Материал: МРБ 1096.(1986).[doc]

В этом состоянии преобразователь будет находиться до тех пор, пока по­ложительное напряжение на конденсаторе С2 (за счет зарядки его током VT2) не превысит напряжения открывания транзистора VT4. Это значение равно примерно 4,6 В. При открывании транзистора VT4 на его коллекторе появится напряжение низкого уровня. Поэтому триггер DD2.1 с приходом последующего положительного фронта тактового импульса переключится. На выходе Q будет напряжение низкого уровня, а на выходе Q — высокого. Вследствие этого тран­зистор VT5 откроется. На катоде диода VD3 будет напряжение низкого уров­ня, и он перейдет в проводящее состояние. Вследствие этого коллекторный ток транзистора VT2 замкнется на землю через VD3, VT5, DD2.1. Диод VD2 будет закрыт, и на конденсаторе С2 ток от транзистора VT2 поступать не будет. В это время ток стока транзистора VT1, который пропорционален входному напряжению, будет равномерно разряжать интегрирующий конденсатор С2. Раз­рядка конденсатора будет продолжаться до тех пор, пока VT4 снова не зак­роется. С последующим положительным фронтом тактового импульса D-тряггер DD2.1 снова переключится, на выходе Q будет напряжение высокого уровня, на выходе Q — низкого. В этом случае транзистор VT5 снова закроется и зак­роет диод VD3- Со следующим тактовым импульсом С2 снова зарядится и т. д.

Преобразователь выдает выходной импульс (на выходе Л) всегда, когда на выходе Q D-трштера имеется напряжение высокого уровня в течение вре­мени, большего длительности тактового импульса.

Преобразователь настраивается на обоих концах диапазона входных нап­ряжений или около них. Первоначально соединяют вход преобразователя с землей и выставляют напряжение смещения на выходе ОУ DA1 с помощью резистора R1 так, чтобы выходная частота не превышала 100 Гц. Тактовую частоту F_T — l МГц (или 100 кГц) необходимо подать на преобразователь. Те­перь нужно подать на вход преобразователя напряжение, близкое к предель­ному например, 0,95 В) и потенциометром R4 выставить частоту на выходе преобразователя, равную 950 кГц.

Преобразователи параметров линейных компонентов в напряжение. Струк­турные схемы измерителя R_x, L_x, C_x с описанием их работы были приведены ранее. Здесь рассмотрим более подробно один из способов измерения этих величин, основанный на измерении падения напряжения на R_x, L_x, C_x при про­текании через них строго определенного опорного тока. Для обеспечения тре­буемой линейности шкалы значение этого опорного тока не должно зависеть от измеряемой величины в данном поддиапазоне измерения. Для этого эле­мент с измеряемым параметром включается в цепь источника тока, выходное сопротивление которого намного больше измеряемой величины в данном под­диапазоне измерения. Источник тока может быть выполнен на ОУ, полевых транзисторах и т. д. В простом случае в качестве источника опорного тока может быть использован источник напряжения с достаточно большим добавоч­ным сопротивлением. Соотношение между добавочным сопротивлением и из­меряемым в существенной мере определяет систематическую погрешность из­мерения. Для большинства случаев достаточно отношения R_a/R_x= 100. При этом систематическая погрешность составит около 1% при измерении R_x (без учета временной нестабильности опорного тока).

На рис. 33,а — в показаны схемы измерения R_x, L_x, C_x.

Для измерений R_x (рис. 33,а) можно применить источник постоянного тока. Напряжение на неизвестном резисторе

Рис. 33. Упрощенные схемы измерений R_x, L_x и С_х

Если обеспечить выполнение неравенства R_x/R_a<1 во всем поддиапазоне измерения R_x, то можно это выражение упростить:

Отсюда видно, что при фиксированных значениях U_OП и R_д измеренное нап­ряжение пропорционально неизвестному сопротивлению резистора.

Индуктивность измеряют согласно схеме, приведенной на рис. 33,6. Напря­жение на измеряемой индуктивности

При выполнении неравенства wL_x/R_д<1 выражение можно упростить: U_Lx = (w Uoп/Rx) L_x,

т. е. измеренное напряжение на индуктивности будет пропорционально ее зна­чению.

Для измерения емкостей конденсаторов используется схема на рис. 33,8. Напряжение на дополнительном резисторе

Выполнив неравенство R_ДwC_x<1, получим U_Rr » U_on Я_д со С_х,

т. е. на дополнительном резисторе будет выделяться напряжение, пропорцио­нальное емкости конденсатора.

Практическая принципиальная схема измерителя R_x, L_x, C_x изображена на рис. 34. Измеритель состоит из генератора опорного напряжения и эталон­ных добавочных резисторов. К выходу измерителя подключается цифровой милливольтметр (можно стрелочный) с пределом измерения 100 мВ. При из­мерении R_x, L_x частота генератора равна 15,9.16 кГц, а при измерении емкос­тей конденсаторов 159,16 Гц.

Генератор опорного напряжения состоит из собственно задающего гене­ратора, собранного на ОУ DA1.1 с времязадающим мостом Вина, масштаб­ного усилителя DA1.2 и выходного каскада. Масштабный усилитель собран по схеме неинвертирующего усилителя на ОУ DA1.2 с коэффициентом усиления, равным 5. Положительная обратная связь подается с выхода DA1.I, а отри­цательная обратная связь для стабилизации выходного напряжения с помощью термистора R5 подается с делителя 1 : 5 R15, R16, подключенного к выходной ступени генератора.

Рис. 34. Принципиальная схема измерителя R_x, L_x, C_x

Частоту задающего генератора можно рассчитать по формуле

Для питания измерителя применен двухполярный источник с выходным напряжением ±18 В вследствие необходимости иметь достаточно высокое оиор-ное синусоидальное напряжение (10 В). Такое напряжение питания (±18 В) для ОУ DA1 К157УД2 является допустимым. Выходное напряжение задающего генератора составляет примерно 2 В. Оно усиливается по напряжению масш­табным усилителем до 10 В и по току выходной ступенью.

Наладить измеритель достаточно просто. Предварительно с помощью ре­зисторов Rl, R2 нужно установить частоту задающего генератора 15,916 кГц (при измерении R_x, L_x) или 159,16 Гц (при измерении С_х). При этом движок резистора R16 должен быть в среднем положении. После этого подстройкой R16 следует установить на выходе генератора опорное напряжение 10 В ±0,05 В.

Необходимо отметить, что для снижения на поддиапазоне 1 мОм погреш­ности измерения, вносимой входным сопротивлением милливольтметра, милли­вольтметр должен иметь входное сопротивление не ниже 50 мОм и входную емкость не более 30 пФ. В качестве резисторов Rl, R2, R16 желательно ис­пользовать многооборотные прецизионные резисторы типа С5-5. Это позволит точно выставить частоту и уровень опорного напряжения и исключить частую калибровку прибора. Погрешность при измерении данным прибором не превы­шает 1,5% при тщательном подборе образцовых добавочных резисторов R17-IR29.

Отсчетные устройства

Узлы отсчетных устройств. Отсчетные устройства ЦИП состоят из сле­дующих основных узлов: счетчика импульсов, поступающих с временного се­лектора частотомера или с АЦП аналоговой части прибора; дешифратора сос­тояния счетчика по окончании времени измерения или преобразователя кода состояния счетчика в код, соответствующий применяемым цифровым индика­торам с необходимым сопряжением по уровням; цифровых индикаторов.

Первые два узла выполняются на цифровых микросхемах малой или сред­ней степени интеграции. Наиболее часто применяются серии ТТЛ и КМОП. Основные электрические параметры одного логического элемента микросхем наи­более употребимых серий приведены в табл. 1 (ТТЛ-серий) и в табл. 2 (КМОП-серий). Цифровые микросхемы, а также устройства, выполненные на них, подробно рассмотрены, например, в [20]. Здесь мы лишь кратко рассмот­рим построение основных узлов отсчетных устройств ЦИП.

Дешифраторы и преобразователи кодов. Дешифраторами называют ком­бинационные логические структуры, преобразующие код числа, поступающий на входы, в управляющий сигнал только на одном из выходов, т. е. дешифратор представляет собой совокупность схем совпадений, формирующих управляю­щий сигнал только на одном из выходов, в то время как на остальных выхо­дах управляющий сигнал отсутствует.

Максимальное количество выходов дешифратора равно числу n-разрядных двоичных чисел, т. е. т=2^п. Такие дешифраторы называют полными. Иногда необходимо дешифрировать только одно или несколько входных чисел (слов). Такие дешифраторы называются неполными. Существует несколько методов построения дешифраторов. Наиболее простыми по структурному построению являются линейные дешифраторы. При этом каждая переключательная функция, т. е. выходной управляющий сигнал, реализуется отдельной схемой И с n входами. Так как количество выходов дешифратора равно 2ⁿ, то для построения ли­нейного дешифратора потребуется 2ⁿ элементов И на n входов. Пример линейного дешифратора на два не­зависимых входа (две переменные) и четыре выхода показан на рис. 35. Линейные дешифраторы вносят наименьшее запаздывание в формирование выходных сигналов, но ограничением в их использовании являет­ся необходимость применения схем И с большим чис­лом входов, что, в свою очередь, ведет к увеличению числа корпусов микросхем.

Таблица 1

Таблица 2