3. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка смонтирована на лабораторном стенде и состоит из трех автономных устройств:

- преобразователя постоянного тока в частоту, выполненного на магнитополупроводниковом мультивибраторе (преобразователе Роера);

- преобразователя постоянного напряжения в частоту, реализованного на операционном усилителе;

- приёмного преобразователя частотно-импульсной ТИС.

ПТЧ и ПНЧ обеспечивают преобразование аналогового электрического сигнала (тока и напряжения соответственно) в частоту следования прямоугольных импульсов и могут быть использованы в передающих устройствах частотно-импульсных ТИС.

Принципиальная схема магнитополупроводникового преобразователя тока в частоту приведена на рис. 14.2. В этой схеме первичный преобразователь имитируется потенциометром R_У. Преобразователь состоит из выходного трансформатора Т3 с двумя коллекторными обмотками w_К1, w_К2, обмоткой обратной связи w_ОС и выходной обмоткой, двух биполярных транзисторов VT1, VT2 и двух подмагниченных переключающих трансформаторов Т1 и Т2, каждый из которых имеет по четыре обмотки: обмотку управления w_У, рабочую обмотку w_Р, базовую обмотку w_Б и обмотку смещения w_СМ (на схеме не показана). Питание преобразователя обеспечивается от источника постоянного напряжения G2. Резистор R1 служит для ограничения базового тока транзисторов VT1 и VT2.

Преобразователь Роера работает следующим образом. Транзисторы VT1 и VT2 поочередно подключают к источнику напряжения G2 первичные обмотки w_К1 и w_К2 выходного трансформатора Т3. Благодаря этому во всех остальных обмотках этого трансформатора наводится э.д.с. прямоугольной формы. Сигналы, управляющие транзисторами, формируются на обмотках w_Б переключающих трансформаторов Т1 и Т2, рабочие обмотки которых w_Р питаются от обмотки обратной связи w_ОС выходного трансформатора.

В полупериод, когда проводящим является транзистор VT1, полярность и величина э.д.с. на обмотках w_Б таковы, что в базовой цепи открытого транзистора VT1 протекает ток, достаточный для поддержания транзистора в области насыщения, а транзистор VT2 находится в области отсечки, т.е. надежно заперт. Насыщение сердечника одного из промежуточных трансформаторов приводит к уменьшению базового тока открытого транзистора. Если этот ток уменьшится до величины, при которой транзистор выйдет в активную область, произойдет переключение схемы, если это условие не выполняется, то схема переключится при насыщении второго сердечника.

Таким образом, транзисторы VT1 и VT2 будут переключаться поочередно, а на выходной обмотке трансформатора T3 будут наводиться импульсы, форма которых близка к прямоугольной. Частота следования выходных импульсов будет определяться временем, необходимым для насыщения сердечников трансформаторов Т1 и Т2, которое зависит от изменения индукции, определяемого током подмагничивания сердечников. Ток подмагничивания i_У сердечников этих трансформаторов является в рассматриваемой установке измеряемой величиной и задается потенциометром R_У. Ток подмагничивания i_У протекает через обмотки управления w_У трансформаторов Т1 и Т2. Минимальная частота колебаний соответствует изменению индукции

B  2B_r,

где B_r – индукция насыщения сердечника трансформатора.

В качестве второго типа преобразователя в лабораторной работе исследуется ПНЧ, выполненный на базе ОУ (рис. 14.3).

На операционном усилителе DA1.1 реализован управляемый генератор линейно-нарастающего (пилообразного) напряжения, по существу являющегося интегратором со сбросом. В рассматриваемой схеме генератора изменение величины входного напряжения приводит к изменению крутизны наклона пилообразного сигнала, который с выхода DA1.1 подается на вход триггера Шмита (реализованного на ОУ DA1.2), имеющего фиксированный порог срабатывания. Обратная связь с выхода триггера Шмитта на вход интегратора реализована через транзистор VT1, при открывании которого происходит сброс интегратора. Таким образом, рассматриваемый ПНЧ состоит из двух основных элементов – управляемого интегратора и пороговой схемы, обеспечивающей формирование выходного сигнала и управляющей работой интегратора по цепи обратной связи.

Функциональная схема приемной части ТИС приведена на рис. 14.4.

Приёмное устройство представляет собой электронно-счетный частотомер, который состоит из следующих блоков:

- усилителя-ограничителя (УО);

- генератора опорной частоты (ГОЧ);

- устройства управления (УУ);

- электронного ключа (ЭК);

- генератора опорного интервала времени (ГОИВ).

Усилитель-ограничитель представляет собой компаратор-ограничитель, собранный на ОУ.

Генератор опорной частоты 1 МГц реализован на мультивибраторе с кварцевой стабилизацией частоты. В ГОЧ входит также делитель частоты на интегральных двоично-десятичных счетчиках, обеспечивающий деление частоты до 10 Гц и 1 Гц.

Устройство управления формирует разрешающий импульс T₀ длительностью 0,1 с или 1 с (рис. 14.5) в зависимости от выбранного предела измерения и времени индикации, т.е. времени, в течение которого количество импульсов, прошедшее на счетчик за 0,1 с или за 1 с, отображается на индикаторе. УУ формирует также импульс сброса счетчиков.

Электронный ключ представляет собой схему совпадения на два входа. На первый вход схемы совпадения подаются разрешающие импульсы от УУ, а на второй вход – импульсы измеряемой частоты с выхода УО. В результате на выходе ЭК импульсы измеряемой частоты f_x появляются только в течение действия разрешающего импульса.

Выходные импульсы с ЭК поступают на счётный вход двоичных четырехразрядных счетчиков, преобразующих количество импульсов, поступивших за интервал времени Т₀, в двоичный код. Информация с выходов двоичных счетчиков поступает на входы дешифратора двоичного кода в десятичный. Отображение информации осуществляется в индикаторном устройстве (ЦОУ) в течение времени T_И.