Электронный частотомер

Методическая разработка

для учащихся по курсу

"Электрорадиоизмерения"

на тему: "Электронносчетный частотомер".

Содержание:

Стр.

1. Введение. 1

2. Основные достоинства ЭСЧ. 2

3. Структурная схема. 4

4. Принципиальная схема. 7

5. Погрешности измерения. 8

6. Литература.

- 2 -

_Введение.

Данная методическая разработка является теоритическим пособием по элект-

ронносчетным частотомерам для учащихся специальностей "Радиоаппаратостроение"

и "Электроника".

В ней содержатся сведения по общей методике построения ЭСЧ.

Необходимостью написания разработки является:

1) широкое применение ЭСЧ при решении различных измерительных задач

2) ограниченное время, отводимое для их изучения.

Пособие может быть использовано учащимися при изучении данной темы в курсе

ЭРИ, при подготовке к лабораторным работам, а так же во время электроизмеритель-

ной практики.

- 3 -

_Основные достоинства ЭСЧ.

В настоящее время цифровые измерители частоты и интервалов времени состав-

ляют наиболее многочисленную группу среди ЦИП. Они удобны в эксплуатации и отли-

чаются высокой точностью. Современные цифровые частотомеры выполняются на полуп-

роводниковых приборах и ИМС, что повысило их надежность по сравнению с первыми

ламповыми образцами, уменьшило габариты и потребляемую мощность.

Обычно ЭСЧ выполняются как универсальные приборы и позволяют помимо частоты

измерять период, временной интервал, длительность импульса, подсчет количества

импульсов.

- 4 -

_Структурная схема.

Обоснование выбора.

В данном приборе для измерения частоты используется метод непосредственного

подсчета числа импульсов за определенную единицу времени. Этот метод полразуме-

вает наличие генератора сигнала эталонной частоты, как правило используется

кварцевый генератор. Импульсы с кварцевого генератора подаются на декадный дели-

тель частоты. С выхода делителя частоты сигналы подаются в устройство управле-

ния. Функцией устройства управления является выработка измерительного стробирую-

щего импульса, который подается на схему совпадения в зависимости от выбранного

времени измерения. Также, устройство управления вырабатывает импульсы обнуления

счетчика и сигналы гашения индикатора в момент пересчета.

- 5 -

Принцип действия.

На вход прибора подаются сигналы определенной частоты, как синусоидальной

формы, так и импульсной формы. Для использования их в устройстве необходимо пре-

образование формы сигнала в последовательность коротких импульсов. Эту функцию

выполняет формирующее устройство. Таким образом, на выходе формирующего устройс-

тва получается последовательность прямоугольных импульсов с частотой, равной

частоте выходного сигнала. С выхода формирующего устройства импульсная последо-

вательность через переключатель подается на схему совпадения. Функцией схемы

совпадения является пропуск последовательности прямоугольных импульсов за время

действия стробирующего импульса, который поступает на второй вход схемы совпаде-

ния с выхода устройства управления.

Таким образом, на выходе схемы совпадения появляется количество импульсов,

соответствующее измеряемой частоте, и подается на вход счетчика.

В данной конструкции используется четырехразрядный декадный счетчик. Выход

каждого разряда счетчика подключается к дешифратору, который управляет работой

семисегментного индикатора. Таким образом, на индикаторах отображается непос-

редственное значение измеряемой частоты.

- 6 -

ш0,9

--------------¬ --------------¬ --------------¬ --------------¬

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

f 4x 0 ¦ ФОРМИРУЮЩЕЕ ¦ ¦ СХЕМА ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

----+ +-----+ +-----+ СЧЕТЧИК +-----+ ДЕШИФРАТОР ¦

¦ УСТРОЙСТВО ¦ ¦ СОВПАДЕНИЯ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

L-------------- L------T------- L------T------- L------T-------

¦ ¦ ¦

¦ -------+------¬ -------+------¬

¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ УСТРОЙСТВО ¦ ¦ ¦

L------------+ +-----+ ИНДИКАТОР ¦

¦ УПРАВЛЕНИЯ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦

L------T------- L--------------

--------------¬ -------+------¬

¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ДЕЛИТЕЛЬ ¦

¦АВТОГЕНЕРАТОР+-----+ ¦

¦ ¦ ¦ ЧАСТОТЫ ¦

¦ ¦ ¦ ¦

L-------------- L--------------

ш0

- 7 -

_Принципиальная схема.

Генератор образцовых импульсов ЭСЧ собран на логических элементах D 1.1 и D

1.2. Импульсы с частотой 1 МГц с его выхода подаются на декадный делитель часто-

ты, собранный на D2-D7. С делителя частоты через переключатель SA1 сигналы пода-

ются с необходимым периодом, соответствующим выбранному пределу измерения, на

вход устройства управления. Оно собрано на логических элементах D 8.1, D 8.2, D

9.1, D 9.2, D 10.1 и транзисторе VT 4. Счетные импульсы подаются на вход форми-

рующего устройства, собранного на логических элементах D 1.3 и D 1.4. С его вы-

хода сформированная импульсная последовательность подается на вход схемы совпа-

дения, собранной на D 10.1. Каскад на элементах: диод VD 7, резистор R10, кон-

денсатор С6, транзистор VT 4 определяет время подсчета измеряемой частоты и вре-

мя индикации, которое можно изменять подбором R10.

С выхода 6 элемента D 9.2 поступают импульсы гашения индикатора в момент

пересчета измеряемой частоты. Таким образом, на индикаторе появляется мигающее

изображение измеряемой частоты. Причем частота мигания зависит от выбранного

предела измерения. Перед каждым измерительным циклом на счетчик поступает обну-

ляющий импульс с вывода 5 триггера D 8.1. Счетные импульсы подаются на вход

счетчика с вывода 12 элемента D 1.4.

Счетчик реализован на микросхемах D 11-14. Подсчитанное число в двоичном

коде с выхода каждого счетчика подается на вход соответствующего дешифратора,

который преобразует двоичный код в код для управления семисегментными индикато-

рами HG 1 - HG 4.

Дешифратор собран на микросхемах D15 - D18. В зависимости от выбранного

предела измерения в соответсвующем разряде загорается точка, разделяющая соот-

ветствующие десятичные разряды измеряемой частоты.

- 8 -

_Погрешность измерений.

При любых измерениях показания измерительных приборов отличаются от дейс-

твительных значений искомых величин из-за погрешностей измерений.

Причины появления погрешностей могут быть различными, например несовершенс-

тво измерительного прибора, несовершенство метода измерения, влияние условий ок-

ружающей среды, индивидуальные свойства экспериментатора.

Погрешности делятся на абсолютные и относительные.

1Абсолютная погрешность 0 измерения равна разности между показанием прибора А

и действительным значением А 4д 0 измеряемой величины:

А = А - А 4д

1Относительная погрешность 0 выражается в процентах и бывает двух видов:

1) Действительная относительная погрешность, равная отношению абсолютной

погрешности к действительному значению измеряемой величины:

4д 0 =( А / А 4д 0)*100%.

2) Номинальная относительная погрешность, равная отношению абсолютной пог-

решности к измеренному значению исследуемой величины, т. е. к показанию прибора:

4н 0 =( А / А)*100%.

Для большинства радиоизмерительных приборов, в отличие от электроизмери-

тельных, деление на классы точности не производится. Допустимые величины относи-

тельных и абсолютных погрешностей устанавливаются ГОСТ или техническими условия-

ми. Эти значения приводятся в технической документации на прибор.

- 9 -

_Литература.

1. Терешин Г. М. Пышкина Т. Г.

"Электрорадиоизмерения". Издательство "Энергия", 1975 г.

2. "Электрические измерения"

под редакцией В. Н. Малиновского

Энергоиздат, 1982 г.

3. И. Ю. Зайчик

"Практикум по электрорадиоизмерениям".

Издательство "Высшая школа", 1979 г.