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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Kombinierter Frequenzmesser. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Die Besonderheit des vorgeschlagenen Frequenzmessers besteht darin, dass Sie zusätzlich zu seiner Hauptfunktion die Induktivität verschiedener Spulen, die Resonanzfrequenz der Schaltkreise und die Kapazität von Kondensatoren bestimmen können. Deshalb wird der Frequenzmesser kombiniert genannt. Ein kombiniertes Gerät, dessen Schaltplan in Abb. 1 dargestellt ist, wird dem Amateurfunkentwickler ein guter Helfer sein. Für die Herstellung sind keine knappen Teile erforderlich; die Einrichtung und Bedienung ist einfach. Das Gerät kann die Frequenz von Signalen mit einer Amplitude von 0,1...5 V in Sinus- oder Rechteckform im Bereich von 50 Hz bis 500 kHz sowie eine Induktivität von 4 μH bis 1 H messen. Zur besseren Lesbarkeit ist der Betriebswertebereich in vier Teilbereiche unterteilt. Der erste von ihnen wird bei der Messung von Frequenzen bis 500 Hz installiert. Die zweite Möglichkeit besteht darin, eine Frequenz von 500 Hz bis 5 kHz oder eine Induktivität von 40 mH bis 1 H zu messen. Der dritte - bei einer Signalfrequenz von 5 bis 50 kHz Induktivitätswerte von 0,4...40 mH. Und der vierte Teilbereich – mit einer Signalfrequenz von 50 bis 500 kHz und Induktivitätswerten von 4...400 μH. Mit dem Schalter SA2 wird der gewünschte Teilbereich und mit SA1 der Messmodus (Frequenz oder Induktivität) eingestellt. Der Frequenzmessfehler überschreitet nicht 5 %. Das Funktionsprinzip des Frequenzmessers basiert auf der Umwandlung des Eingangssignals in eine Folge von Rechteckimpulsen mit stabiler Dauer und Amplitude und der anschließenden Messung des durchschnittlichen Stromwerts dieser Folge mit einem Mikroamperemeter. Die Funktionsweise des Frequenzmessers wird anhand der Diagramme in Abb. 3 vereinfacht erläutert. Das untersuchte Signal (Abb. 3, a) wird dem Eingang des Pufferknotens zugeführt, der am Transistor VT1 erfolgt. Der Zweck des Knotens besteht darin, eine hohe Eingangsimpedanz und eine minimale Eingangskapazität des Frequenzmessers bereitzustellen. Vom Ausgang des Knotens gelangt das Signal über den Abschnitt SA1.1 des Schalters SA1 zu einem Konverter, der aus den Elementen DD4.1, DD4.2 besteht. Es dient dazu, aus einem beliebig geformten Eingangssignal eine Folge von Rechteckimpulsen zu bilden, die vom Ausgang des Elements DD4.2 (Abb. 3, b) entweder direkt zum Eingang des Wechselrichters am Transistor VT2 gelangt (sofern eingestellt). erstes Unterband) oder an den Eingang des Frequenzteilers (bei Arbeiten an anderen Unterbändern) an den Zählern DD1 - DD3. Jeder der Zähler teilt die Frequenz des Eingangssignals durch 10, daher beträgt die Frequenz der Impulsfolge am Eingang des Transistorwechselrichters unabhängig vom eingestellten Teilbereich nicht mehr als 500 Hz. Der DD4.3-Wechselrichter und das DD4.4-Element sind mit einem amplituden- und dauerstabilen Impulsgenerator ausgestattet. Die Hochspannung vom Kollektor des Transistors VT2 (Abb. 3, c) wird dem Eingang des Wechselrichters DD4.3 und der Integrierschaltung R8 R9 C6 zugeführt. Am oberen Eingang des DD4.4-Elements in der Schaltung wird die Spannung auf einen niedrigen Pegel (Abb. 3, d) und an seinem unteren Eingang auf einen hohen Pegel (Abb. 3, e) eingestellt, jedoch mit eine Zeitverzögerung, die vom Wert der Zeitkonstante der Integrierschaltung abhängt. Die Dauer der Verzögerung wird durch den Trimmwiderstand R8 eingestellt und sein Wert bestimmt die Dauer der Impulse t am Ausgang des Elements DD4.4 (Abb. 3, e). Der durchschnittliche Stromwert der Folge dieser Impulse wird mit einem Mikroamperemeter PA1 gemessen. Der aktuelle Wert ist proportional zur Frequenz des Eingangssignals.
Wie funktioniert ein Induktivitätsmessgerät? Für diesen Modus wird der Schalter SA1 in die Position „L“ gebracht. Der auf den Elementen DD4.1, DD4.2 basierende Wandler verwandelt sich in einen Generator, dessen Frequenz durch den Wert der Kapazität des Kondensators C2 und der Induktivität der Spule Lx bestimmt wird – er ist an die Buchsen X2, X3 angeschlossen. Der Frequenzwert wird mit einem Frequenzmesser gemessen (sein Betrieb ist oben beschrieben) und die Induktivität wird nach folgender Formel berechnet: Lx = 1/f^2, wobei Lx in μH und af in MHz angegeben ist. Zur besseren Ablesbarkeit kann die Instrumentenskala zusätzlich in Induktivitätswerten kalibriert werden oder für jeden Teilbereich separat eine Umrechnungsskala erstellt und die Skalen auf den Instrumentenkörper geklebt werden.
Die Messgenauigkeit hängt von der Stabilität der Impulsamplitude am Ausgang des Vergleichselements DD4.4 ab. Die Amplitude wiederum hängt von der Stabilität der Versorgungsspannung ab. Aus diesem Grund wird das Gerät über einen parametrischen Spannungsstabilisator mit den Transistoren VT3, VT4 versorgt. Der Emitterübergang des Transistors VT4 wurde als Zenerdiode verwendet und als Hauptstromquelle wurde eine Krona-Batterie verwendet (Korund oder eine 7D-0,115-Batterie ist geeignet). Die Fähigkeiten des Geräts können erweitert werden, indem die Fähigkeit der 561IE14-Mikroschaltungen, bei Frequenzen bis zu 2 MHz zu arbeiten, berücksichtigt und ein weiterer Frequenzteiler installiert wird (in Abb. 1 nicht dargestellt). Dann erhöht sich die obere Messgrenze des Frequenzmessers auf 1,5...2 MHz und dementsprechend erweitert sich der Bereich der Induktivitätsmessungen – bis zu 1 μH. Die Anzahl der Subbänder wird auf fünf erhöht. Es ist auch einfach möglich, die Resonanzfrequenz eines unbekannten Stromkreises oder den Kapazitätswert eines Kondensators zu messen. Dazu müssen Sie den Schalter SA1 durch einen Dreistellungsschalter ersetzen und zusätzliche Eingangsbuchsen installieren (in Abb. 1 sind diese Ergänzungen mit einer gestrichelten Linie dargestellt). Durch den Anschluss des Stromkreises an die Buchsen X4, X5 wird seine Resonanzfrequenz ermittelt – entsprechend den Messwerten des Frequenzmessers. Basierend auf der bekannten (oder zuvor gemessenen) Induktivität der Spule wird der Kapazitätswert nach folgender Formel berechnet: Cx = 25,33/f^2*L, wobei f in kHz, L in mH und Cx in µF angegeben ist. Die folgenden Teile können im Gerät verwendet werden. Transistoren: VT1-KP303A-KP303V; VT2-VT4-KT315A-KT315I oder KT312A-KT312B. Kondensator S2-K73MBM (falls es nicht möglich ist, einen Kondensator dieser Kapazität aus den verfügbaren auszuwählen, besteht er aus mehreren parallel geschalteten Kondensatoren unterschiedlicher Kapazität). Angepasster Widerstand R8 - SP3-3. Schalter SA2 - PG-2 oder P2K. Wenn kein Mikroamperemeter vorhanden ist, können Sie einen magnetoelektrischen Messkopf eines Avometers verwenden, beispielsweise Ts20 oder TL-4 (Avometer-Messmodus - Gleichstrom). In diesem Fall kann das Gerät selbst in Form eines Aufsatzes ausgeführt werden. Es ist lediglich erforderlich, dass die Anschlussdrähte eine möglichst kurze Länge haben. Zur Verbindung von Induktoren können Krokodilklemmen verwendet werden. Montieren Sie die Geräteteile (mit Ausnahme der Schalter SA1, SA2, des Kondensators C2 und der Eingabeeinheit) auf einer Leiterplatte (Abb. 2) aus Folienglasfaser. Die Teile der Eingangsbaugruppe werden im Gehäuse der externen Sonde untergebracht. Dies geschieht, um die Kapazität zu reduzieren, die das Gerät in den Messkreis einbringt. Die Sonde ist über ein abgeschirmtes Kabel mit dem Gerät verbunden. Die Buchsen zum Anschluss der Sonde stammen von einem Mikrotelefon. Der Kondensator C2 wird direkt zwischen den Anschlüssen der Buchsen X2, X3 angeschlossen. Das Einrichten des Geräts beginnt damit, dass der Schieberegler des Widerstands R8 gemäß Diagramm auf die niedrigste Position gebracht und dann die Stromversorgung eingeschaltet wird. Zur Überwachung der Spannung am Kondensator C5 wird ein Voltmeter verwendet. Sie sollte zwischen 5,5 und 7 V liegen und sich nicht ändern, wenn die Versorgungsspannung des Geräts von 9 auf 12 V ansteigt. Anschließend wird die Fernsonde ausgeschaltet und der Schalter SA1 in die Position „F“ gebracht – Frequenzmessung. Weicht die Instrumentennadel merklich von der Nullmarke ab, deutet dies darauf hin, dass der Wandler erregt ist (Elemente DD4.1, DD4.2). Dies kann durch parasitäre Störungen durch eng beieinander liegende Anschlussdrähte der Schalter SA1, SA2 verursacht werden. Um Erregungen zu vermeiden, sollten die Leiter getrennt oder ein Kondensator mit einer Kapazität von bis zu 4.2 pF zwischen dem Ausgang des DD100-Elements und dem gemeinsamen Draht installiert werden. Als nächstes schließen Sie die Messsonde an und steuern durch die Verbindung ihrer Anschlüsse untereinander erneut den Betrieb des Konverters. Erst nachdem sichergestellt wurde, dass keine Erregung vorliegt, beginnen sie mit der Kalibrierung des Frequenzmessers. Der Schalter SA2 wird auf den ersten Teilbereich umgeschaltet und ein Sinussignal mit einer Amplitude von 1...2 V und einer Frequenz von 500 Hz wird dem Eingang der Messsonde zugeführt. Stellen Sie die Nadel des Mikroamperemeters mit dem Trimmerwiderstand R8 auf die Endmarkierung der Skala ein. Durch die Änderung der Amplitude des Eingangssignals von 0,2 auf 5 V ist man von der Stabilität der Frequenzmesserwerte überzeugt. Andernfalls wird die Empfindlichkeit des Eingangsknotens durch Auswahl des Widerstands R2 ausgeglichen. Um das Induktivitätsmessgerät einzurichten, wird Schalter SA1 in die Position „L“ und SA2 in den vierten Teilbereich gebracht. An die Buchsen X2, X3 wird eine Spule angeschlossen, deren Induktivität bekannt ist (4... 10 µH). Mit der ersten der oben genannten Formeln wird der Frequenzwert berechnet und dann durch Auswahl des Kondensators C2 die Messwerte des Frequenzmessers diesem Wert entsprechen.
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