eines Sinussignals mit doppelter Frequenz im „Rough“-Modus an den zweiten Dezimalzähler der Digitalwaage angelegt werden. In diesem Fall wird jede Ziffer der Zahl, die die gemessene Frequenz bestimmt, immer an derselben Stelle angezeigt. Das Gerät ermöglicht eine Frequenzmessung im Bereich von 1 Hz bis 1 MHz. Die Amplitude des Eingangssignals beträgt bis zu 15 V. Die Messgenauigkeit, die Messzeit und die Frequenzanzeige betragen je nach Betriebsart ±10 Hz, 0,05 und 0,2 s (im „Rough“-Modus) und 1 Hz, 0,5 und 2 mit („Genau“). Stromverbrauch - nicht mehr als 50 mA. Das Gerät besteht aus einem Eingangsformer, einem Frequenzverdoppler, einem Sensor zur Messung von Zeitintervallen, einem Wähler und einem Impulszähler sowie einer Betriebsartumschalteinheit. Der Eingangsformer am Komparator DA1 ist ein Schmitt-Trigger. Sein positiver Rückkopplungskreis wird durch die Widerstände R3 und R6 gebildet. Die von ihm aus einem Sinussignal gebildete Impulsfolge gelangt über die Wechselrichter DD1.1, DD1.2 zu einem Frequenzverdoppler aus den Elementen R5, C2 und DD3.1. Die Wechselrichter DD1.1 und DD1.2 sorgen für die notwendige Steilheit der Fronten und Flanken der Impulse, die die Genauigkeit des Frequenzverdopplers bestimmt. Vom Ausgang des Elements DD3.1 wird eine Folge kurzer positiver Impulse mit doppelter Frequenz einem der Eingänge (Pin 9) des Wählers zugeführt, dessen Funktionen vom Element DD1.3 übernommen werden. Der Messzeitintervallsensor enthält einen Hauptoszillator, einen Frequenzteiler, eine Erstinstallationseinheit und einen Nullungsimpulsformer. Der aus den Elementen DD2.1, DD2.2 zusammengesetzte Hauptquarzoszillator erzeugt Impulse mit einer Wiederholungsrate von 100 kHz, die über die Wechselrichter DD2.3 und DD2.4 zum Frequenzteiler auf den Mikroschaltungen DD4-DD9 gelangen. Der Teiler umfasst sechs Zähler, von denen zwei (DD6, DD8) die Frequenz durch fünf und der Rest durch zehn teilen. Die Erstinstallationseinheit, die auf den Elementen VD2, R10, C4, DD1.4 durchgeführt wird, setzt die Teilerzähler zurück, wenn das Gerät eingeschaltet wird. Die Betriebsartumschalteinheit ist auf einem DD10-Chip, DD11.1-DD11.3-Elementen, einem VT1-Transistor und einem SB1-Schalter aufgebaut. Im „Precise“-Modus werden die Impulse vom Ausgang des Zählers DD5 über die Elemente DD11.1, DD11.3 dem Eingang C des Zählers DD6 zugeführt und der gesamte Teiler ist am Betrieb des Gerätes beteiligt. Gleichzeitig entsteht am Ausgang des Zählers DD9 eine Folge von Impulsen mit einer Dauer von 0,5 s und einer Wiederholrate von 0,4 Hz. Im „Rough“-Modus ist der DD5-Zähler vom Teiler ausgeschlossen und die Impulse vom Ausgang des vorherigen (DD4) über die Elemente DD11.2 und DD11.3 gelangen zum Zähler DD6 und eine Folge von Impulsen mit Am Ausgang des Teilers entsteht eine Dauer von 0,05 s und eine Wiederholrate von 4 Hz.
Die Impulse vom Ausgang des Zählers DD9 werden dem zweiten Eingang (Pin 8) des Elements DD1.3 und dem auf den Elementen DD3.3, DD3.4, DD11.4 montierten Reset-Impulsgenerator zugeführt. Am Ausgang des DD3.4-Elements erscheinen kurze Impulse, die den Impulszähler auf den Mikroschaltungen DD12-DD17 periodisch vor Beginn jedes Messzyklus auf Null setzen. Der Transistorschlüssel VT2 löscht die Skalenanzeigen für die Dauer der Frequenzmessung. Die Impulse vom Selektorausgang werden dem Impulszähler über das DD3.2-Element zugeführt, wodurch ein unnötiger Betrieb des Zählers an der Flanke des Impulses, der das Messzeitintervall festlegt, vermieden wird. Der Impulszähler umfasst sechs gleichartige Neuberechnungsknoten. Im „Precise“-Modus sind alle Knoten über die Elemente DD10.2, DD10.4 in Reihe geschaltet und Doppelfrequenzimpulse vom Ausgang des Selektors gelangen zum Eingang des niederwertigen Ziffernknotens (DD12, HG1). ). Im „Grob“-Modus werden diese Impulse durch die Elemente DD10.3, DD10.4 der zweiten Zähleinheit (DD13, HG2) zugeführt und der Transistorschlüssel VT1 schaltet die Anzeige der niedrigstwertigen Dezimalstelle aus Skala. Der Anzeigepunkt HG4 auf der Digitalskala trennt die Ziffern, die die Frequenz in Kilohertz und Hertz angeben. Wenn es nicht erforderlich ist, die Frequenz mit einer Genauigkeit von 1 Hz zu messen, kann die Skala vereinfacht werden, indem die Elemente SB1, DD5, DD10, DD11.1-DD11.3, DD12, HG1, VT1, R11 ausgeschlossen und der Ausgang angeschlossen werden des DD4-Zählers an Pin 4 des DD6-Chips und der Ausgang des Elements DD3.2 - mit dem Eingang C des Zählers DD13. Mit einer Senkung der oberen Betriebsfrequenz von 1 MHz auf 600 kHz ist es möglich, das Gerät weiter zu vereinfachen und den K176IE3-Chip anstelle von K176IE4 in der höherwertigen Ziffer des Zählers (DD17) zu verwenden. In diesem Fall sind zusätzlich die Elemente DD1.1, DD1.2, DD2.3, DD2.4 ausgeschlossen, der Ausgang des DD2.2-Elements ist mit dem Eingang C des DD4-Zählers und Pin 7 des DA1 verbunden Der Chip ist mit Pin 2 des DD3.1-Elements und dem Widerstand R5 verbunden. Das Gerät verwendet einen Quarzresonator (ZQ1) aus dem „Quartz-21“-Set. Stattdessen können Sie einen Quarzresonator mit einer Frequenz von 1 MHz verwenden, indem Sie einen weiteren K176IE4-Zähler zum Frequenzteiler hinzufügen und ihn zwischen dem DD2.4-Element und dem DD4-Chip einbinden. Anstelle der im Diagramm angegebenen kann das Gerät sowohl ikonische LED-Anzeigen anderer Typen als auch kathodolumineszierende Anzeigen verwenden. Der Verdrahtungsplan für den Kathodolumineszenzindikator IV3 ist in Abb. 2 dargestellt. In diesem Fall ist der Widerstand R12 des Hauptstromkreises nicht mit einem gemeinsamen Draht, sondern mit dem Emitter des Transistors VT2 verbunden. Darüber hinaus ist eine zusätzliche Spannungsquelle von 3 V erforderlich, um die IV0,7-Anzeigen zu versorgen.
Der Verdrahtungsplan für die LED-Anzeigen ALS324B oder ALS321B ist in Abb. 3 dargestellt. Als Transistorschalter VT1-VT7 können Sie alle Siliziumtransistoren mit einer zulässigen Kollektor-Emitter- und Basis-Emitter-Spannung von mindestens 10 V und einem Kollektorstrom von mindestens 10 mA verwenden (KT312B, KT3102B, KT315 mit beliebigem Buchstabenindex, K1NT251). , usw.). In diesem Fall muss der Transistor VT2 des Geräts zusammengesetzt sein. Die Basis des zusätzlichen Transistors KT807B ist mit dem Emitter des Transistors VT2, der Kollektor mit seinem Kollektor und der Emitter mit den Umwandlungsknoten (Pin 4) verbunden. Darüber hinaus ist ein leistungsstärkeres Netzteil erforderlich, da die Stromaufnahme der Waage auf 300 mA ansteigt.
An den Eingang der digitalen Waage können Signale mit einer Amplitude von bis zu 15 V angelegt werden, da die zulässige Eingangsspannung des Komparators K521CA3 (DA1) 30 V nicht überschreitet. Um die Frequenz von Signalen höherer Ebene zu messen, muss die Waage dies tun mit einem Überlastschutz oder einem Eingangsteiler ergänzt werden, der die Spannung an den Komparatoreingängen auf den zulässigen Wert senkt. Bei der Herstellung des Geräts wird zwischen den Stromleitungen jedes Mikroschaltkreises ein 1000-pF-Kondensator installiert. Um die Auswirkungen von Impulsgeräuschen auf den Generator zu verringern, ist der digitale Teil der Waage in einer Metallabschirmung untergebracht, die an einer Stelle mit dem gemeinsamen Kabel des Generators verbunden ist. Wenn die Waage für den Betrieb mit einem Tongenerator ausgelegt ist, der Signale mit niedrigem Pegel und harmonischem Koeffizienten erzeugt, müssen die Verbindungskabel zwischen den Anzeigegeräten HG1 und HG6 und den Messgeräten besonders sorgfältig abgeschirmt werden, da sie besonders starke Impulsgeräusche verursachen können bei Verwendung des ALS324B oder ALS321B. Sie können Impulsgeräusche vollständig eliminieren, indem Sie die Waage nach dem Einstellen der Generatorfrequenz ausschalten, wofür Sie einen separaten Schalter vorsehen müssen. Wenn Sie beabsichtigen, die digitale Skala des Generators zur Messung der Frequenz von Signalen anderer Quellen zu verwenden, empfiehlt es sich, an der Frontplatte eine zusätzliche Buchse und einen Schalter zu installieren, der den Eingang des Geräts entweder mit dem Generatorausgang oder mit verbindet diese Steckdose. Bei der Feststellung wird zunächst mit einem Oszilloskop das Vorhandensein von Impulsfolgen am Ausgang des Sensors zur Messung von Zeitintervallen überprüft. Anschließend wird dem Eingang des Gerätes ein Sinussignal mit einer Amplitude von etwa 0,5 V zugeführt. Gleichzeitig sollten am Ausgang des Frequenzverdopplers (Pin 3 des Geräts) Impulse mit einer Amplitude von mindestens 3.1 V zu beobachten sein DD8-Element). Versorgungsspannung von 8,1 und 9,9 V. Im Falle einer Diskrepanz zwischen den Messwerten der Skala und der Frequenz des Generators muss der Kondensator C5 ausgewählt werden, der den Nullungsimpulsteiler beeinflusst. Autor: V. Wlassenko
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