Материал: МРБ 1096.(1986).[doc]

Рис. 45. Схема отсчетного устройства с параллельным опросом

Мультиплексоры поочередно подключают все разряды входного кода к DD6, управляющие напряжения с которого поступают на соответствующие ко­ды индикаторов. С дешифратора DD7 управляющие напряжения через усилители-формирователи DA1 — DAN поступают на аноды- индикаторов. При таком способе индикации в каждый отдельный момент времени высвечивается только один знаковый разряд.

Динамический метод индикации целесообразно применять, если число зна­ковых разрядов превышает 4 — 6, причем большое значение имеет степень интег­рации применяемых микросхем, а также разновидность используемых цифро­вых индикаторов.

«Память» в отсчетом устройстве. Как уже говорилось, цикл измерения ЦИП включает несколько временных интервалов: собственно время измерения неизвестной величины, время индикации, сброс показаний. В ЦИП, у которых выходы счетных декад подключены непосредственно к дешифратору или селек­тору-мультиплексору, во время счета информация на цифровых индикаторах постоянно меняется. Поэтому часто бывает целесообразно фиксировать пока­зания индикаторов в течение всего цикла измерения, а не только во время индикации. В этом случае информация на индикаторах меняется мгновенно один раз за весь цикл измерения без «набега» показаний. Фиксация показаний индикаторов осуществляется с помощью включения между счетными декадами и дешифраторами (селекторами-мультиплексорами) промежуточного регистра памяти, управляемого от устройства уп­равления ЦИП. В качестве промежуточ­ной памяти можно использовать микро­схемы малой и средней степеней инте­грации (регистры памяти, сдвига).

Рис. 46. Схема отсчетного устройства с поразрядным опросом

Рис. 47. Схема отсчетного устройства с промежуточной памятью

Фрагмент схемы отсчетного устрой­ства с промежуточной памятью показан на рис. 47. Промежуточная память со­брана на четырехразрядных универсаль­ных сдвигающих регистрах К155ИР1. Регистры работают в режиме поразряд­ной записи числа. По окончании собственно времени измерения на управляю­щие входы регистров С2 приходит импульс переписи с устройства управления и информация со счетных декад переписывается в соответствующие разряды регистров, с их выходов она поступает непосредственно на дешифратрры для индикации. По окончании времени индикации счетные декады устанавливаются яа ноль и начинается новый цикл измерения неизвестной величины. По его окончании снова происходит перепись информации в регистры и т. д.

Таким образом введение промежуточной памяти повышает удобство поль­зования прибором и снижает число ошибок при считывании показаний инди­каторов.

Рис. 48. Принципиальная схема хронизатора цифрового частотомера

Устройства автоматического управления ЦИП. В ЦИП независимо от их структурной схемы имеются устройства, обеспечивающие строгую последова­тельность работы всех узлов прибора, а также необходимую цикличность всех тактов процесса измерения. На примере цифрового частотомера рассмотрим требования к такому устройству, а также один из вариантов его построения.

В цифровом частотомере устройство автоматического управления часто называют хронизатором. По его командам осуществляется сброс предыдущего показания в начале цикла или смена показаний в конце цикла (при наличии буферной памяти в отсчетном устройстве). Кроме того, он поддерживает от­крытое состояние селектора в течение выбранного времени измерения, блоки­ровку пуска селектора в течение времени индикации. Эти команды формиру­ются хронизатором с заданной периодичностью или по сигналу разового пуска.

Рассмотрим хронизатор цифрового частотомера (рис. 48), а также устрой­ство автоматического выбора пределов цифрового вольтметра. Хронизатор сос­тоит из формирователя интервала измерения на двух триггерах DD2, DD3, од-новибратора, формирующего интервал времени индикации на транзисторах VT1, VT2, и формирователя импульса сброса на транзисторах VT3, VT4. Хро­низатор работает следующим образом. При поступлении первого положитель­ного импульса с блока эталонных интервалов на тактовый вход триггера DD2 триггер переключается в единичное состояние (исходное состояние обоих триг­геров нулевое). Под действием напряжения . высокого уровня на выходе DD2 открывается селектор DD1.1, на второй вход которого поступают импульсы со входного формирователя. С выхода DD1.2 импульсы поступают на первую счетную декаду. Второй импульс с блока эталонных интервалов переключает триггер DD2 в исходное состояние, что вызывает закрытие селектора DD1.1. Под действием напряжения низкого уровня на выходе DD2 триггер DD3 пе­реключается в единичное состояние., Отрицательный перепад напряжения на выходе Q триггера DD3 блокирует триггер DD2 от последующих переключений под воздействием эталонных импульсов и одновременно запускает одновибра-тор VT1, VT2 формирователя времени индикации. Перепад напряжения на кол­лекторе VT2 по окончании времени индикации закрывает транзисторы VTS, VT4. На коллекторе VT4 формируется короткий отрицательный импульс. Пос-. ле инвертирования (DD1.3) уже положительный импульс поступает на счетные декады и одновременно с этим переключает триггер DD3 в исходное состоя­ние. Далее процесс повторяется.

Вариант построения устройства автоматического выбора пределов цифро­вого вольтметра представлен на рис. 49. Устройство состоит из входного ат­тенюатора с защитой от перегрузки, электронного коммутатора пределов, масш­табного усилителя, двуполярного компаратора, устройства управления элект­ронным коммутатором. Преобразователь U1 входит в состав собственно вольт­метра и на рис. 49 показан условно.

Устройство защиты от перегрузки собрано на элементах R5, VD1, VD2. Оно ограничивает максимальное напряжение на входе электронного коммута­тора на уровне около 9 В. В качестве электронного коммутатора использована ИС DA1. Масштабный усилитель устройства собран на ОУ DA2 в неинверти-рующем включении с коэффициентом передачи 10. Двуполярный компаратор выполнен на ОУ DA3 без цепей коррекции и обратных связей, а также на диодах VD3 — VD6. При входном сигнале, меньшем по абсолютной величине порогового значения компаратора, определяемого соотношением резисторов R9 и RW(Rll) и в данном случае равного 2 В, на выходе компаратора будет напряжение высокого уровня. При превышении сигналом порогового значения яа выходе компаратора будет напряжение низкого уровня. Компаратор реаги­рует на обе полярности входного сигнала и управляет устройством совпадения яа элементе DD1.4. На элементах DD1.1, DD1.2 собран генератор тактовых импульсов.

Рис. 49. Принципиальная схема устройства автоматического выбора предела измерения

Для упрощения схемы устройства время выбора предела измерения вклю­чено во время измерения. Для того чтобы вносимая за счет этого погрешность не превышала 0,1% при времени измерения 0,1 с, максимальное время выбора предела не должно превышать 100 мкс. Поэтому тактовая частота генератора выбрана около 30 кГц. После формирователя на элементах С7, R14, DD1.3 короткие импульсы поступают на второй вход схемы совпадения DD1.4. С вы­хода элемента DD1.4 пачка положительных импульсов (от 1 до 3) поступает на тактовый вход десятичного счетчика DD2. Этот счетчик имеет встроенный десятичный дешифратор, выходы 0, 1, 2, 3 которого управляют работой U2 — U5, собранных на транзисторах VT1 — VT4 (управление коммутатором), и уст­ройства индикации запятой на транзисторах VT5 — VT8.

В целом устройство работает следующим образом. На вход R десятич­ного счетчика DD2 от блока эталонных интервалов прибора поступают поло­жительные импульсы с периодом, равным времени измерения, которые, ставят в нуль счетчик DD2, переводят его в исходное состояние. В этом состоянии коэффициент передачи коммутируемого аттенюатора равен 1/1000. Входной сиг­нал после такого ослабления поступает непосредственно или через преобразова­тель U1 на вход усилителя DA2, а также на масштабный усилитель входного устройства прибора.

Усиленный в десять раз ОУ DA2 сигнал поступает на комяаратор ВАЗ с пороговым напряжением 2 В. Если сигнал на входе аттенюатора превышает 200 В, компаратор ВАЗ сразу же переключится и заблокирует схему совпаде­ния DD1.4. На счетчик DD2 не поступит ни одного импульса, и коэффициент деления аттенюатора останется прежним. Теперь предположим, что ко входу аттенюатора приложено напряжение, например, 1,8 В. Компаратор DA2 не переключится, так как в этом случае напряжение на выходе масштабного уси­лителя DA2 в исходном состоянии будет равно 18 мВ. Поэтому на вход счет­чика ВВТ через DD1.4 будут поступать положительные импульсы. На выходах б, в, г DD2 будут последовательно появляться положительные импульсы, кото­рые с помощью управляющих ключей на транзисторах VT1 — VT4 и коммута­тора DA1 последовательно будут переключать ступени ослабления аттенюатора.

В нашем примере (U_Bx=l,8 В) при появлении напряжения высокого уровня на выходе г счетчика DD2 напряжение на выходе усилителя DA2 пре­вышает порог срабатывания компаратора ВАЗ. Схема совпадения будет забло­кирована, и счетчик зафиксируется в этом состоянии. Если измеряемое напря­жение, менее 0,2 В, то компаратор не переключится и после третьего импульса.. Но счетчик ВВ2 будет также зафиксирован в состоянии «3», так как на входе Т_р ВВ2 будет в этот момент напряжение высокого уровня.

На ключах VT5 — VT8 собрано устройство индикации включенной ступени . ослабления аттенюатора.

Цифровой измерительный комплекс структурная схема и технические характеристики

В зависимости от области радиоэлектроники, в которой специализи­руется радиолюбитель, состав измерительного комплекса может быть различ­ным.

При настройке импульсной цифровой аппаратуры в состав комплекса мо­гут входить: осциллограф с открытым входом; многоканальный коммутатор;, генератор импульсов с регулируемой скважностью и частотой повторения; циф­ровой частотомер с устройствами измерения длительности импульса, периода,, времени задержки между импульсами; устройство согласования уровней; фор­мирователь задержанных импульсов; блок питания как для собственно комплек­са, так и для налаживаемой аппаратуры.

При настройке звукотехнической аппаратуры в состав комплекса могут входить: осциллограф, мультиметр, генератор низкочастотных сигналов с ма­лыми коэффициентом нелинейных искажений и амплитудной неравномерностью,, частотомер, среднеквадратический вольтметр, измеритель нелинейных искаже­ний, взвешивающие фильтры со стандартными характеристиками А, В, С, ис­пытатель транзисторов, блок питания.

При наладке радиоприемной и телевизионной аппаратуры в состав комп­лекса могут входить: осциллограф, мультиметр, генератор высокой частоты,, частотомер, генератор качающейся частоты, LC-метр, генератор тестов, испы­татель транзисторов, блок питания.

Состав комплекса может определяться и другими факторами, например-наличием у радиолюбителя тех или иных уже готовых приборов.

Предлагаемый для повторения радиолюбителям комплекс предназначен: для измерения напряжений в цепях постоянного или переменного тока, часто­ты или периода повторения гармонических или импульсных сигналов, коэффи­циента нелинейных искажений. Он имеет также встроенный генератор низкой частоты.

В состав комплекса входят: цифровой частотомер-периодомер; АЦП с час­тотно-импульсным преобразованием для измерений постоянных напряжений; преобразователь переменного напряжения в постоянное (средневыпрямленное-значение); генератор низкой частоты с малыми коэффициентом нелинейных ис­кажений и амплитудной неравномерностью; измеритель коэффициента нелиней­ных искажений; блок питания. Для отображения численного значения всех из­меряемых параметров используется восьмиразрядный цифровой дисплей. Час­тота и выходное напряжение генератора также устанавливаются с помощью» дисплейного индикатора.

Комплекс имеет следующие технические характеристики:

Цифровой частотомер

Диапазон измеряемых частот . до 10 МГц

Диапазон измеряемых длительностей 1 мкс — 99 с

Максимальная чувствительность входного формирователя 100 мВ

Время измерения при измерении частоты 0,1 с; 1 с

Время индикации показаний в автоматическом режиме 0,5 — 3 с

Аналоговый преобразователь

Константа преобразования 10 кГц/В

Основной предел 2 В

Диапазон измеряемых напряжений

постоянных (на пределах 0,2; 2; 20; 200; 2000 В) — 1000-+1000

В переменных напряжений (на пределах 0,2; 2; 20; 200; 2000 В) 0 — 1000 В

Нелинейность преобразования на основном пределе:

при измерении постоянных напряжений 0,05%

при измерении переменных напряжений 0,5%

в диапазоне частот 20 Гц — 200 кГц

Погрешность входного аттенюатора 0,5%

Перегрузочная способность при сохранении погрешности 20%

Рекомендуемое время измерения 0,1 с

Цена младшего разряда на пределе 0,2 В 0,1 мВ Входное активное сопротивление преобразователя при из­мерении постоянных и, переменных напряжений на преде­лах:

0,2; 2 В >100 МОм :

на остальных 10 МОм

Входная емкость преобразователя <50 пФ

Генератор низкой частоты

Диапазон генерируемых в четырех поддиапазонах частот 20 Гц — 200 кГц

Коэффициент гармонических искажений синусоидального сигнала на нагрузке 0,2 кОм при выходном напряжении 2 В в диапазоне частот:

100 Гц — 50 кГц <0,03%

в остальной области <0,15%

Максимальное выходное напряжение на нагрузке 0,2 кОм 2 В

Неравномерность АЧХ во всем диапазоне частот <0,4 дБ

Ступени ослабления выходного сигнала — 20, — 40 дБ

Измеритель нелинейных искажений

Диапазон входных напряжений 0,3 — 30 В

Частотный диапазон 20 Гц — 20 кГц

Поддиапазоны измерения коэффициента нелинейных иска­жений 10; 100%

Погрешность измерения <30%

Габаритные размеры комплекса 240X340X65 мм

Потребляемая комплексом от сети 220 В мощность 10 В-А

Структурная схема измерительного комплекса изображена на рис. 50. Рас­смотрим работу комплекса в различных режимах.

При измерении частоты внешнего источника сигнал подается на гнездо «Вход 3». Через контакты переключателя S9.1 (здесь и далее обозначение пе­реключателей соответствует общей принципиальной схеме) сигнал поступает на входной формирователь частотомера 1, который преобразует входной сигнал в нормализованные по амплитуде и длительности фронтов импульсы. Эти импуль­сы через контакты переключателей S11.1, S10 и S8.3 подаются- на вход 2 хро-низатора 2 (вход временного селектора). На вход 1 хронизатора через кон­такты S8.2 поступают эталонные импульсы интервала, измерения с узла эта­лонных интервалов и меток 3. С помощью контактов переключателя S7.2 вы­бирают интервал измерения 0,1 либо 1,0 с. С временного селектора хронизато­ра пачка импульсов поступает на вход счетных декад отсчетного устройства 4. С хронизатора на отсчетйое устройство поступают также импульсы сброса и переписи, а с узла управления запятой и гашения избыточных разрядов 9 сиг­налы управления. С помощью переключателя S10 на. вход 2 хронизатора в режиме «Контроль» подаются импульсы с частотой 1 МГц.

При измерении периода на вход 1 хронизатора через контакты S8.2 пода­ются импульсы с входного формирователя, а на вход 2 — эталонные метки с периодом 1 мкс.

На вход формирователя через S9.1 можно подать сигнал с выхода собст­венного генератора низкой частоты 12 для установки его частоты.

При измерении напряжения постоянного или переменного токов входной сигнал подается на гнездо «Вход 1» (при входном напряжении до 2 В) или на гнездо «Вход 2» (при входном напряжении до 1000 В). Переключателями SI — 55 входного аттенюатора 5 выбирают необходимый поддиапазон измере­ния. С аттенюатора через контакты переключателя S9.2 сигнал поступает либо сразу на вход масштабного усилителя 7 через переключатель S6 (при измере­нии постоянных напряжений), либо предварительно на вход преобразователя средневыпрямленного напряжения 6, а уже с его выхода — на вход масштаб­ного усилителя. С выхода масштабного усилителя сигнал поступает на АЦП частотно-импульсного преобразования 8, а также на вход индикатора перег­рузки 10. С выхода АЦП импульсы с частотой, пропорциональной входному напряжению,, через контакты S11.1 поступают на вход 2 хронизатора. Перек­лючатель S8 в режиме измерения напряжений должен находиться в положения «f». Выходное, напряжение собственного генератора 12 можно подать на вход преобразователя средневыпрямленного значения с помощью переключателя S9.2. При измерении напряжений, а также коэффициента нелинейных искаже­ний избыточные разряды цифрового дисплея гасятся.

Рис. 50. Структурная схема цифрового измерительного комплекса

В режиме измерения коэффициента нелинейных искажений сигнал пода­ется на «Вход 4». С выхода измерителя коэффициента нелинейных искажений 11 напряжение, пропорциональное коэффициенту, через контакты переключате­ля S13 подается на входной аттенюатор вольтметра 5 и измеряется.