Материал: МРБ 1096.(1986).[doc]

Теперь предположим, что на выходе преобразователя имеется отрицатель­ное постоянное напряжение. Это приведет к равномерному росту выходного напряжения интегратора в положительную область. Состояние триггера VT8, DD8.1 не. изменяется, так как транзистор VT8 уже открыт. Как только уро­вень на выходе ОУ DA3 достигнет значения U_DA3=4 В, транзистор VT9 от­кроется. На выходе DD8.2 будет напряжение высокого уровня, на выходе DD8.3 — низкого. Резистор R49 обеспечивает положительную обратную связь в триггере, ускоряя его переключение. Перепад напряжений высокого и низко­го уровней на выходе DD8.3 переключит RS-триггер. На выходе DD9.1 будет . напряжение высокого уровня, что обеспечит индикацию отрицательной поляр­ности входного напряжения.

Появившееся на выходе DD8.4 напряжение высокого уровня закроет тран­зистор DA4.2, т. e. запустит адновибратор. На выходе DD9.3 в течение дейст­вия импульса t₂ будет напряжение низкого уровня. За это время конденсатор С18 перезарядится через резистор R51. Транзистор DA4.1 в диодном включении служит для компенсации температурного дрейфа напряжения база — эмиттер, транзистора DA4.2.

В течение времени t% на выходе DD9.4 будет напряжение высокого у.ровня, а на выходе DD10.1 — низкого. Вследствие этого транзистор VT1O закроется» и в точку суммирования интегратора через R55, R56, VD10 потечет положи­тельно направленный компенсирующий ток. Транзистор VT11 в это время бу­дет продолжать находиться в открытом состоянии. Так как компенсирующий опорный ток всегда больше входного, напряжение на выходе интегратора нач­нет равномерно смещаться в отрицательную область. Триггеры на элементах VT8, DD8.1. и VT9, DD8.2, DD8.3 имеют гистерезис около 0,4 В. Поэтому спус­тя короткое время после смены направления интегрирования триггер VT9, DD8.2, DD8.3 вернется в исходное состояние.- Обратное интегрирование закан­чивается после перезарядки конденсатора С18, т. е. при возвращении одновиб-ратора в .исходное состояние. Транзистор VT10 снова открывается и начина-, ется новый цикл прямого интегрирования.

Прямое падение напряжения на диодах VD10, VD11 зависит от темпера­туры и поэтому влияет на температурную стабильность опорного тока. Целе­сообразно для устранения влияния порогового напряжения диодов резисторы R55, R56 и R58, R59 заменить источниками токов.

При подаче на вход преобразователя положительного постоянного напря­жения на выходе интегратора будет равномерно спадающее напряжение. Транзистор VT9 останется закрытым, а транзистор VT8 по достижении U_DA3= — 4 В закроется. Триггер VT8, DD8.1 переключится. На выходе DD8.1 — напряжение низкого уровня. Вследствие этого на выходе DD9.2 RS-триггера будет напряжение высокого уровня (индикация положительной по­лярности входного напряжения). Через DD8.4 происходит запуск одновибра­тора. В течение времени t₂ на обоих входах DD10.2 будет напряжение высо­кого уровня, поэтому транзистор VT11 закроется (VT10 останется в открытом состоянии). В точку суммирования интегратора через R58, R59, VD11 потечет отрицательно направленный компенсирующий опорный ток. После смены направления интегрирования и обратного переключения триггера VT8, DD8.1 уст­ройство вернется в первоначальное состояние и цикл повторится.

Таким образом на выходе DD9.4 формируется импульсное напряжение с частотой F, пропорциональной входному напряжению. На выходе RS-триггера (элементы DD9.1, DD9.2) имеется информация о полярности входного сиг­нала.

Рис. 54. Принципиальная схема отсчетного устройства

Отсчетное устройство (рис. 54). В отсчетном устройстве комплекса исполь­зован принцип динамической индикации с поразрядным опросом (см. ранее), что позволило (при числе разрядов 8) не только упростить схему, сократив число корпусов микросхем, но и резко уменьшить число соединительных проводников « индикатору. Например, если в девятиразрядном индикаторе делать выводы от каждого электрода, то их число равнялось бы 99. В качестве цифровых инди­каторов в отсчетном устройстве применен цифровой дисплей от микрокальку­ляторов типа ИВ-28А.

Индикатор ИВ-28А имеет только 19 выводов. Конструкция этого индика- тора такова, что все одноименные аноды-сегменты в ней соединены вместе. Поэтому знак, высвечивается при временном совпадении напряжений управ­ляющих сеток и анодов-сегментов. При этом, если подано напряжение на анод-сегмент, но отсутствует напряжение на управляющей сетке данного разряда, индикации знака не будет. Свечение на аноде-сегменте возникает только при одновременном поступлении напряжений на анод-сегмент и управляющую ceт­«у. Для индикации показаний измеряемой величины в данном индикаторе в (различных режимах используется от 4 до 8 разрядов. Старший, девятый, раз­ряд используется для индикации перегрузки при измерении напряжений. Ампли­туда импульсов, подаваемых на аноды-сегменты и управляющие сетки с вы­ходных ключей, равна примерно 25 В. Для питания накала индикатора (ток накала около 40 мА) использован источник напряжения питания 5 В и гася­щий резистор R86.

Отсчетное устройство состоит из двоичного счетчика DD11, восьмидекад-«ого двоично-десятичного счетчика DD19 — DD26, промежуточного восьмидекад-ного регистра памяти DD27 — DD34 на универсальных сдвигающих регистрах, четырех селекторов-мультиплексоров данных на восемь каналов DD35 — DD38, преобразователя двоично-десятичного кода в код семисегментных индикаторов jDD39, десятичного дешифратора DD40 и выходных ключей управления инди­катором DD41 — DD44.

Работает отсчетное устройство следующим образом. На вход DD11 с блока эталонных частот поступают импульсы с частотой 1000 Гц. Выходы 1-2-4 этого счетчика подключены к соответствующим входам микросхем DD35 — DD38, -.BD40. Выходы 0, 1, ..., 7 дешифратора DD40 через ключи DD43, DD44 связа­ны с сетками индикатора. Таким образом микросхемы DD11, DD40 являются временным коммутатором разрядов индикатора. Частота поочередного включе­ния разрядов равна 1000/16 Гц-=62,5 Гц.

На вход младшей декады DD19 десятичного счетчика импульсы поступают .с временного селектора хронизатора. В течение времени измерения в счетчик DD19 — DD26 записывается определенное число. Выходы 1-2-4-8 каждой деся­тичной декады счетчика подключены ко входам Dl — D4 одноименных разрядов регистров промежуточной памяти DD27 — DD34. При подаче напряжения высо­кого уровня на входы С1, VI, V2 регистры памяти переводятся в режим па­раллельной записи информации по входам Dl — D4. Перепись информации со счетчика в соответствующие разряды регистра памяти осуществляется поцачей с хронизатора на все входы С2 регистра положительного импульса «Пере­пись». Сигналы с выходов регистра памяти поступают на коммутаторы (муль­типлексоры) DD35 — DD38, которые в соответствии с кодом, поступающим с двоичного счетчика DD11, поочередно подключают все разряды входного кодь к преобразователю DD39. Управляющие напряжения с преобразователя через ключи DD41, DD42 поступают на сегменты индикатора HG1. Так как микро­схема DD39 (К154ИД2) имеет выходы типа открытый коллектор, то для управления ключами DD41, DD42 в качестве нагрузки каналов применены резис­торы R64 — R70.

Выходные ключи DD41 — DD44 управления индикатором выполнены на базе микросхем К.133ЛА8, имеющих выход типа открытый коллектор. Как показала практика, выходные транзисторы этих микросхем в закрытом состоянии выдер­живают напряжение до 30 В с достаточной степенью надежности. Для огра­ничения тока, протекающего через эти транзисторы (в насыщенном состоянии),. до уровня 2 — 3 мА сопротивление резисторов R71 — R85 выбрано равны» 10 кОм.

Хронизатор. Хронизатор комплекса (см. рис. 54) включает в себя времен--ной селектор DD12.2, DD12.3, устройство управления временным селектором DD12.1, DD13, формирователи импульсов сброса, переписи, а также интервала «Время индикации».

Для рассмотрения работы хронизатора предположим, что устройство на­ходится в исходном состоянии, т. е. триггеры DD13 и счетные декады уста­новлены на ноль. С приходом первого импульса с блока эталонных интервалов (период следования импульсов 0,1 или 1 с выбирается переключателем S7) триггер DD13.1 через DD12.1 переключится в состояние логической единицы, так как на второй вход DD12.1 с выхода DD13.2 поступает напряжение высо­кого уровня. Напряжение высокого уровня с выхода DD13.1 откроет селектор DD12.2. Импульсы с входного формирователя или преобразователя напряже­ние — частота (выбирается с помощью переключателя S11) через контакты-S11.1, S10, S8.3 и DD12.2, DD12.3 поступают на первую декаду счетчика. С приходом второго эталонного импульса, определяющего время измерения, триг­гер DD13.1 снова вернется в нулевое состояние и закроет селектор DD12.2. Положительный перепад напряжения на. его выходе Q переключит триггер DD13.2 в состояние логической единицы. Отрицательный перепад напряжения на выходе Q заблокирует DD12.1, поэтому последующие эталонные импульсы до сброса триггеров хронизатора влияния на него не оказывают.

Отрицательный, же перепад напряжения на выходе Q DD13.2 запускает од-новибраторы DD14, DD15. На DD14 собран формирователь импульса «Пере­пись». Длительность импульса определяется внутренним резистором 10 кОм;. внешней емкостью — конденсатором С19 и равна примерно 1 мс. Таким обра­зом по окончании времени измерения происходит перепись информации со счет­ных декад в регистр памяти. Одновибратор DD15 служит для формирования импульса «Время индикации». Длительность импульса определяется внешними элементами R60, R61, С20 и равна 0,5 — 3 с. Время индикации регулируется резистором R60. По окончании импульса «Время индикации» отрицательный перепад напряжения на прямом выходе Q DD15 запускает одновибратор DD16, который формирует импульс «Сброс». Длительность импульса примерно 1 мс. Таким образом импульс «Сброс» имеет временную задержку по отношению к концу измерительного интервала, определяемую длительностью импульса DD15. Положительный импульс с прямого выхода DD16 переводит счетные декады в» нулевое состояние, а отрицательный с инверсного выхода устанавливает в ну­левое состояние триггер DD13 хронизатора. Устройство совпадения DD12.1 сно­ва открыто, и следующий эталонный импульс снова переключит DD13.1 в сос­тояние логической единицы и т. д.

С помощью переключателя S8 прибор переводят в режим измерения пе­риода, а с помощью S10 устанавливают режим «Самоконтроль». В режим»

«Самоконтроль» на временной селектор импульсы поступают не с формирова­теля, а с блока эталонных интервалов (1 МГц).

Выключателем S16 хронизатор переводится в режим разового пуска от S17. Устройство управления запятой (см. рис. 54). Оно собрано на селекторе-мультиплексоре DD45 и VT12. Входы 1-2-4 селектора DD45 подключены к вы-ходам 2-4-8 DD11 соответственно. На один из информационных входов Х5 — Х9 через контакты переключателей подается напряжение низкого уровня. При оп« росе этого входа на выходе VT12 будет формироваться напряжение высокого уровня, которое вызовет свечение соответствующей запятой. В режиме из-мерения периода запятая не высвечивается. При измерении частоты запятой выделяются килогерцы, при измерении напряжения — отделяются вольты, при измерении коэффициента нелинейных искажений — проценты.

Устройство индикации перегрузки (см. рис. 54). Оно выполнено на элемен­тах DD18.2, DD18.3 и ОУ DA5. Выходы DD18.2, DD18.3 объединены и управ­ляют напряжением на сетке девятого разряда. На входы DD18.2 с блока эта­лонных частот постоянно поступают импульсы частотой 1 Гц. На входы DD18.3 поступает напряжение с двуполярного компаратора DA5. Если напряжение на входе прибора превышает предельное не более чем на 20% (например, 2,4 В на пределе 2 В), то на выходе компаратора DA5 будет напряжение высокого уровня, а следовательно, на выходе DD18.3 и на h9 HG1 — напряжение низ­кого уровня. Индикации перегрузки не будет. При превышении входным нап» ряжением предела измерения более чем на 20% на выходе компаратора DA5 будет напряжение низкого уровня, на выходе DD18.3 — высокого и импульсы а частотой 1 Гц будут поступать на сетку h9 индикатора. В этом случае девя­тый разряд индикатора будет мигать с периодом 1 с, индицируя перегрузку прибора. Порог срабатывания компаратора, равный примерно ±(2,4 — 2,5) В, подбирается с помощью резистора R90.

Устройство индикации полярности и гашения избыточных разрядов (см, рис. 54). Оно собрано на элементах DD17, DD12.4, DD18.1. При измерении час­тоты или периода на один из двух входов элемента DD18.1 подается через пе» реключатель S11.3 напряжение низкого уровня. Поэтому на входе «Гашение» (Г) элемента DD39, подключенного к выходу DD18.1, будет напряжение высо­кого уровня, В этом случае высвечиваются все восемь разрядов индикатора. При измерении напряжений на входе элемента DD18.1 — напряжение высоко­го уровня и сигналы, имеющиеся на входах DD17.1, управляют входом «Га­шение» DD39. Эти сигналы поступают с выходов DD40 временного распреде­лителя. Таким образом,,при измерении напряжений гасятся либо 5 — 8-е разря» ды индикатора (пределы 2 — 2000 В), либо 6 — 8-е разряды (предел 0,2 В). При измерении напряжений отрицательной полярности в шестом разряде индикато­ра высвечивается сегмент q6.. На вход элемента DD12.4 поступают отрицатель­ные импульсы, соответствующие шестому разряду распределителя, С выхода DD12.4 положительные импульсы поступают на один из трех входов DD17.2. На второй вход этого элемента поступает напряжение с DD9.1 (при отрица­тельной полярности — напряжение высокого уровня). На третий вход в режи­ме измерения напряжений поступает напряжение высокого уровня с переклю­чателя S11.3. Выход DD17.2 через ключ DD42.3 управляет зажиганием сегмента дб.

Рве. 55. Принципиальная схема генератора низкочастотных сигналов

Генератор низкочастотных сигналов (рис. 55). Он собран на ОУ DAS в транзисторах VT13, VT14. В качестве частотнозадающей цепи положительной обратной связи выбран мост Вина, состоящий из последовательной и парал-лельной ветвей. Эти ветви образуют избирательный по частоте делитель напря­жения. Напряжение, образующееся на параллельной ветви, подается на неин-вертиругощий вход ОУ. В установившемся режиме частота колебаний для од­ного из поддиапазонов может быть вычислена как

Обычно элементы ветвей моста Вина выбирают равными между собой, т. е. С22=С26, R94=R96. В этом случае

F=1/2(2пR_ZC).

Для устойчивой генерации колебаний коэффициент передачи исходного усили­теля без цепи положительной обратной связи должен быть больше з_И (где з_п — коэффициент передачи этой цепи):

где R_посл, С_посл, R_пар, С_иар — соответственно номиналы элементов в после­довательной и параллельной ветвях. При равенстве R_Посл=R_пар, С_посл = С_пар коэффициент з_п=1/3. Положительная обратная связь приводит к увеличению нелинейных искажений генерируемого сигнала. Для снижения искажений сиг­нала, а также для стабилизации амплитуды сигнала на выходе в генератор вводится отрицательная обратная связь, причем в ее цепь включается нелиней-ный элемент (лампа накаливания, термистор). Стабилизирующее действие цепи сказывается тем сильнее, чем больше коэффициент усиления исходного усили­теля.

В данном генераторе ветви моста Вина образованы коммутируемыми в за­висимости от поддиапазона конденсаторами С22 — С29 и резисторами R94 — R96. Для обеспечения малых искажений и амплитудной неравномерности в качестве сдвоенного резистора R95 применен прецизионный проволочный резистор с раз-бросом сопротивления между секциями не более 2%. Применение вместо него обычного сдвоенного резистора, например СП-3-4 с разбросом 15 — 20%, значи­тельно ухудшит параметры генератора.

Во входном каскаде ОУ DA6 использованы полевые транзисторы. Это поз­волило применить сравнительно высокоомный резистор R95. Кроме того, ОУ этого типа имеют высокий коэффициент усиления без цепи отрицательной об­ратной связи (не менее 50 тыс.), большую скорость нарастания и частоту еди­ничного усиления (соответственно до 50 В/мкс; 15 МГц). Все -это позволило получить малые нелинейные искажения и амплитудную неравномерность в ши­роком диапазоне частот.

Выходной каскад генератора выполнен на комплементарных транзисторах VT13, VT14, работающих в режиме АВ по схеме с общим коллектором. На--чальный ток смещения определяется диодами VD17 — VD19. Применение допол­нительного каскада на транзисторах позволило получить собственное выходное сопротивление генератора порядка долей ом. Генератор имеет безъемкостной выход. С помощью резистора R98 устанавливают нулевое напряжение на выхо­де генератора по постоянному току. Подстройкой резистора R97, определяю­щим глубину отрицательной обратной связи, добиваются минимальных иска­жений и амплитудной неравномерности во всем частотном диапазоне. Тран­зисторы VT13, VTJ4 должны иметь одинаковые статические коэффициенты пе-. редачи тока — примерно 50 — 80. Генератор не боится короткого замыкания на выходе, так как напряжение положительной обратной связи снимается непос­редственно с выходного каскада. В генераторе имеется возможность получения двуполярных прямоугольных импульсов. Они формируются с помощью конден­сатора СЗО и триггера Шмитта DD46, подключаемого с помощью переключа­теля S22. На выходе генератора включен ступенчатый аттенюатор S23, S24 ослабления выходного сигнала ( — 20, — 40 дБ). Плавную регулировку уровня выходного сигнала осуществляют резистором RW8. С выходного разъема сигнал поступает также на другие узлы комплекса для установки выходной частоты и уровня.

Измеритель нелинейных искажений (рис. 56). Он состоит из входного ат­тенюатора с коэффициентом передачи 1 или 1 :,10 (пределы входных напряжений 0,3 — 3 и 3 — 30 В соответственно), аттенюатора поддиапазона измерения КНИ, буферного усилителя, активного режекторного фильтра и масштабного усили­теля. Максимальная чувствительность блока составляет примерно 0,3 В.

Аттенюатор поддиапазона измерения КНИ Rill — R113 позволяет получить два поддиапазона измерения: 100,0 и 10,00%. Поддиапазоны переключаются кнопочными переключателями S14, S15. Буферный усилитель собран по схеме составного эмиттерного повторителя на транзисторах VT15, VT16. Его высокое входное сопротивление не шунтирует цепи аттенюатора, а низкое выходное сопротивление этого каскада обеспечивает стабильную работу режекторного фильтра. В этом случае выходным сопротивлением источника сигнала для ре­жекторного фильтра является резистор R118.