简单的频率计数器。方案、说明

简单的频率计数器。收音机 - 适合初学者

收音机 - 适合初学者

在仅一个 K155LAZ 微电路的基础上，利用其所有逻辑元件，可以构建一个相对简单的设备，能够测量大约 20 Hz 至 20 kHz 的交流电压的频率。

这种测量设备的输入元件是施密特触发器——一种将提供给其输入的正弦交流电压转换为相同频率的矩形脉冲的设备。也就是说，它将具有平坦前沿和下降的正弦“脉冲”转换为具有陡峭前沿和下降的矩形“脉冲”。施密特触发器在输入信号的一定幅度处“触发”。如果小于阈值，触发输出将没有脉冲信号。

让我们从经验开始。使用如图所示的施密特触发器电路。 1、a、将K155LAZ芯片安装在面包板上，只开启它的两个逻辑元件。这里，在面板上放置电池 GB1 和 GB2，每个电池由两个原电池 332（或 316）和一个电阻为 1 或 1,5 kOhm（最好具有 A 线性功能特性）的可变电阻器 R2,2 组成。仅在实验期间将电池引线连接到电阻器。

打开微电路的电源，并使用直流电压表，将可变电阻滑块设置到这样一个位置，即电阻 R2 的左端子上的电压为零，这是施密特触发器的输入。在这种情况下，元素 DD1.1。将处于单态，其输出为高电平电压，元件DD1.2为零，这是该触发器元件的初始状态。

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米。 1 施密特触发器的经验

现在将直流电压表连接到 DD1.2 元件的输出端，仔细观察它的箭头，开始平稳地将可变电阻滑块向上移动到电路中，直到它停止，然后在相反的方向上不停地移动 - 向下移动输出，然后再向上等。电压表显示什么？元件 DD1.2 从零状态到单一状态的周期性切换，反之亦然，即，在触发器的输出端出现正极性脉冲。

该版本的施密特触发器的操作由同一图中的图表 b 和 c 说明。 1. 通过将可变电阻滑块从一个极端位置移动到另一个极端位置，您模拟了一个正弦交流电压供应到触发器的输入端（图 1，b），幅度高达 3 V。该信号的正半波小于某个值，即通常所说的上阈值（Unop1），器件保持原始状态。当达到这个阈值电压，大约等于 1,7 V（在时间 t1）时，两个元件都切换到相反的状态，并且高电平电压出现在触发输出端（在元件 DD1.2 的输出端）。输入端正电压的进一步增加不会改变触发元件的这种状态。

当向相反方向移动电阻器 R1 的滑块时，触发输入端的电压已降至下限阈值 (Unop2)。大约等于 0,5 V（时刻 t2），两个元件都切换到它们的原始状态。在触发输出处，再次出现高电压电平。

负半波没有改变构成施密特触发器的元素的状态。在这个半周期内，DD1.1 元件输入电路的内部二极管打开，将触发输入关闭到公共线。

在输入交流电压的下一个正半波时，触发输出将形成第二个高电平脉冲（时刻 t3 和 t4）。重复此实验几次，并根据连接到的电压表的读数触发器的输入和输出，绘制表征其操作的图形。它们应该接近于图 20 中的图形。 XNUMX.两个不同阈值水平的元素是施密特触发器的最大特点。

现在让我们继续研究频率计数器。建议用于重复的频率计示意图如图 2 所示。 1.1. 这里，逻辑元件 DD1.2、DD1 和电阻器 R3-R1 形成了已经熟悉的施密特触发器，微电路的其余两个元件形成其输出脉冲的整形器，微安表 RAXNUMX 的读数取决于其中的重复率。如果没有整形器，该设备将无法提供可靠的频率测量结果，因为触发输出处的脉冲持续时间取决于输入测量交流电压的频率。

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米。 2 频率计数器

电容器 C1 正在分离。通过宽频带的声频振荡，它阻挡了信号源的恒定分量的路径。 VD2二极管将输入电压的负半波闭合到公共线（它复制了DD1.1元件输入端的内部二极管，因此不能安装该二极管）。二极管 VD1 将在元件 DD1.1 的输入端接收到的正半波的幅度限制在电源电压的水平上。

从施密特触发器的输出（从元件 DD1.2 的输出），正极性脉冲被馈送到整形器的输入。元件 DD1.3 由逆变器打开，DD1.4 用于其预期目的 - 作为逻辑元件 2I-NOT。一旦在整形器的输入端出现低电平电压 - 在连接在一起的 DD1.3 元件的输入端，它就会切换到单一状态，电容器 C4-C2 中的一个通过它充电，电阻器 R4 . 随着电容器充电，DD1.4 元件低输入端的正电压上升到高电平。但该元件仍处于单一状态，因为在其第二个输入以及施密特触发器的输出处，存在低电压电平。在此模式下，PA1 微安表中有小电流流过。

一旦施密特触发器的输出端出现高电平电压，DD1.4 元件就会切换到零状态，并且大量电流开始流过微安表，该电流由电阻器 R5-R7 之一的电阻决定. 同时，元件DD1.3切换到零状态，整形器的充电电容开始放电。一段时间后，其上的电压会降低很多，以至于元件 DD1.4 将再次切换到单一状态。因此，整形器的输出端会出现一个短的低电平脉冲（见图 1，d），在此期间，电流流过微安表，比初始电流大得多。微安表针的偏转角度与脉冲重复率成正比：频率越高，角度越大。

整形器输出端的脉冲持续时间由接通的定时电容器（C2、S4 或 C1.4）放电至元件 DD2 的开关电压的持续时间决定。电容器的电容量越小，脉冲越短，可以测量的输入信号的频率越高。因此，使用电容为 0,2 μF 的定时电容器 C20，该装置能够测量约 200 至 3 Hz 的振荡频率（使用电容为 0,02 μF 的电容 C200），使用电容为 2000 至 4 Hz 的振荡频率。 C2000 容量为 2 pF - 从 20 kHz 到 5 kHz。当用微调电阻R7-R1,5调节时，微安表指针设置在与每个子范围的最高测量频率相对应的刻度的结束标记处。可测量频率的交流电压的最低水平约为 8 V，最高水平为 10...XNUMX V。

再次考虑图 1 中的图表。 2 记住频率计的工作原理，然后用输入电路和驱动器的细节补充组装在面包板上的施密特触发器，并测试设备的运行情况。此时，不需要分档开关——时间设置电容，例如C13，可以直接连接到DD1.4元件的端子2,2，一个调谐电阻或一个阻值为3,3的恒定电阻... 1 kOhm 可以连接到微安表电路。微安计 RA100 - 用于箭头总偏转电流 XNUMX μA。

安装完成后，打开电源，向施密特触发器元件DD1.1的输入端施加高电平脉冲。根据图 10 中的电路，它们的源可以是多谐振荡器。 1 或其他类似的发电机。将脉冲重复率设置为最小值。在这种情况下，PA2微安表的指针应该急剧偏离一个小角度，这将表明频率计的效率。如果微安表不响应输入脉冲，则必须选择另一个电阻更大的电阻器 R1,8。一般来说，它的电阻可以在 5,1 到 XNUMX kOhm 的范围内。

接下来，从降压网络变压器向频率计的输入端（通过电容器 C1）施加 3.. .5 V 的交流电压。现在微安表的指针应该比之前的实验偏离更大的角度。将另一个容量相同或更大的电容器与定时电容器并联。现在箭头的偏角将减小。同样，您可以在第二个和第三个测量子范围内测试设备，但使用适当频率的输入信号。如果您决定将此频率计包含在您的家庭测量实验室中，则必须将其零件从面包板转移到电路板上，并在其上安装微调电阻 R5-R7（图 22），并将电路板固定在一盒大小合适的。电容器C2-C4可以分别由两个或多个电容器组成。

频率计的外观设计如图所示。 3. 在其前面板上，放置一个微安表、一个分档开关（例如，饼干 PZZN 或其他三个位置的两个部分）、输入插座（XS1、XS2）或夹子。

频率计刻度对于所有测量子范围都是通用的，并且几乎是统一的。因此，您只需确定

标尺相对于其中之一的初始和最终限制 - 到子范围“20.. .200 Hz”，然后调整其下的其他两个测量子范围的频率限制。将来，当设备切换到“200.. .2000 Hz”子范围时，刻度上读取的测量结果将乘以 10，在“2.. .20 kHz”子范围内测量时，将乘以 100 .

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米。 (3)23频率计部件的安装。米。 4(24) 增加频率计功率的放大器

这是分级方法。将 SA1 开关置于“20 .. .200 Hz”子范围内的测量位置，将微调电阻 R5 引擎置于最高电阻位置，并施加频率为 33 Hz、电压为 20 的信号。 . .1,5 B. 在刻度上做一个与微安表指针偏转角相对应的标记。然后将发声器调到 2 Hz 的频率，并用微调电阻 R200 将仪器的指针指向刻度的最终标记。之后，根据发声器的信号，在对应于 5、30、40 等最高 50 Hz 的刻度上做标记。稍后，将秤的这些部分分成 190、2 或 5 个部分。

然后将频率计切换到第二个测量子范围，并向其输入施加频率为 200 Hz 的信号。在这种情况下，微安表指针应紧靠与第一子范围 20 Hz 频率相对应的刻度线。更准确地说，您可以通过选择电容器 C3 或并联第二个（第三个等）电容器将其设置为初始刻度标记，这会稍微增加它们的总容量。

之后，将来自发生器的频率为 200 Hz 的信号施加到设备的输入端，并使用微调电阻 R6 将微安表指针设置到刻度的末端标记。同样，将测量频率的第三个子范围的限制调整到微安计的刻度 - 2.. .20 kHz。也许子带的频率测量限制会有所不同，或者您想更改它们。通过选择定时电容器 C2-C4 来做到这一点。

您可能想要提高频率计的灵敏度。在这种情况下，最简单的频率计必须配备输入信号放大器，例如使用低功率 npn 晶体管，或者更好的是使用模拟微电路 K118UP1G（图 4）。该微电路是电视接收机视频通道的三级放大器，具有高增益。其14脚外壳与K155LAZ微电路相同，但正极电源脚为第7脚，负极电源脚为第14脚。使用这样的放大器，频率计的灵敏度将增加到 30...50 mV。

测量频率的振荡可以是正弦波、矩形波、锯齿波 - 任何。通过电容C1，它们进入DA3微电路的输入端（引脚1），从输出端（引脚10连接到引脚9）放大后，微电路通过电容C3进入频率计施密特触发器的输入端。电容器 C2 消除了内部负反馈，这削弱了微电路的放大特性。

现在可以移除二极管 VD1、VD2 和电阻器 R1（图 2），并在其位置上安装模拟芯片 DA1 和氧化物电容器。 K118UP1G 芯片可以更换为 K118UP1V 或 K118UP1A。但在这种情况下，频率计的灵敏度会有所降低。

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