Amplificatore di ingresso del frequenzimetro. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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L'uso diffuso dei microcontrollori rende possibile la creazione di misuratori di frequenza basati su di essi. Tuttavia, di norma, tali progetti presentano uno svantaggio significativo, poiché sono progettati per elaborare segnali con livelli logici. Le loro capacità sono ampliate dal dispositivo descritto.

La comodità di lavorare con un frequenzimetro universale in grado di misurare la frequenza e la durata degli intervalli di tempo dipende in gran parte dalla presenza di un amplificatore di modellatura dell'ingresso nella sua composizione, nonché dalla qualità e dalle capacità di questo amplificatore. I requisiti per questo nodo, utilizzato nel frequenzimetro e nel misuratore dell'intervallo di tempo, sono diversi e per alcuni parametri sono completamente contraddittori.

Gli impulsi rettangolari, che sono più convenienti per l'elaborazione con un frequenzimetro, hanno una durata di salita e discesa finita. Per un misuratore di intervallo di tempo, l'introduzione di un ritardo aggiuntivo da parte dell'amplificatore di ingresso è inaccettabile. Al contrario, dovrebbe formare il fronte più ripido e il decadimento degli impulsi a un dato livello della soglia di confronto. Questo requisito è particolarmente importante per i segnali non rettangolari. Per un contatore di frequenza, è più adatto un modellatore di amplificatore con isteresi.

I segnali reali hanno picchi e il rumore non è escluso. L'uso di filtri convenzionali è consigliabile per i contatori di frequenza a bassa frequenza. Per i misuratori di frequenza e intervallo di tempo ad alta frequenza si propone un circuito amplificatore-formatore semplice e praticamente riproducibile, in grado di svolgere le seguenti operazioni:

• elaborare segnali di ingresso di polarità positiva e negativa con tensione da 0,3 a 20 V;
• regolare senza problemi il livello di soglia di comparazione del segnale di ingresso entro 0,3. ..7,5 V;
• funzionano in modo affidabile a frequenze di impulso di ingresso da 0 a 2,5 MHz, mantenendo l'operabilità quasi fino a valori di frequenza di 5 MHz
• misurare la durata degli impulsi superiori a 0,3 µs (quando si seleziona la soglia di confronto prima di modificare il limite di misura, questa soglia può essere ridotta a 0,1 µs).

Lo schema è mostrato in fig. 1. L'amplificatore è costituito da un commutatore elettronico assemblato sugli elementi logici del microcircuito D1 e da due canali collegati in parallelo e identici nella costruzione, ciascuno dei quali è un comparatore di tensione su un amplificatore operazionale ad alta velocità a due canali A1 , A2. Il canale superiore secondo lo schema è destinato all'elaborazione di segnali di ingresso di polarità positiva, quello inferiore - di polarità negativa. Il segnale di ingresso attraverso il resistore di limitazione R1 e il condensatore C1 viene inviato all'ingresso 3 dell'amplificatore operazionale Al. Nel momento in cui la tensione di ingresso supera la soglia di confronto, determinata dalla tensione all'ingresso 1 dell'amplificatore operazionale A2, la tensione all'uscita 1 dell'amplificatore operazionale aumenta bruscamente e quando scende al di sotto della soglia di confronto, diminuisce bruscamente.

Riso. 1 Schema schematico dell'amplificatore di ingresso

La soglia di confronto è impostata da un resistore variabile R10. Il limite inferiore della soglia di confronto è determinato dalla caduta di tensione attraverso il diodo D3 ed è di circa 0,3 V, e il limite superiore è determinato dai parametri degli elementi del partitore di tensione R9R10D3 ed è rispettivamente pari a 7,5 V. Il la tensione all'uscita del divisore R3R4 determina la soglia limite del segnale di ingresso, al superamento del diodo D1 si apre. L'eccesso di tensione scende attraverso il resistore R1, impedendo il sovraccarico di uu all'ingresso. Il secondo canale del dispositivo, assemblato sull'UO A2, funziona allo stesso modo. Dalle uscite dell'amplificatore operazionale A1 e A2, gli impulsi attraverso i diodi D5 e D6, che escludono il passaggio di segnali di polarità negativa, vengono inviati al commutatore elettronico. Questo nodo permette il passaggio di segnali dalla polarità "positiva" o "negativa" del canale in accordo con il segnale di controllo che proviene dall'interruttore SA1. Con l'interruttore SA1, l'utente imposta manualmente la modalità dell'amplificatore (selezione del canale) in base alla polarità del segnale misurato. È possibile rifiutare la commutazione dei canali collegando i catodi dei diodi D6 e D5 e garantendo così la selezione automatica della polarità del segnale di ingresso. Tuttavia, quando si lavora con un segnale bipolare, come un'onda sinusoidale, il frequenzimetro mostrerà il doppio della frequenza.

L'amplificatore è progettato per un contatore di frequenza assemblato su chip CMOS.

Quando lo si utilizza in dispositivi con microcircuiti TTL, è necessario fornire un convertitore di livello in uscita, assemblato, ad esempio, su un microcircuito K561PU4.

La tensione di alimentazione dell'amplificatore può essere aumentata fino a ±15 V. Ciò migliora la sua risposta in frequenza ed espande i limiti della tensione di ingresso consentita.

Il dispositivo può utilizzare qualsiasi diodo al silicio a bassa potenza della serie KD521, KD503,1 N3207 con una tensione inversa di almeno 30 V; diodi al germanio a bassa potenza delle serie D9, D311, 1N3206, 1N3203. Gli amplificatori operazionali KR544UD2B possono essere sostituiti da K544UD2 senza modifiche nell'installazione della scheda. È consentito utilizzare l'unità organizzativa tipo K574UD1. Quando si sostituisce il chip K561LA7 con il K561LE5, la funzione dell'interruttore SA1 cambierà nell'opposto. L'uso dei microcircuiti K176LA7 o K176LE5 peggiorerà leggermente le caratteristiche di frequenza. Quando si configura l'amplificatore, è necessario impostare la tensione entro 7,3 ... 7,5 V sul terminale superiore dei resistori R10, R 12, R4, R6 in base al circuito. Se necessario, selezionare i resistori R9, R3, R11, R5.

Autore: Vladimir Yepinin, vepin@i1.ru; Pubblicazione: radioradar.net

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