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Un semplice frequenzimetro. Radio - per principianti
Elenco / Radio - per principianti Sulla base di un solo microcircuito K155LAZ, utilizzando tutti i suoi elementi logici, è possibile costruire un dispositivo relativamente semplice in grado di misurare la frequenza di una tensione alternata da circa 20 Hz a 20 kHz. L'elemento di ingresso di tale dispositivo di misurazione è un trigger Schmitt, un dispositivo che converte la tensione alternata sinusoidale fornita al suo ingresso in impulsi rettangolari della stessa frequenza. Cioè converte gli “impulsi” sinusoidali con fronte piatto e caduta in rettangolari con fronte e caduta ripida. Un trigger Schmitt "si accende" ad una certa ampiezza del segnale di ingresso. Se è inferiore al valore di soglia, non ci sarà alcun segnale di impulso sull'uscita del trigger. Partiamo dall'esperienza. Utilizzando il circuito trigger di Schmitt mostrato in Fig. 1, a, monta il chip K155LAZ sulla breadboard, accendendo solo due dei suoi elementi logici. Qui, sul pannello, posizionare le batterie GB1 e GB2, composte da due celle galvaniche 332 (o 316) ciascuna, e un resistore variabile R1 con resistenza di 1,5 o 2,2 kOhm (preferibilmente con caratteristica funzionale A-lineare). Collegare i cavi della batteria al resistore solo per la durata degli esperimenti. Accendere l'alimentazione del microcircuito e, utilizzando un voltmetro CC, impostare il cursore del resistore variabile in una posizione tale che ci sia tensione zero sul terminale sinistro del resistore R2, che è l'ingresso del trigger di Schmitt. In questo caso, l'elemento DD1.1. sarà in un singolo stato, la sua uscita sarà una tensione di alto livello e l'elemento DD1.2 sarà in zero Questo è lo stato iniziale degli elementi di questo trigger.
Ora collega il voltmetro CC all'uscita dell'elemento DD1.2 e, osservando attentamente la sua freccia, inizia a spostare dolcemente il cursore del resistore variabile verso l'alto nel circuito fino a quando non si ferma, quindi, senza fermarsi, nella direzione opposta - verso il basso uscita, poi di nuovo in alto ecc. Cosa mostra il voltmetro? Commutazione periodica dell'elemento DD1.2 dallo stato zero allo stato singolo e viceversa, ovvero, in altre parole, la comparsa di impulsi di polarità positiva all'uscita del trigger. Il funzionamento di questa versione del trigger di Schmitt è illustrato dai grafici b e c nella stessa fig. 1. Spostando il cursore del resistore variabile da una posizione estrema all'altra, è stata simulata l'alimentazione di una tensione alternata sinusoidale all'ingresso del trigger (Fig. 1, b) con un'ampiezza fino a 3 V. Mentre la tensione di la semionda positiva di questo segnale era inferiore ad un certo valore, che viene comunemente chiamato soglia superiore (Unop1), il dispositivo ha mantenuto il suo stato originale. Al raggiungimento di questa tensione di soglia, pari a circa 1,7 V (all'istante t1), entrambi gli elementi sono passati allo stato opposto e all'uscita del trigger (all'uscita dell'elemento DD1.2) è apparsa una tensione di alto livello. Un ulteriore aumento della tensione positiva in ingresso non modifica questo stato degli elementi trigger. Quando si sposta il cursore del resistore R1 nella direzione opposta, quando la tensione all'ingresso del trigger è scesa al valore di soglia inferiore (Unop2). pari a circa 0,5 V (momento t2), entrambi gli elementi sono passati allo stato originale. All'uscita del trigger è ricomparso un livello di alta tensione. La semionda negativa non ha modificato lo stato degli elementi che formano il trigger di Schmitt. Durante questo semiciclo, i diodi interni del circuito di ingresso dell'elemento DD1.1 si aprono, chiudendo l'ingresso del trigger su un filo comune. Alla successiva semionda positiva della tensione alternata in ingresso, si formerà un secondo impulso di alto livello all'uscita del trigger (istanti t3 e t4) Ripetere l'esperimento più volte e, in base alle letture del voltmetro collegato al input e output del trigger, tracciare grafici che ne caratterizzano il funzionamento. Dovrebbero essere vicini a quelli mostrati nei grafici di Fig. 20. Due elementi di diversi livelli di soglia sono la caratteristica più caratteristica del trigger di Schmitt. Passiamo ora allo studio del frequenzimetro. Il diagramma schematico del frequenzimetro proposto per la ripetizione è riportato in fig. 2. Qui, gli elementi logici DD1.1, DD1.2 e i resistori R1-R3 formano il già familiare trigger di Schmitt e i restanti due elementi del microcircuito formano lo shaper dei suoi impulsi di uscita, le letture del microamperometro PA1 dipendono da la cui frequenza di ripetizione. Senza uno shaper, il dispositivo non fornirà risultati affidabili nella misurazione della frequenza, poiché la durata degli impulsi all'uscita del trigger dipende dalla frequenza della tensione CA misurata in ingresso.
Il condensatore C1 si sta separando. Passando un'ampia banda di oscillazioni della frequenza del suono, blocca il percorso della componente costante della sorgente del segnale. Il diodo VD2 chiude le semionde negative della tensione di ingresso al filo comune (duplica i diodi interni all'ingresso dell'elemento DD1.1, quindi questo diodo non può essere installato). Il diodo VD1 limita l'ampiezza delle semionde positive ricevute agli ingressi dell'elemento DD1.1, a livello della tensione di alimentazione. Dall'uscita del trigger Schmitt (dall'uscita dell'elemento DD1.2) vengono inviati impulsi di polarità positiva all'ingresso dello shaper. L'elemento DD1.3 viene attivato dall'inverter e DD1.4 viene utilizzato per lo scopo previsto, come elemento logico 2I-NOT. Non appena appare una tensione di basso livello all'ingresso dello shaper - agli ingressi dell'elemento DD1.3 collegati tra loro, passa a un singolo stato e uno dei condensatori C4-C2 viene caricato attraverso di esso e il resistore R4 . Quando il condensatore si carica, la tensione positiva all'ingresso inferiore dell'elemento DD1.4 sale a un livello alto. Ma questo elemento rimane in un unico stato, poiché al suo secondo ingresso, oltre che all'uscita del trigger di Schmitt, c'è un livello di bassa tensione. In questa modalità, una piccola corrente scorre attraverso il microamperometro RA1. Non appena appare una tensione di alto livello all'uscita del trigger Schmitt, l'elemento DD1.4 passa allo stato zero e una corrente significativa inizia a fluire attraverso il microamperometro, determinata dalla resistenza di uno dei resistori R5-R7 . Allo stesso tempo, l'elemento DD1.3 passa allo stato zero e il condensatore carico dello shaper inizia a scaricarsi. Dopo qualche tempo, la tensione su di esso diminuirà così tanto che l'elemento DD1.4 passerà nuovamente a un singolo stato. Pertanto, all'uscita dello shaper appare un breve impulso di basso livello (vedi Fig. 1, d), durante il quale scorre una corrente attraverso il microamperometro molto più grande di quella iniziale. L'angolo di deflessione dell'ago del microamperometro è proporzionale alla frequenza di ripetizione dell'impulso: maggiore è la frequenza, maggiore è l'angolo. La durata degli impulsi all'uscita del modellatore è determinata dalla durata della scarica del condensatore di temporizzazione acceso (C2, S4 o C1.4) alla tensione di commutazione dell'elemento DD2. Minore è la capacità del condensatore, più breve è l'impulso, maggiore è la frequenza misurabile del segnale di ingresso. Pertanto, con un condensatore di temporizzazione C0,2 con una capacità di 20 μF, il dispositivo è in grado di misurare la frequenza di oscillazione da circa 200 a 3 Hz, con un condensatore C0,02 con una capacità di 200 μF - da 2000 a 4 Hz, con un condensatore C2000 con una capacità di 2 pF - da 20 a 5 kHz . Quando si regola con i resistori di regolazione R7-R1,5, l'ago del microamperometro viene impostato sul segno finale della scala corrispondente alla frequenza più alta misurata di ciascun sottointervallo. Il livello minimo di tensione alternata, la cui frequenza può essere misurata, è di circa 8 V e quello massimo è di 10...XNUMX V. Consideriamo ancora i grafici di Fig. 1 per memorizzare il principio di funzionamento del frequenzimetro, quindi integrare il trigger Schmitt montato sulla breadboard con i dettagli del circuito di ingresso e del driver e testare il dispositivo in azione. In questo momento, non è necessario un interruttore di sottogamma: un condensatore di regolazione del tempo, ad esempio C2, può essere collegato direttamente al terminale 13 dell'elemento DD1.4 e uno dei resistori di sintonizzazione o un resistore costante con una resistenza di 2,2 ... 3,3 kOhm possono essere collegati al circuito del microamperometro. Microamperometro RA1 - per la corrente della deflessione totale della freccia 100 μA. Dopo aver completato l'installazione, accendere il generatore e applicare impulsi di alto livello all'ingresso dell'elemento trigger Schmitt DD1.1. La loro sorgente può essere un multivibratore secondo il circuito di Fig. 10 o altro generatore simile. Impostare la frequenza di ripetizione degli impulsi al minimo. In questo caso, il puntatore del microamperometro RA1 dovrebbe deviare bruscamente di un piccolo angolo, il che indicherà l'efficienza del frequenzimetro. Se il microamperometro non risponde agli impulsi di ingresso, dovrai scegliere un altro resistore R2 di maggiore resistenza. In generale, la sua resistenza può essere compresa tra 1,8 e 5,1 kOhm. Quindi, applicare all'ingresso del frequenzimetro (attraverso il condensatore C1) una tensione alternata di 3.. .5 V da un trasformatore di rete riduttore. Ora l'ago del microamperometro dovrebbe deviare di un angolo maggiore rispetto all'esperimento precedente. Collegare un altro condensatore di capacità uguale o superiore in parallelo al condensatore di temporizzazione. Ora l'angolo di deviazione della freccia diminuirà. Allo stesso modo, è possibile testare il dispositivo sul secondo e terzo sottointervallo di misurazione, ma con segnali di ingresso della frequenza appropriata. Se decidi di includere questo frequenzimetro nel tuo laboratorio di misurazione domestico, le sue parti devono essere trasferite dalla breadboard alla scheda del circuito e su di essa devono essere montate le resistenze di trimming R5-R7 (Fig. 22) e la scheda deve essere fissata una scatola di dimensioni adeguate. I condensatori C2-C4 possono essere composti da due o più condensatori ciascuno. L'aspetto del design del frequenzimetro è mostrato in fig. 3. Sul suo pannello frontale, posizionare un microamperometro, un interruttore di sottogamma (ad esempio un PZZN biscotto o un altro con due sezioni per tre posizioni), prese di ingresso (XS1, XS2) o morsetti. La scala del frequenzimetro è comune a tutti i sottocampi di misura ed è pressoché uniforme. Pertanto, devi solo determinare i limiti iniziale e finale della scala in relazione a uno di essi - al sottointervallo "20 .. .200 Hz", quindi regolare i limiti di frequenza degli altri due sottocampi di misurazione sotto di esso. In futuro, quando si commuta il dispositivo nel sottointervallo "200.. .2000 Hz", il risultato della misurazione letto sulla scala verrà moltiplicato per 10 e quando si misura nel sottointervallo "2.. .20 kHz", per 100 .
Questo è il metodo di calibrazione. Impostare l'interruttore SA1 sulla posizione di misurazione nel sottointervallo "20 .. .200 Hz", il motore del resistore di trimming R5 sulla posizione di resistenza più alta e applicare un segnale con una frequenza di 33 Hz con una tensione di 20 .. .1,5 B .Tracciare un segno sulla scala corrispondente all'angolo di deflessione della lancetta del microamperometro. Quindi sintonizzare il generatore di suoni su una frequenza di 2 Hz e impostare il puntatore dello strumento sul segno finale della scala con un resistore di trimming R200. Successivamente, in base ai segnali del generatore di suoni, segnare sulla scala corrispondente a 5, 30, 40, ecc. fino a 50 Hz. Successivamente, dividi queste sezioni della scala in 190, 2 o 5 parti. Successivamente commutare il frequenzimetro sul secondo sottointervallo di misurazione e applicare al suo ingresso un segnale con una frequenza di 200 Hz. In questo caso, l'ago del microamperometro deve essere posizionato contro la tacca della scala corrispondente alla frequenza di 20 Hz del primo sottointervallo. Più precisamente, puoi impostarlo su questo segno di scala iniziale selezionando il condensatore C3 o collegando un secondo (terzo, ecc.) Condensatore in parallelo ad esso, il che aumenta leggermente la loro capacità totale. Successivamente, applicare un segnale con una frequenza di 200 Hz dal generatore all'ingresso del dispositivo e impostare l'ago del microamperometro sul segno finale della scala con un resistore trimmer R6. Allo stesso modo, regolare i limiti del terzo sottointervallo della frequenza misurata sulla scala del microamperometro - 2.. .20 kHz. Forse i limiti di misurazione della frequenza sulle sottobande risulteranno diversi o vuoi cambiarli. Fallo con una selezione di condensatori di temporizzazione C2-C4. È possibile che tu voglia aumentare la sensibilità del frequenzimetro. In questo caso, il frequenzimetro più semplice dovrà essere integrato con un amplificatore del segnale di ingresso, utilizzando, ad esempio, un transistor npn a bassa potenza o, meglio ancora, un microcircuito analogico K118UP1G (Fig. 4). Questo microcircuito è un amplificatore a tre stadi per canali video di ricevitori televisivi, che ha un guadagno elevato. Il suo corpo con 14 pin è lo stesso del microcircuito K155LAZ, ma il suo pin di alimentazione positivo è il 7° e il suo pin di alimentazione negativo è il 14°. Con un tale amplificatore, la sensibilità del frequenzimetro aumenterà a 30...50 mV. Le oscillazioni della frequenza misurata possono essere sinusoidali, rettangolari, a dente di sega - qualsiasi. Attraverso il condensatore C1, entrano nell'ingresso (pin 3) del microcircuito DA1 e, dopo l'amplificazione dall'uscita (pin 10 collegato al pin 9), il microcircuito attraverso il condensatore C3 arriva all'ingresso del trigger Schmitt della frequenza metro. Il condensatore C2 elimina il feedback negativo interno, che indebolisce le proprietà di amplificazione del microcircuito. I diodi VD1, VD2 e il resistore R1 (Fig. 2) possono ora essere rimossi e al loro posto possono essere montati un chip analogico DA1 e condensatori di ossido. Il chip K118UP1G può essere sostituito con K118UP1V o K118UP1A. Ma in questo caso, la sensibilità del frequenzimetro sarà leggermente inferiore.
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