6. Проектирование частотомера.

Необходимо разработать частотомер, измеряющий частоту в полосе заданных частот (0 … 800 Гц).

Проектирование частотомера будем производить по электросчетному методу, то есть будем считать количество образцовых прямоугольных импульсов, подаваемых с формирователя, за образцовую же секунду, формируемую с помощью кварцевого резонатора.

Действие частотомера основано на подсчете числа импульсов в течение определенного образцового интервала времени, который возьмём равным 1с. Синусоидальный сигнал с выхода усилителя тока подается на вход формирователя импульсов, на выходе которого формируются электрические колебания прямоугольной формы, соответствующие частоте входного сигнала, которые далее поступают на электронный ключ. Сюда же схема управления счетом подает в определенные промежутки времени импульсы длительностью 1с. На выходе электронного ключа получаются пачки импульсов, число которых подсчитывают счетчики импульсов. Далее содержимое счетчиков после подсчета высвечивается на индикаторах блока динамической индикации.

Схема управления

Делители частоты

Счетчик импульсов +

индикация

Электронный ключ

Преобразов. формы сигнала

Генератор образцовой частоты

Рисунок 8 – Структурная схема частотомера

1. Преобразователь формы сигнала

Усилитель-ограничитель предназначен для преобразования аналогового сигнала в цифровой.

Схема выполнена на ОУ К140УД26 с включенным цепь обратной связи диодом и стабилитроном. Сопротивление R поставлено в качестве дополнительной нагрузки операционного усилителя для предотвращения его перегорания, так как параллельное соединение диода и стабилитрона может не обеспечить рабочей нагрузки ОУ. К выходу усилителя подключен триггер Шмитта с инвертором. Триггер Шмитта преобразует выпрямленный сигнал с выхода усилителя в последовательность прямоугольных импульсов. При должной работе схемы, частота появления в последовательность прямоугольных импульсов. При должной работе схемы частота появления импульсов равно частоте сигнала, поступающего на ее вход.

В качестве триггера Шмитта используем элемент микросхемы К155ТЛ1с характеристиками: U_отп = 1,1 В, U_срб = 1,5 В.

1,2,4,5,9,10,12,13 - Входы; 3,11 - свободные; 6,8 - выходы; 7 - общий; 14 - напряжение питания;

Рисунок 9 – Передаточная характеристика триггера Шмитта для произвольного сигнала.

Минимальный сигнал на выходе измерительного усилителя:

Минимально допустимый коэффициент усиления рассматриваемой схемы:

Стабилитрон выбираем Д814А. Для него: U_{ст min} = 7В, U_{ст max} = 8,5В, I_{ст min} = 3мА, I_обр не более 0,1 мкА (при U_обр = 1В).

Минимальное сопротивление стабилитрона при прикладывании к нему обратного напряжения:

возьмем из ряда Е24 (±5%):

Наименьший возможный коэффициент усиления схемы при отрицательном входном напряжении:

Максимальный прямой ток через диод:

I_{пр max} = 0,013А

Диод выбираем КД808А.

Рисунок 10 – Усилитель – ограничитель