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Un medidor de frecuencia simple. Radio - para principiantes

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Sobre la base de un solo chip K155LAZ, utilizando todos sus elementos lógicos, es posible construir un dispositivo relativamente simple capaz de medir la frecuencia de un voltaje alterno de aproximadamente 20 Hz a 20 kHz.

El elemento de entrada de dicho dispositivo de medición es un disparador Schmitt, un dispositivo que convierte un voltaje alterno sinusoidal suministrado a su entrada en pulsos rectangulares de la misma frecuencia. Es decir, convierte “impulsos” sinusoidales con frente plano y caída en rectangulares con frente y caída pronunciada. Un disparador Schmitt "dispara" a una cierta amplitud de la señal de entrada. Si es menor que el valor umbral, no habrá señal de pulso en la salida del disparador.

Comencemos con la experiencia. Usando el circuito disparador Schmitt que se muestra en la Fig. 1, a, monte el chip K155LAZ en la placa de prueba, encendiendo solo dos de sus elementos lógicos. Aquí, en el panel, coloque las baterías GB1 y GB2, compuestas por dos celdas galvánicas 332 (o 316) cada una, y una resistencia variable R1 con una resistencia de 1,5 o 2,2 kOhm (preferiblemente con una característica funcional de A-lineal). Conecte los cables de la batería a la resistencia solo durante la duración de los experimentos.

Encienda el microcircuito y, usando un voltímetro de CC, coloque el control deslizante de resistencia variable en una posición tal que haya cero voltaje en el terminal izquierdo de la resistencia R2, que es la entrada del disparador Schmitt. En este caso, el elemento DD1.1. estará en un solo estado, su salida será un voltaje de alto nivel y el elemento DD1.2 estará en cero. Este es el estado inicial de los elementos de este disparador.

Contador de frecuencia simple
Arroz. 1 Experiencia con gatillo Schmitt

Ahora conecte el voltímetro de CC a la salida del elemento DD1.2 y, observando cuidadosamente su flecha, comience a mover suavemente el control deslizante de resistencia variable hacia arriba del circuito hasta que se detenga, y luego, sin detenerse, en la dirección opuesta, hacia abajo. salida, luego otra vez a la parte superior, etc. ¿Qué muestra el voltímetro? Cambio periódico del elemento DD1.2 del estado cero al estado único y viceversa, es decir, en otras palabras, la aparición de pulsos de polaridad positiva en la salida del disparador.

El funcionamiento de esta versión del gatillo Schmitt se ilustra mediante los gráficos b y c de la misma fig. 1. Al mover el control deslizante de resistencia variable de una posición extrema a otra, simuló el suministro de un voltaje de CA sinusoidal a la entrada del disparador (Fig. 1, b) con una amplitud de hasta 3 V. Mientras que el voltaje de la media onda positiva de esta señal era inferior a cierto valor, que comúnmente se denomina umbral superior (Unop1), el dispositivo mantuvo su estado original. Cuando se alcanzó este voltaje umbral, igual a aproximadamente 1,7 V (en el momento t1), ambos elementos cambiaron al estado opuesto y apareció un voltaje de alto nivel en la salida del disparador (en la salida del elemento DD1.2). Un aumento adicional en el voltaje positivo en la entrada no cambia este estado de los elementos de activación.

Al mover el control deslizante de la resistencia R1 en la dirección opuesta, cuando el voltaje en la entrada del disparador ha caído al valor de umbral inferior (Unop2). igual a aproximadamente 0,5 V (momento t2), ambos elementos cambiaron a su estado original. En la salida del disparador, reapareció un nivel de alto voltaje.

La media onda negativa no cambió el estado de los elementos que forman el disparador de Schmitt. Durante este medio ciclo, los diodos internos del circuito de entrada del elemento DD1.1 se abren, cerrando la entrada del disparador a un cable común.

En la siguiente media onda positiva de la tensión alterna de entrada, se formará un segundo pulso de alto nivel en la salida del disparador (momentos t3 y t4).Repita este experimento varias veces y, de acuerdo con las lecturas del voltímetro conectado al entrada y salida del gatillo, trazar gráficos que caracterizan su funcionamiento. Deben estar cerca de los que se muestran en los gráficos de la Fig. 20. Dos elementos de diferentes niveles de umbral son el rasgo más característico del gatillo de Schmitt.

Ahora pasemos a estudiar el contador de frecuencia. El diagrama esquemático del medidor de frecuencia propuesto para la repetición se muestra en la fig. 2. Aquí, los elementos lógicos DD1.1, DD1.2 y las resistencias R1-R3 forman el disparador Schmitt ya familiar, y los dos elementos restantes del microcircuito forman el modelador de sus pulsos de salida, las lecturas del microamperímetro RA1 dependen de cuya tasa de repetición. Sin un modelador, el dispositivo no dará resultados confiables de medición de frecuencia, porque la duración de los pulsos en la salida del disparador depende de la frecuencia del voltaje de CA medido de entrada.

Contador de frecuencia simple
Arroz. 2 Contador de frecuencia

El condensador C1 se está separando. Al pasar una amplia banda de oscilaciones de frecuencia de sonido, bloquea el camino del componente constante de la fuente de señal. El diodo VD2 cierra las medias ondas negativas del voltaje de entrada al cable común (duplica los diodos internos en la entrada del elemento DD1.1, por lo que este diodo no se puede instalar). El diodo VD1 limita la amplitud de las medias ondas positivas recibidas en las entradas del elemento DD1.1, al nivel de la tensión de alimentación.

Desde la salida del disparador Schmitt (desde la salida del elemento DD1.2) se alimentan pulsos de polaridad positiva a la entrada del moldeador. El inversor enciende el elemento DD1.3, y el DD1.4 se usa para el propósito previsto, como un elemento lógico 2I-NOT. Tan pronto como aparece un voltaje de bajo nivel en la entrada del moldeador, en las entradas del elemento DD1.3 conectados entre sí, cambia a un solo estado y uno de los condensadores C4-C2 se carga a través de él y la resistencia R4 . A medida que se carga el capacitor, el voltaje positivo en la entrada inferior del elemento DD1.4 aumenta a un nivel alto. Pero este elemento permanece en un solo estado, ya que en su segunda entrada, así como en la salida del disparador Schmitt, hay un nivel de voltaje bajo. En este modo, una pequeña corriente fluye a través del microamperímetro PA1.

Tan pronto como aparece un voltaje de alto nivel en la salida del disparador Schmitt, el elemento DD1.4 cambia al estado cero y una corriente significativa comienza a fluir a través del microamperímetro, determinada por la resistencia de una de las resistencias R5-R7 . Al mismo tiempo, el elemento DD1.3 cambia al estado cero y el condensador cargado del moldeador comienza a descargarse. Después de un tiempo, el voltaje disminuirá tanto que el elemento DD1.4 volverá a cambiar a un solo estado. Por lo tanto, aparece un pulso corto de bajo nivel en la salida del moldeador (ver Fig. 1, d), durante el cual fluye una corriente a través del microamperímetro que es mucho más grande que la inicial. El ángulo de desviación de la aguja del microamperímetro es proporcional a la frecuencia de repetición del pulso: cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será el ángulo.

La duración de los pulsos en la salida del modelador está determinada por la duración de la descarga del condensador de temporización encendido (C2, S4 o C1.4) a la tensión de conmutación del elemento DD2. Cuanto menor sea la capacitancia del condensador, más corto será el pulso y mayor será la frecuencia de la señal de entrada que se puede medir. Así, con un condensador de temporización C0,2 con una capacidad de 20 μF, el dispositivo es capaz de medir la frecuencia de oscilación de aproximadamente 200 a 3 Hz, con un condensador C0,02 con una capacidad de 200 μF - de 2000 a 4 Hz, con un condensador C2000 con una capacidad de 2 pF, de 20 a 5 kHz. Al ajustar con las resistencias de recorte R7-R1,5, la aguja del microamperímetro se coloca en la marca final de la escala correspondiente a la frecuencia medida más alta de cada subrango. El nivel mínimo de tensión alterna, cuya frecuencia se puede medir, es de aproximadamente 8 V, y el máximo es de 10...XNUMX V.

Considere nuevamente los gráficos en la Fig. 1 para memorizar el principio de funcionamiento del contador de frecuencia, y luego complementar el disparador Schmitt ensamblado en la placa con los detalles del circuito de entrada y el controlador y probar el dispositivo en acción. En este momento, no se necesita un interruptor de subrango: un condensador de ajuste de tiempo, por ejemplo, C2, se puede conectar directamente al terminal 13 del elemento DD1.4, y una de las resistencias de sintonización o una resistencia constante con una resistencia de 2,2 ... 3,3 kOhm se pueden conectar al circuito del microamperímetro. Microamperímetro RA1 - para la corriente de la desviación total de la flecha 100 μA.

Después de completar la instalación, encienda la fuente de alimentación y aplique pulsos de alto nivel a la entrada del elemento disparador Schmitt DD1.1. Su fuente puede ser un multivibrador según el circuito de la Fig. 10 u otro generador similar. Establezca la tasa de repetición de pulsos al mínimo. En este caso, el puntero del microamperímetro PA1 debe desviarse bruscamente en un pequeño ángulo, lo que indicará la eficiencia del frecuencímetro. Si el microamperímetro no responde a los pulsos de entrada, tendrás que elegir otra resistencia R2 de mayor resistencia. En general, su resistencia puede estar en el rango de 1,8 a 5,1 kOhm.

A continuación, aplicar a la entrada del frecuencímetro (a través del condensador C1) una tensión alterna de 3.. .5 V procedente de un transformador reductor de red. Ahora la aguja del microamperímetro debería desviarse un ángulo mayor que en el experimento anterior. Conecte otro condensador de la misma o mayor capacidad en paralelo con el condensador de temporización. Ahora el ángulo de desviación de la flecha disminuirá. De manera similar, puede probar el dispositivo en el segundo y tercer rango de medición, pero con señales de entrada de la frecuencia adecuada. Si decide incluir este medidor de frecuencia en el laboratorio de medición de su hogar, sus partes deben transferirse de la placa de prueba a la placa de circuito y las resistencias de corte R5-R7 deben montarse en él (Fig. 22), y la placa debe fijarse en una caja de tamaños adecuados. Los condensadores C2-C4 pueden estar compuestos por dos o más condensadores cada uno.

La apariencia del diseño del medidor de frecuencia se muestra en la fig. 3. En su panel frontal, coloque un microamperímetro, un interruptor de subrango (por ejemplo, una galleta PZZN u otra de dos secciones para tres posiciones), tomas de entrada (XS1, XS2) o pinzas.

La escala del frecuencímetro es común a todos los subrangos de medición y es casi uniforme. Por lo tanto, sólo es necesario determinar

los límites inicial y final de la escala en relación con uno de ellos, al subrango "20 .. .200 Hz", y luego ajuste los límites de frecuencia de los otros dos subrangos de medición debajo de él. En el futuro, al cambiar el dispositivo al subrango "200...2000 Hz", el resultado de la medición leído en la escala se multiplicará por 10, y al medir en el subrango "2...20 kHz", por 100 .

Contador de frecuencia simple
Arroz. (3)23 Instalación de piezas del frecuencímetro. Arroz. 4(24) Amplificador que aumenta la potencia del frecuencímetro

Este es el método de clasificación. Coloque el interruptor SA1 en la posición de medición en el subrango "20 .. .200 Hz", el motor de la resistencia del trimmer R5 en la posición de la resistencia más alta y aplique una señal con una frecuencia de 33 Hz con un voltaje de 20 . .1,5 B. Haga una marca en la escala correspondiente al ángulo de desviación del puntero del microamperímetro. Luego, sintonice el generador de sonido a una frecuencia de 2 Hz y coloque el puntero del instrumento en la marca final de la escala con una resistencia de corte R200. Después de eso, de acuerdo con las señales del generador de sonido, haga marcas en la escala correspondiente a 5, 30, 40, etc. hasta 50 Hz. Luego, divide estas secciones de la escala en 190, 2 o 5 partes.

Luego cambie el frecuencímetro al segundo subrango de medición y aplique una señal con una frecuencia de 200 Hz a su entrada. En este caso, la aguja del microamperímetro debe colocarse contra la marca de la escala correspondiente a la frecuencia de 20 Hz del primer subrango. Más precisamente, puede configurarlo en esta marca de escala inicial seleccionando el capacitor C3 o conectando un segundo (tercero, etc.) capacitor en paralelo, lo que aumenta ligeramente su capacidad total.

Después de eso, aplique una señal con una frecuencia de 200 Hz desde el generador a la entrada del dispositivo y coloque la aguja del microamperímetro en la marca final de la escala con una resistencia de ajuste R6. De manera similar, ajuste los límites del tercer subrango de la frecuencia medida a la escala del microamperímetro - 2.. .20 kHz. Quizás los límites de medición de frecuencia en las subbandas resulten diferentes o desee cambiarlos. Haga esto con una selección de condensadores de temporización C2-C4.

Es posible que desee aumentar la sensibilidad del frecuencímetro. En este caso, el frecuencímetro más simple deberá complementarse con un amplificador de señal de entrada utilizando, por ejemplo, un transistor npn de baja potencia o, mejor aún, un microcircuito analógico K118UP1G (Fig. 4). Este microcircuito es un amplificador de tres etapas para canales de vídeo de receptores de televisión, que tiene una alta ganancia. Su caja con 14 pines es la misma que la del microcircuito K155LAZ, pero su pin de alimentación positivo es el séptimo y su pin de alimentación negativo es el 7. Con un amplificador de este tipo, la sensibilidad del frecuencímetro aumentará a 14...30 mV.

Las oscilaciones de la frecuencia medida pueden ser sinusoidales, rectangulares, de diente de sierra, cualquiera. A través del capacitor C1, ingresan a la entrada (pin 3) del microcircuito DA1 y, después de la amplificación desde la salida (pin 10 conectado al pin 9), el microcircuito a través del capacitor C3 llega a la entrada del disparador Schmitt del frecuencímetro. El condensador C2 elimina la retroalimentación negativa interna, lo que debilita las propiedades amplificadoras del microcircuito.

Ahora se pueden quitar los diodos VD1, VD2 y la resistencia R1 (Fig. 2), y en su lugar se pueden montar un chip analógico DA1 y condensadores de óxido. El chip K118UP1G se puede reemplazar con K118UP1V o K118UP1A. Pero en este caso, la sensibilidad del frecuencímetro será algo menor.

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