Материал: МРБ 1105.(1987).[doc]

Рис. 50. Схема блока питания

Чтобы частотомер перевести в режим непрерывного счета импульсов, переключатель SA2 устанавливают в положение "Счет". В этом случае триггер DD10.1 по входу S переключается в единичное состояние-на его прямом выходе действует напряжение высокого уровня. При этом электронный ключ DD11.1 оказывается открытым и через него на вход двоично-десятичного счетчика непрерывно поступают импульсы входного сигнала. Показания счетчика в этом случае прекращаются при нажатии на кнопку SB1 "Сброс".

Блок питания частотомера (рис. 50) образуют сетевой трансформатор Т1, двухполупериодный выпрямитель VD3, конденсатор С9, сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения, и стабилизатор напряжения на стабилитроне VD5 ч транзисторе VT2. Конденсатор СЮ на выходе стабилизатора дополнительно сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Конденсатор СП (как и конденсаторы С4-С8 прибора) блокирует микросхемы частотомера по цепи питания, резистор R16 поддерживает режим стабилизатора при отключенной от него нагрузке.

Напряжение обмотки III трансформатора (около 200...220 В) подается через диод DV4 в цепи питания анодных, цепей газоразрядных цифровых индикаторов частотомера.

Рис. 51. Корпус прибора

Рис. 52. Размещение блоков и деталей цифрового частотомера в корпусе

Конструкция. С внешним видом частотомера вы уже знакомы. Его корпус (рис. 51) состоит из двух П-образных частей, согнутых из мягкого листового дюралюминия толщиной 2 мм. Нижняя часть выполняет функцию сборочного шасси. В ее передней стенке, являющейся лицевой панелью прибора, выпилено прямоугольное отверстие, прикрываемое спереди пластинкой красного органического стекла, через которое видны газоразрядные индикаторы. Справа от него- отверстия для крепления входного высокочастотного разъема XS1, переключателя SA1 на пять положений, тумблера SA2 "Измерение-счет" и кнопки SB1 "Сброс". Три отверстия на задней стенке служат для выключателя питания SA3, арматуры плавкого предохранителя FU1 и ввода сетевого шнура. Верхнюю часть - крышку - привертывают винтами МЗ к дюралюминиевым уголкам, приклепанным к шасси вдоль боковых сторон. Снизу к шасси прикреплены резиновые ножки. Монтаж. Детали частотомера смонтированы на четырех печатных платах из фольгированного стеклотекстолита -толщиной 2 мм. представляющих собой фун-

кционально законченные блоки прибора. Размещение плат и других деталей частотомера в корпусе показано на рис. 52. Платы винтами с гайками укреплены на пластине листового пластика, а она-на дие шасси. Соединения между платами и другими деталями прибора выполнены гибкими проводниками в надежной изоляции.

Первым монтируйте и испытывайте блок питания. Его внешний вид и печатная плата со схемой размещения деталей показаны на рис. 53. Сетевой трансформатор Т1 самодельный, выполнен на маг-нитопроводе ШЛ20х32. Обмотка I, рассчитанная на напряжение сети 220 В, содержит 1650 витков провода ПЭВ-1 0,1, анодная обмотка III-1500 витков такого же провода, обмотка II-55 витков провода ПЭВ-1 0,47. Вообще же для блока питания можно использовать подходящий готовый трансформатор мощностью более 7...8 Вт, обеспечивающий на обмотке II переменное напряжение 8... 10 В при токе нагрузки не менее 0,5 А, на обмотке III - около 200 В при токе не менее 10 мА.

Регулирующий транзистор VT2 стабилизатора напряжения укреплен на Г-образной дюралюминиевой пластинке

Рис. 53. Блок питания

размером 50x50 и толщиной 2 мм, выполняющей функцию теплоотвода. Выводы базы и эмиттера транзистора пропущены через отверстия в плате и припаяны непосредственно к соответствующим печатным проводникам. Электрический контакт коллектора транзистора с выпрямительным блоком VD3 осуществлен через его теплоотвод, крепежные винты с гайками и фольгу платы.

Сверив монтаж со схемой блока (см рис. 50), подключите к выходу стабилизатора напряжения эквивалент нагрузки-резистор сопротивлением 10... 12 Ом

на мощность рассеяния 5 Вт. Подключите блок к сети и тут же измерьте напряжение на резисторе-оно должно быть в пределах 4,75...5,25 В. Более точно это напряжение можно установить подбором стабилитрона VD5. Оставьте блок включенным на 1,5...2 ч. За это время регулирующий транзистор может нагреться до 60...70° С, но напряжение на нагрузке должно оставаться практически неизменным. Так вы испытаете блок питания при работе в условиях, близких к реальным.

Счетчик импульсов и блок цифровой индикации смонтированы на одной общей плате размером 100x80 мм (рис.54). Шины цепи питания размещены на плате со стороны микросхем, что позволило обойтись лишь двумя проволочными перемычками в местах пересечения цепей счетчиков DD12, DD14; DD16. К этим же шинам припаяны блокировочные конденсаторы С7 и С8. Выводы газоразрядных индикаторов пропущены через отверстия в плате и припаяны к токонесущим площадкам, которые затем соединены отрезками монтажного провода с соответствующими им выходами дешифраторов DDI3, DD15 и DD17 (чтобы не усложнять эскиза платы, эти соединения на рис. 54 не показаны).

Рис. 54. Плата счетчика. импульсов с блоком цифровой информации

Тщательно проверив монтаж и надежность паек, соедините плату с блоком питания и, соблюдая осторожность, под-1фючите блок к сети. Индикаторы должны высвечивать нули. Если теперь общий проводник RO-входов счетчиков, который должен соединяться с выводом 8 элемента DD11.3 устройства управления, замкнуть временно на "заземленный" проводник и на вход С1 (вывод 14) счетчика DD12 подать от испытательного генератора импульсы, следующие с частотой повторения 1...3 Гц, этот узел частотомера будет работать в режиме счета импульсов: индикатор HG1 станет высвечивать единицы, HG2-десятки, a HG3- сотни импульсов. После 999 импульсов на индикаторах высветятся нули и начнется счет следующего цикла импульсов.

Рис. 55. Блок образцовых частот

В случае неполадок в этом узле проверяйте и испытывайте каждый разряд блока индикации раздельно с помощью индикаторов или, что лучше, электронного осциллографа.

Далее монтируйте и испытывайте блок образцовых частот (рис. 55). В нем, как и в блоке цифровой индикации, шины питания и блокировочные конденсаторы размещены на плате со стороны микросхем.

После проверки монтажа подайте на шины питания этого блока напряжение 5 В и, пользуясь светодиодным или транзисторным индикатором, проверьте егс работоспособность. При подключения индикатора к выходу микросхемы DD5 он должен мигать с частотой 1 Гц, к выходу микросхемы DD8-с частотой 10 Гц, а к выходу DD7-с частотой 100 Гц (на глаз незаметно). Затем сигналы с выходов этих микросхем подайте поочередно на вход С1 счетчика DD12 блока цифровой индикации. Работая в режиме счета, он будет индицировать число импульсов, поступающих на него с выходов трех ступеней делителя. Если все будет так, можно считать, что и генератор блока образцовых частот работает исправно.

Формирователь импульсного напряжения, электронный ключ и устройство управления смонтированы на одной общей плате (рис. 56). Испытание этого узла частотомера начинайте с проверки работоспособности формирователя импульсов сигнала измеряемой частоты совместно с другими узлами и элементами прибора. Для этого вход S (вывод 4) триггера DD10.1 временно соедините с "заземленным" проводником (что равнозначно установке переключателя SA2 в положение "Счет"), вывод 6 инвертора DD11.2- с выводом 14 входа С1 счетчи-. ка DD12 и подайте на разъем XS1 сигнал с выхода микросхемы DD9 блока образцовых частот. Индикаторы должны высвечивать последовательно цифры от 1 до 999. При частоте импульсов 10 Гц, снимаемых с выхода микросхемы DD8, скорость счета импульсов возрастает в 10 раз.

Затем проводник, соединяющий вход S триггера DD10.1 с "заземленной" шиной питания, удалите (что соответствует установке переключателя SA2 в положение "Измерение"), вывод 8 инвертора DD11.3 соедините с шиной сброса счетчиков DD12, DD14, DD16 (предварительно удалив перемычку, которой эту шину ранее замыкали на "заземленный" проводник), вход С (вывод 3) триггера DDIO. I соедините непосредственно с выходом блока образцовых частот (вывод 5 DD9), что равнозначно установке переключателя SA1 в положение "xl Гц", и одновременно с разъемом XS1. Теперь индикатор HG1 будет периодически, примерно через 1,5...2 с (в зависимости от длительности зарядки времязадающего конденсатора СЗ), высвечивать цифру 1 (1 Гц).

Рис. 56. Плата формирователя импульсного напряжения и устройств! управления

При соединении разъема с выходом микросхемы DD8 блока образцовых частот индикаторы HG1 и HG2 должны высвечивать число 10 (10 Гц). Если же разъем соединить с выходом микросхемы DD7, индикаторы станут высвечивать число 100 (100 Гц).

После этого подайте на вход частотомера переменное напряжение сети, пониженное трансформатором до 1...3 В,- индикаторы зафиксируют частоту 50 Гц. После испытания блоков частотомера прикрепите платы к пластине листового гетинакса (можно текстолита или другого изоляционного материала) в соответствии с рис. 52, а пластину укрепите на дне шасси. Соедините платы между собой и с другими деталями частотомера, установленными на лицевой и задней стенках шасси, многожильными монтажными проводниками в поливинилхлорид-ной изоляции.

Окончательно проверьте работу прибора в режимах "Счет" и "Измерение". Источниками сигнала по-прежнему могут служить импульсы, снимаемые с разных ступеней делителя блока образцовых частот.

Какие изменения, дополнения можно внести в цифровой частотомер!?

Начнем с формирователя импульсного напряжения, от которого в значительной степени зависят чувствительность и четкость работы измерительного прибора в целом. Может случиться, что в вашем распоряжении не окажется микросхемы К155ЛД1, представляющей собой два че-тырехвходовых расширителя по ИЛИ, которые во входном блоке частотомера работают в триггерном режиме. Эту микросхему можно заменить одним из триггеров Шмитта микросхемы К155ТЛ1, если дополнить его однотранзисторным усилительным каскадом. Без предварительного усиления напряжения измеряемой частоты чувствительность частотомера будет хуже, чем с формирователем на микросхеме К155ЛД1.

Схему такого варианта входного блока частотомера вы видите на рис. 57. Переменное напряжение измеряемой частоты через резистор R1 и конденсатор С1 подается на базу транзистора VT1 усилительного каскада, а с его нагрузочного резистора R4 - на вход триггера Шмитта DD1.1. Формируемые триггером импульсы, частота следования которых соответствует -частоте входного сигнала, снимаются с его выходного вывода 6 и далее поступают на входной вывод 2 электронного ключа DD11.1 управляющего устройства частотомера.

Какова роль кремниевого диода VD1 и резистора R1 на входе прибора? Диод ограничивает отрицательное напряжение на эмиттерном переходе транзистора. Пока напряжение входного сигнала не превышает 0,6...0,7 В, диод практически закрыт и не оказывает никакого влияния на работу транзистора как усилителя. Когда же амплитуда измеряемого сигнала оказывается больше этого порогового напряжения, диод при отрицательных по-лупернодах открывается и таким образом поддерживает на базе транзистора напряжение, не превышающее 0,7...0,8 В.- А резистор R1 предотвращает протекание через диод опасного для него тока лри входном сигнале повышенного напряжения.

Конденсатор С2 блокирует усилительный каскад и микросхему формирователя по цепи питания.

Налаживание формирователя сводится к подбору резистора R2. Добиваются, чтобы на коллекторе транзистора (относительно общего провода) было напряжение 2,5...3 В.

Рис. 57. Формирователь импульсного напряжения на триггере Шмнтта микросхемы К155ТЛ1

Чувствительность частотомера с таким формирователем импульсного напряжения будет не менее 50 мВ, что более чем на порядок лучше, чем с формирователем на микросхеме К155ЛД1.

Схема другого варианта формирователя, обеспечивающего частотомеру примерно такую же чувствительность, показана на рис. 58. Его входная цепь и усилитель-такие же, как в формирователе предыдущего варианта. А функцию самого формирователя импульсного напряжения из усиленного сигнала выполняет триггер Шмитта на логических элементах DD1.1 я DD1.2 микросхемы К155ЛАЗ. Подобный триггер Шмитта уже использовался вами в простом частотомере со стрелочным индикатором на выходе (см. рис. 24). Инвертор DD1.3 улучшает форму импульсов, подаваемых на вход электронного ключе устройства управления.

Итак, еще два возможных варианта формирователя импульсного напряжения, отличающихся один от другого используемыми в них микросхемами, но практически одинаковых по чувствительности. На каком из них остановиться, если не окажется микросхемы К155ЛД1 и, *роме того, пожелаете улучшить чувствительность частотомера? Решить этот вопрос можно опытным путем: испытать в работе оба варианта и монтировать тот из них, с которым частотомер работает четче. Выбору может помочь электронный осциллограф, на экране которого можно наблюдать формируемые импульсы. Предпочтение следует отдать формирователю, фронты и спады выходных импульсов которого круче, имеющие одинаковые длительности самих импульсов и пауз между ними.

Может случиться, что при измерении частоты более нескольких килогерц будут наблюдаться мерцания светящихся цифр индикаторов и, кроме того, прибор иногда будет показывать в два раза

большую частоту. В чем причины этих явлений и как их устранить, если, конечно, они наблюдаются в готовом частотомере или появятся позже?

В описанном частотомере время индикации результата измерения зависит от положения переключателя SA1 "Диапазон". При частоте тактовых импульсов более 1 кГц, поступающих от блока образцовых частот на вход управляющего устройства, конденсатор СЗ не всегда успевает полностью разрядиться за время между двумя соседними импульсами, из-за чего при следующем цикле работы он начинает заряжаться с более высокого напряжения на нем. В результате время индикации (см. рис. 49, в и ж) уменьшается и свечение индикаторов начинает мерцать.

Причина , второго явления- некоторая нестабильность конечной длительности сигнала "сброс" (см. рис. 49,е) устройства управления в исходное состояние. По фронту этого импульса триггер DD10.2 переключается в нулевое состояние и напряжение высокого уровня на его инверсном выходе (вывод 8) разрешает работу триггера DD10.1. И если тактовый импульс образцовой частоты поступит на вход С этого триггера в промежуток времени, когда сигнал сброса еще не закончился, то триггер DD10.1 переключится в единичное состояние, начнется счет входных импульсов, на что Триггер DD10.2 своевременно не среагирует, так как после такого цикла работы сигнала сброса не будет. В итоге индикаторы будут фиксировать сумму частот измеренного сигнала и показания "внепланового" цикла работы управляющего устройства.

Оба эти недостатка нетрудно устранить введением в устройство управления еще одного D-триггера, DD10.1, выделенного на рис. 59 утолщенными линиями. В таком случае с появлением сигна-. ла "сброс" работа триггера DD10.1 еще запрещена напряжением низкого уровня, поступающим на его вход R с выхода триггера DD10.1. Разрешение на его работу дает дополнительный триггер по окончании импульса, приходящего на его вход С. Период следования этих импульсов должен быть таким, чтобы во время пауз между ними конденсатор СЗ успевал полностью разрядиться. Эта задача решается подачей на вход С триггера DD10.1 импульсов частотой следования 10 Гц, снимаемых с вывода 5 счетчика DD8 блока образцовых частот.