シンプルな周波数カウンター。スキーム、説明

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シンプルな周波数カウンタ。ラジオ - 初心者向け

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155 つの K20LAZ チップのみに基づいて、そのすべての論理要素を使用して、約 20 Hz ～ XNUMX kHz の交流電圧の周波数を測定できる比較的単純なデバイスを構築できます。

このような測定装置の入力要素はシュミットトリガです。これは、入力に供給される正弦波交流電圧を同じ周波数の矩形パルスに変換する装置です。つまり、緩やかな立ち上がりと立ち下がりを持つ正弦波の「パルス」を、急峻な立ち上がりと立ち下がりを持つ長方形の「パルス」に変換します。シュミットトリガーは、入力信号の特定の振幅で「起動」します。しきい値未満の場合、トリガー出力にパルス信号はありません。

経験から始めましょう。図に示すシュミットトリガー回路を使用します。 1、a、K155LAZチップをブレッドボードにマウントし、その論理要素のうち1つだけをオンにします。ここで、パネル上に、それぞれ2つのガルバニ電池332（または316）で構成されるバッテリーGB1とGB1,5、および抵抗2,2またはXNUMX kOhmの可変抵抗器RXNUMX（できればA-linearの機能特性）を配置します。実験期間中のみ、バッテリーのリード線を抵抗器に接続します。

マイクロ回路の電源を入れ、DC電圧計を使用して、シュミットトリガーの入力である抵抗R2の左側の端子に電圧がゼロになるような位置に可変抵抗スライダーを設定します。この場合、要素DD1.1です。は単一状態になり、その出力は高レベル電圧になり、要素DD1.2はゼロになります。これは、このトリガーの要素の初期状態です。

シンプルな周波数カウンター
米。 1シュミットトリガーの経験

次に、DC電圧計をDD1.2エレメントの出力に接続し、その矢印を注意深く観察しながら、可変抵抗器スライダーを回路上で停止するまでスムーズに動かし始め、停止せずに反対方向に下に動かします。出力、次に再びアッパーなどに。電圧計は何を示していますか？エレメントDD1.2のゼロ状態からシングル状態への定期的な切り替え、つまり、トリガーの出力での正極性パルスの出現。

このバージョンのシュミットトリガーの動作は、同じ図のグラフbとcで示されています。 1.可変抵抗器スライダーをある極端な位置から別の位置に移動することにより、最大1 Vの振幅でトリガーの入力（図3、b）への正弦波AC電圧の供給をシミュレートしました。この信号の正の半波は、一般に上限しきい値（Unop1）と呼ばれる特定の値よりも小さく、デバイスは元の状態を維持していました。約1,7V（時間t1）に等しいこのしきい値電圧に達すると、両方の要素が反対の状態に切り替わり、トリガー出力（要素DD1.2の出力）に高レベルの電圧が現れました。入力の正の電圧がさらに増加しても、トリガー要素のこの状態は変化しません。

抵抗R1のスライダーを反対方向に動かしたとき、トリガー入力の電圧が下限しきい値（Unop2）に下がったとき。約0,5V（モーメントt2）に等しく、両方の要素が元の状態に切り替わります。トリガー出力で、高電圧レベルが再び現れました。

負の半波は、シュミットトリガーを形成する要素の状態を変更しませんでした。この半サイクルの間、DD1.1 エレメントの入力回路の内部ダイオードが開き、共通ワイヤへのトリガー入力が閉じます。

入力交流電圧の次の正の半波で、トリガー出力に 3 番目の高レベルパルスが形成されます (瞬間 t4 と t20)。この実験を数回繰り返します。トリガーの入力と出力、その動作を特徴付けるグラフをプロットします。それらは、図のグラフに示されているものに近いはずです。 XNUMX. シュミットトリガーの最も特徴的な機能は、しきい値レベルが異なる XNUMX つの要素です。

それでは、周波数カウンターの学習に移りましょう。繰り返し用に提案された周波数計の概略図を図2に示します。 1.1.ここでは、論理要素DD1.2、DD1および抵抗R3-R1がすでにおなじみのシュミットトリガーを形成し、マイクロ回路の残りのXNUMXつの要素がその出力パルスの整形器を形成し、マイクロアンメーターRAXNUMXの読み取り値はに依存しますその繰り返し率。シェーパーがないと、トリガーの出力でのパルスの持続時間は入力測定AC電圧の周波数に依存するため、デバイスは周波数測定の信頼できる結果を提供しません。

シンプルな周波数カウンター
米。 2 周波数カウンター

コンデンサ C1 が切り離されています。広帯域の音響周波数振動を通過させ、信号源の一定成分の経路をブロックします。 VD2 ダイオードは、共通線への入力電圧の負の半波を閉じます (DD1.1 要素の入力で内部ダイオードを複製するため、このダイオードを取り付けることはできません)。ダイオード VD1 は、要素 DD1.1 の入力で受信される正の半波の振幅を供給電圧のレベルで制限します。

シュミットトリガーの出力（エレメントDD1.2の出力から）から、正極性のパルスがシェーパーの入力に供給されます。エレメントDD1.3はインバーターによってオンにされ、DD1.4はその意図された目的のために-論理エレメント2I-NOTとして使用されます。シェーパーの入力に低レベルの電圧が現れるとすぐに（互いに接続されたDD1.3エレメントの入力で）、単一の状態に切り替わり、コンデンサC4〜C2の4つがシェーパーと抵抗R1.4を介して充電されます。。コンデンサが充電されると、DD1エレメントの低い方の入力の正の電圧が高いレベルに上昇します。ただし、この要素は単一の状態のままです。これは、XNUMX番目の入力とシュミットトリガーの出力に低電圧レベルがあるためです。このモードでは、PAXNUMXマイクロアンメータに小さな電流が流れます。

シュミットトリガーの出力に高レベルの電圧が現れるとすぐに、DD1.4要素がゼロ状態に切り替わり、抵抗R5-R7のいずれかの抵抗によって決定される大きな電流がマイクロアンメータに流れ始めます. 同時に、要素DD1.3がゼロ状態に切り替わり、充電されたシェイパーのコンデンサが放電し始めます。しばらくすると、その電圧が大幅に低下し、要素DD1.4が再び単一の状態に切り替わります。したがって、短い低レベルのパルスがシェーパーの出力に現れます (図 1、d を参照)。その間、最初の電流よりもはるかに大きな電流がマイクロアンメータを流れます。マイクロアンメータの針の振れ角はパルス繰り返し率に比例し、周波数が高いほど角度が大きくなります。

シェーパの出力におけるパルスの持続時間は、内蔵の時間設定コンデンサ (C2、C4、または C1.4) が素子 DD2 のスイッチング電圧まで放電する持続時間によって決まります。コンデンサの静電容量が小さいほど、パルスが短くなり、より高い入力信号の周波数を測定できます。したがって、容量 0,2 μF の時間設定コンデンサ C20 を使用すると、デバイスは約 200 ～ 3 Hz の発振周波数を測定でき、容量 0,02 μF のコンデンサ C200 を使用すると 2000 ～ 4 Hz の発振周波数を測定できます。 2000 pF の容量を持つコンデンサ C2 - 20 ～ 5 kHz。同調抵抗器 R7 ～ R1,5 を調整するとき、マイクロアンメータのポインタは、各サブレンジの最高測定周波数に対応するスケールの終点マークに設定されます。周波数を測定できる交流電圧の最小レベルは約 8 V、最大レベルは 10 ～ XNUMX V です。

図のグラフをもう一度考えてみましょう。 1を使用して、周波数カウンターの動作原理を記憶し、ブレッドボードに組み立てられたシュミットトリガーに入力回路とドライバーの詳細を追加して、動作中のデバイスをテストします。現時点では、サブレンジスイッチは必要ありません。C2などの時間設定コンデンサをDD13エレメントの端子1.4に直接接続し、チューニング抵抗の2,2つまたは抵抗3,3の定抵抗を接続できます。 ...1kOhmをマイクロアンメータ回路に接続できます。マイクロアンペアRA100-矢印の全たわみの電流XNUMXμA。

インストールが完了したら、電源をオンにし、シュミットトリガーエレメント DD1.1 の入力に高レベルパルスを印加します。それらのソースは、図の回路に従ってマルチバイブレータにすることができます. 10または他の同様のジェネレータ。パルス繰り返し率を最小に設定します。この場合、RA1マイクロアンメータのポインタは、周波数計の効率を示す小さな角度で急激にずれているはずです。マイクロアンメータが入力パルスに応答しない場合は、抵抗値の大きい別の抵抗 R2 を選択する必要があります。一般に、その抵抗は 1,8 ～ 5,1 kOhm の範囲になります。

次に、周波数計の入力に（コンデンサC1を介して）降圧ネットワーク変圧器から3 ...5Vの交流電圧を印加します。これで、マイクロアンメータの針は前の実験よりも大きな角度でずれているはずです。同じかそれ以上の容量の別のコンデンサをタイミングコンデンサと並列に接続します。これで、矢印の偏角が小さくなります。同様に、5番目と7番目の測定サブレンジでデバイスをテストできますが、適切な周波数の入力信号を使用します。この周波数計を自宅の測定ラボに含める場合は、その部品をブレッドボードから回路基板に移し、トリミング抵抗R22〜R2を取り付けて（図4）、ボードを固定する必要があります。適切なサイズのボックス。コンデンサCXNUMX〜CXNUMXは、それぞれXNUMXつ以上のコンデンサで構成できます。

周波数計の設計の様子を図3に示します。 1.フロントパネルに、マイクロアンメータ、サブレンジスイッチ（たとえば、ビスケットPZZNまたは2つの位置にXNUMXつのセクションがある別のスイッチ）、入力ソケット（XSXNUMX、XSXNUMX）、またはクランプを配置します。

周波数メーターのスケールはすべての測定サブレンジで共通であり、ほぼ均一です。したがって、決定する必要があるのは、

それらの20つに関連するスケールの初期および最終制限-サブ範囲"200.. .200 Hz"に設定し、その下にある他の2000つの測定サブ範囲の周波数境界を調整します。今後、デバイスを「10 .. .2 Hz」サブレンジに切り替えると、目盛りで読み取った測定結果は20倍になり、「100 ...XNUMXkHz」サブレンジで測定した場合はXNUMX倍になります。。

シンプルな周波数カウンター
米。 (3)23 周波数カウンタの取り付け部品。米。 4(24) 周波数計の出力を増大させるアンプ

これが採点方法です。 SA1 スイッチをサブレンジ「20 .. .200 Hz」の測定位置に設定し、トリマー抵抗器 R5 エンジンを最大抵抗の位置に設定し、電圧 33 で周波数 20 Hz の信号を印加します。 . .1,5 B. マイクロアンメータポインタの振れ角に対応する目盛に印を付けます。次に、音源を 2 Hz の周波数に調整し、楽器のポインターをトリミング抵抗 R200 でスケールの最終マークに設定します。その後、サウンドジェネレータの信号に従って、5、30、40などに対応するスケールに50 Hzまでマークを付けます。後で、スケールのこれらのセクションを 190、2、または 5 の部分に分割します。

次に、周波数メーターを 200 番目の測定サブレンジに切り替え、周波数 20 Hz の信号を入力に加えます。この場合、微小電流計の矢印は、最初のサブレンジの 3 Hz の周波数に対応する目盛りに合わせる必要があります。より正確には、コンデンサ CXNUMX を選択するか、それに並列に XNUMX 番目 (XNUMX 番目など) のコンデンサを接続することで、この初期スケールマークに設定できます。これにより、合計静電容量が若干増加します。

その後、発生器から周波数 200 Hz の信号をデバイスの入力に印加し、マイクロアンメータの針をトリマ抵抗 R6 でスケールのエンドマークに設定します。同様に、測定周波数の 2 番目のサブレンジの制限をマイクロアンメータのスケール - 20.. .2 kHz に調整します。おそらく、サブバンドの周波数測定限界が異なるか、変更したいでしょう。タイミングコンデンサ C4 ～ CXNUMX を選択してこれを行います。

周波数カウンターの感度を上げたい場合があります。この場合、最も単純な周波数計に、たとえば低電力n-p-nトランジスタ、またはさらに優れたアナログK118UP1Gマイクロ回路を使用して、入力信号増幅器を追加する必要があります(図4)。この超小型回路は、テレビ受信機のビデオチャネル用の 14 段アンプであり、大きなゲインを持っています。 155 ピンのケースは K7LAZ マイクロ回路と同じですが、14 番目の正の電力出力と 30 番目の負の電力出力があります。このようなアンプを使用すると、周波数メーターの感度が50 ... XNUMX mVに増加します。

測定された周波数の振動は、正弦波、長方形、のこぎり波などです。コンデンサC1を介してDA3マイクロ回路の入力（ピン1）に入り、出力（ピン10をピン9に接続）から増幅した後、コンデンサC3を介してマイクロ回路が周波数計のシュミットトリガーの入力に到達します。コンデンサC2は、マイクロ回路の増幅特性を弱める内部負帰還を排除します。

ダイオード VD1、VD2、および抵抗 R1 (図 2) を取り外すことができ、その代わりにアナログチップ DA1 と酸化物コンデンサを取り付けることができます。 K118UP1G チップは、K118UP1V または K118UP1A に置き換えることができます。ただし、この場合、周波数計の感度はやや低くなります。

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