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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Scala digitale del generatore AF. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione Per impostare la frequenza nei generatori di misura di segnali sinusoidali, vengono spesso utilizzati dispositivi di scala, che sono collegati meccanicamente all'elemento di controllo del dispositivo. I loro difetti sono noti: questa è la complessità della produzione, la necessità di calibrare secondo un generatore o frequenzimetro esemplare e in alcuni casi l'accuratezza dell'impostazione della frequenza è insufficiente, a seconda non solo del design del dispositivo di lettura, ma anche sulla stabilità dei parametri degli elementi radio dei circuiti di impostazione della frequenza. Le cosiddette bilance elettriche sono in gran parte esenti da questi difetti. Nel caso più semplice si tratta di un frequenzimetro analogico, il cui funzionamento si basa sulla misurazione della tensione media di una sequenza di impulsi di durata costante formata da un segnale generato. Tuttavia, tale scala fornisce anche una precisione di impostazione della frequenza relativamente bassa (nella migliore delle ipotesi, 1 ... 3%) e la sua calibrazione richiede anche un generatore esemplare. L'uso di metodi digitali per misurare la frequenza consente di eliminare tutte le carenze inerenti sia alle bilance meccaniche che elettriche. La frequenza in questo caso viene conteggiata direttamente in forma digitale e con elevata precisione, determinata dalla stabilità del cosiddetto intervallo di tempo di misura. La bilancia digitale semplifica il layout e la fabbricazione del generatore, poiché può essere assemblata come un'unità elettronica funzionalmente completa separata e posizionata in qualsiasi posizione conveniente nel dispositivo. Il metodo digitale più semplice per misurare la frequenza è il metodo di conteggio diretto, che consiste nel contare il numero di periodi del segnale generato per un periodo di tempo noto, l'intervallo di tempo di misurazione. Per determinare la frequenza con una precisione di 1 Hz, deve essere uguale a 1 s. Se una sequenza di impulsi è formata da un segnale sinusoidale, i cui fronti coincidono con i momenti di transizione della tensione sinusoidale attraverso il livello zero, e il loro numero viene contato, quindi con la stessa precisione, l'intervallo di tempo di misurazione può essere dimezzato. L'uso di un nodo di raddoppio nella scala digitale riduce il ritardo tra il momento in cui la frequenza viene modificata dall'elemento di controllo e l'inizio dell'indicazione del risultato della misurazione, che è di grande importanza quando si imposta la frequenza con una precisione di 1 Hz. Tuttavia, il ritardo di 0,5 s con un'impostazione approssimativa del generatore è ancora elevato. Pertanto, insieme a una scala digitale che fornisce un'impostazione accurata della frequenza, a volte viene utilizzata una scala meccanica aggiuntiva per la sintonizzazione grossolana. Puoi farlo in modo diverso: riduci il ritardo di un altro ordine, ad es. inserisci la seconda modalità operativa ("Rough") nella scala digitale, in cui l'intervallo di tempo di misurazione è 0,05 s e la precisione della misurazione della frequenza è ± 10 Hz. Tuttavia, una semplice riduzione dell'intervallo di tempo di misurazione di 10 volte porta al fatto che il valore della frequenza visualizzata sulla scala si sposta a destra di una cifra decimale, rendendo difficile la lettura delle informazioni. Per eliminare questo inconveniente, al secondo contatore decimale della scala digitale dovrebbe essere applicata una sequenza di impulsi di un segnale sinusoidale a doppia frequenza in modalità "Rough". In questo caso, ogni cifra del numero che determina la frequenza misurata sarà sempre visualizzata nello stesso posto. Il dispositivo fornisce la misurazione della frequenza nell'intervallo da 1 Hz a 1 MHz. L'ampiezza del segnale di ingresso è fino a 15 V. La precisione della misurazione, il tempo di misurazione e l'indicazione della frequenza, a seconda della modalità operativa, sono ±10 Hz, 0,05 e 0,2 s (nella modalità "Rough") e 1 Hz, 0,5 e 2 con ("Esattamente"). Consumo di corrente - non più di 50 mA. Il dispositivo è costituito da un input shaper, un duplicatore di frequenza, un sensore per la misurazione degli intervalli di tempo, un selettore e un contatore di impulsi e un'unità di commutazione della modalità operativa. L'input shaper sul comparatore DA1 è un trigger di Schmitt. Il suo circuito di feedback positivo è formato dai resistori R3 e R6. La sequenza di impulsi da lui formata da un segnale sinusoidale attraverso gli inverter DD1.1, DD1.2 arriva a un duplicatore di frequenza realizzato sugli elementi R5, C2 e DD3.1. Gli inverter DD1.1 e DD1.2 forniscono la pendenza necessaria dei fronti e delle pendenze degli impulsi, che determina la precisione del duplicatore di frequenza. Dall'uscita dell'elemento DD3.1, una sequenza di brevi impulsi positivi di frequenza raddoppiata viene inviata ad uno degli ingressi (pin 9) del selettore, le cui funzioni sono svolte dall'elemento DD1.3. Il sensore dell'intervallo di tempo di misurazione contiene un oscillatore principale, un divisore di frequenza, un'unità di installazione iniziale e un generatore di impulsi di azzeramento. L'oscillatore a cristallo principale, montato sugli elementi DD2.1, DD2.2, genera impulsi con una frequenza di ripetizione di 100 kHz, che passano attraverso gli inverter DD2.3 e DD2.4 al divisore di frequenza sui microcircuiti DD4-DD9. Il divisore comprende sei contatori, due dei quali (DD6, DD8) dividono la frequenza per cinque e il resto per dieci. Il gruppo di prima installazione, realizzato sugli elementi VD2, R10, C4, DD1.4, azzera i contatori del divisore all'accensione del dispositivo. L'unità di commutazione della modalità operativa è assemblata su un chip DD10, elementi DD11.1-DD11.3, un transistor VT1 e un interruttore SB1. Nella modalità "Preciso", gli impulsi dall'uscita del contatore DD5 attraverso gli elementi DD11.1, DD11.3 vengono inviati all'ingresso C del contatore DD6 e l'intero divisore è coinvolto nel funzionamento del dispositivo. Allo stesso tempo, all'uscita del contatore DD9 si forma una sequenza di impulsi con una durata di 0,5 se una frequenza di ripetizione di 0,4 Hz. Nella modalità "Rough", il contatore DD5 è escluso dal divisore e gli impulsi dall'uscita del precedente (DD4) attraverso gli elementi DD11.2 e DD11.3 passano al contatore DD6 e una sequenza di impulsi con all'uscita del divisore si forma una durata di 0,05 se una frequenza di ripetizione di 4 Hz .
Gli impulsi dall'uscita del contatore DD9 vengono inviati al secondo ingresso (pin 8) dell'elemento DD1.3 e al generatore di impulsi di reset montato sugli elementi DD3.3, DD3.4, DD11.4. All'uscita dell'elemento DD3.4 compaiono brevi impulsi che periodicamente, prima dell'inizio di ogni ciclo di misurazione, azzerano il contatore di impulsi sui microcircuiti DD12-DD17. Il tasto transistor VT2 spegne gli indicatori di scala per la durata della misurazione della frequenza. Gli impulsi dall'uscita del selettore vengono inviati al contatore di impulsi attraverso l'elemento DD3.2, che elimina il funzionamento non necessario del contatore sul fronte dell'impulso che imposta l'intervallo di tempo di misurazione. Il contatore di impulsi include sei nodi di ricalcolo dello stesso tipo. Nella modalità "Preciso", tutti i nodi sono collegati in serie attraverso gli elementi DD10.2, DD10.4 e gli impulsi a doppia frequenza dall'uscita del selettore arrivano all'ingresso del nodo di cifre di ordine basso (DD12, HG1 ). Nella modalità "Rough", questi impulsi attraverso gli elementi DD10.3, DD10.4, vengono inviati alla seconda unità di conteggio (DD13, HG2) e il tasto transistor VT1 spegne l'indicatore della cifra decimale meno significativa del scala. Il punto indicatore HG4 sulla scala digitale separa le cifre che indicano la frequenza in kilohertz e hertz. Se non è necessario misurare la frequenza con una precisione di 1 Hz, la scala può essere semplificata escludendo gli elementi SB1, DD5, DD10, DD11.1-DD11.3, DD12, HG1, VT1, R11 e collegando l'uscita del contatore DD4 al pin 4 del chip DD6 e l'uscita dell'elemento DD3.2 - con l'ingresso C del contatore DD13. Con una diminuzione della frequenza operativa superiore da 1 MHz a 600 kHz, è possibile semplificare ulteriormente il dispositivo e utilizzare il chip K176IE3 anziché K176IE4 nella cifra di ordine elevato del contatore (DD17). In questo caso, gli elementi DD1.1, DD1.2, DD2.3, DD2.4 sono inoltre esclusi, l'uscita dell'elemento DD2.2 è collegata all'ingresso C del contatore DD4 e il pin 7 del DA1 il chip è collegato al pin 2 dell'elemento DD3.1 e al resistore R5 . Il dispositivo utilizza un risonatore al quarzo (ZQ1) del set "Quartz-21". È invece possibile utilizzare un risonatore al quarzo a una frequenza di 1 MHz aggiungendo un altro contatore K176IE4 al divisore di frequenza e includendolo tra l'elemento DD2.4 e il chip DD4. Al posto di quelli indicati nello schema, il dispositivo può utilizzare sia indicatori LED iconici di altro tipo, sia catodoluminescenti. Lo schema elettrico dell'indicatore catodoluminescente IV3 è mostrato in Fig. 2. In questo caso, il resistore R12 del circuito principale non è collegato a un filo comune, ma all'emettitore del transistor VT2. Inoltre, è necessaria una sorgente di tensione aggiuntiva di 3 V per alimentare gli indicatori IV0,7.
Lo schema elettrico degli indicatori LED ALS324B o ALS321B è mostrato in Fig.3. Come transistor commuta VT1-VT7, è possibile utilizzare qualsiasi transistor al silicio con un collettore di tensione consentito - emettitore e base - emettitore di almeno 10 V e una corrente di collettore di almeno 10 mA (KT312B, KT3102B, KT315 con qualsiasi indice di lettere, K1NT251 , eccetera.). In questo caso, il transistor VT2 del dispositivo deve essere composito. La base del transistor aggiuntivo KT807B è collegata all'emettitore del transistor VT2, il collettore al suo collettore e l'emettitore ai nodi di conversione (pin 4). Inoltre, sarà necessario un alimentatore più potente, poiché la corrente assorbita dalla bilancia aumenterà a 300 mA.
I segnali con un'ampiezza fino a 15 V possono essere applicati all'ingresso della bilancia digitale, poiché la tensione di ingresso consentita del comparatore K521CA3 (DA1) non supera i 30 V. Per misurare la frequenza dei segnali di livello superiore, la bilancia deve essere integrato con un'unità di protezione da sovraccarico o un divisore di ingresso che abbassi la tensione agli ingressi del comparatore al valore consentito. Nella fabbricazione del dispositivo, un condensatore da 1000 pF è installato tra i cavi di alimentazione di ciascun microcircuito. Per ridurre l'effetto sul generatore di rumore impulsivo, la parte digitale della scala è collocata in uno schermo metallico, che è collegato in un punto al filo comune del generatore. Se la scala è progettata per funzionare con un generatore di suoni che genera segnali con un basso livello e coefficiente armonico, i fili che collegano gli indicatori HG1-HG6 con i contatori sono schermati con particolare attenzione, poiché possono essere fonti di potenti rumori impulsivi, in particolare quando si utilizza ALS324B o ALS321B. È possibile eliminare completamente il rumore impulsivo togliendo alimentazione alla bilancia dopo aver impostato la frequenza del generatore, per la quale è necessario prevedere un interruttore separato. Se si intende utilizzare la scala digitale del generatore per misurare la frequenza di segnali provenienti da altre sorgenti, è consigliabile installare una presa aggiuntiva e un interruttore sul suo pannello frontale che colleghi l'ingresso del dispositivo o all'uscita del generatore o a questa presa. Quando si stabilisce, in primo luogo, la presenza di sequenze di impulsi all'uscita del sensore degli intervalli di tempo di misurazione viene verificata con un oscilloscopio. Quindi, all'ingresso del dispositivo viene inviato un segnale sinusoidale con un'ampiezza di circa 0,5 V. Allo stesso tempo, dovrebbero essere osservati impulsi con un'ampiezza di almeno 3 V all'uscita del duplicatore di frequenza (pin 3.1 del Elemento DD8) tensione di alimentazione di 8,1 e 9,9 V. In caso di discrepanza tra le letture della scala e la frequenza del generatore, è necessario selezionare il condensatore C5, che influisce sul divisore di impulsi di azzeramento. Autore: V.Vlasenko
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