RU169440U1

RU169440U1 - Аналоговый частотомер

Info

Publication number: RU169440U1
Application number: RU2016141031U
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Колесников
Original assignee: Евгений Борисович Колесников
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2017-03-17

Abstract

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и предназначена для измерения частоты сигнала произвольной формы. Техническим результатом является повышение точности измерения частоты. Аналоговый частотомер содержит компаратор, интегратор, одновибратор, блок выборки и хранения, гиперболический преобразователь и измерительный прибор, причем вход частотомера соединен с входом компаратора, выход которого соединен с входами одновибратора и интегратора, выход которого соединен с входом блока выборки и хранения, выход которого через гиперболический преобразователь соединен с измерительным прибором, а выход одновибратора соединен с управляющим входом блока выборки и хранения. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения частоты сигнала произвольной формы.

Известен частотомер [Авторское свидетельство СССР №532823 МПК⁸G01R 23/00, опубл. 25.10.1976 г.], содержащий времязадающую цепь, состоящую из резистора и зарядного конденсатора, диоды, запоминающий конденсатор, подключенный к входу формирователя на полевом транзисторе, выход которого через преобразователь напряжение-время связан с входом счетчика, а также управляемый вентиль, управляющий электрод которого соединен с источником запускающих импульсов и вторым входом преобразователя напряжение-время, дополнительный диод, несколько RC-цепей, соединенных через диоды с анодом управляемого вентиля, а зарядный конденсатор включен параллельно электроду анод-катод управляемого вентиля, и через дополнительный диод - параллельно входу формирователя на полевом транзисторе.

Недостатком данного устройства является низкая точность измерений.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является аналоговый частотомер [Авторское свидетельство СССР №943595 МПК⁸G01R 23/02, опубл. 15.7.1982 г.], содержащий гиперболический преобразователь, состоящий из N включенных параллельно RC-цепей, вход которого соединен с шиной оперного напряжения, входной формирователь, вход которого соединен с входной шиной, а выход подключен к входу управления аналогового ключа, запоминающий конденсатор, измерительный прибор, сумматор и одновибратор, а в гиперболический преобразователь введены N ключей, включенных параллельно конденсаторам RC-цепей, причем входы управления N ключей подключены через одновибратор к выходу входного формирователя, выход гиперболического преобразователя подключен к входу сумматора, выход которого через аналоговый ключ подключен к входу измерительного прибора, параллельно которому включен запоминающий конденсатор.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком данного устройства является недостаточная точность измерения частоты из-за использования аппроксиматора в качестве гиперболического преобразователя. А увеличение количества ступеней аппроксимации с целью повышения точности измерения непременно ведет к увеличению громоздкости схемы и потере точности из-за большого числа неидеальных ключей, разброса и временного изменения параметров компонентов.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности измерения частоты.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный аналоговый частотомер, содержащий гиперболический преобразователь, одновибратор и измерительный прибор, дополнительно введены компаратор, интегратор и блок выборки и хранения, причем вход частотомера соединен с входом компаратора, выход которого соединен с входами одновибратора и интегратора, выход которого соединен с входом блока выборки и хранения, выход которого через гиперболический преобразователь соединен с измерительным прибором, а выход одновибратора соединен с управляющим входом блока выборки и хранения.

Существенными отличиями предлагаемого частотомера является введение дополнительно компаратора, интегратора и блока выборки и хранения и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения точности измерения частоты.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема аналогового частотомера, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u_вх, u₁-u₄ и u_вых.

Устройство (фиг. 1) содержит компаратор 1, интегратор 2, одновибратор 3, блок выборки и хранения 4, гиперболический преобразователь 5 и измерительный прибор 6, причем вход частотомера соединен с входом компаратора 1, выход которого соединен с входами одновибратора 3 и интегратора 2, выход которого соединен с входом блока выборки и хранения 4, выход которого через гиперболический преобразователь 5 соединен с измерительным прибором 6, а выход одновибратора 3 соединен с управляющим входом блока выборки и хранения 4.

Частотомер работает следующим образом. Входное напряжение u_вх переменного тока произвольной формы с частотой ƒ_вх поступает на вход компаратора 1 (фиг. 2). На его выходе формируется напряжение прямоугольной формы u₁ с одинаковой амплитудой U_1m положительных и отрицательных импульсов, которое подается на входы интегратора 2 и одновибратора 3.

На выходе интегратора 1 формируется напряжение u₁ треугольной формы с амплитудой, определяемой выражением:

где U_1m - амплитуда измеряемого выходного напряжения компаратора 1;

T - период входного напряжения u_вх;

ƒ_вх - частота входного напряжения u_вх;

R - сопротивление резистора интегратора;

С - емкость конденсатора интегратора.

Из выражения (1) видно, что амплитуда U_2m выходного напряжения u₂ интегратора 2 прямо пропорционально периоду T и обратно пропорционально частоте ƒ_вх входного напряжения u_вх.

Выходное напряжение интегратора 2 поступает на вход блока выборки и хранения 4, на управляющий вход которого с выхода одновибратора 3 поступают узкие импульсы из, сформированные по спаду импульсов прямоугольной формы напряжения u₁.

Так как моменты времени прихода управляющих импульсов u₃ всегда совпадает с амплитудными напряжения u₂, а их длительность намного меньше периода T, то постоянное напряжение u₄, формируемое на выходе блока выборки и хранения 4 будет практически равно амплитудному значению U_1m напряжения u₁.

Напряжение с выхода блока выборки и хранения 4 поступает на вход гиперболического преобразователя 5, на выходе которого формируется выходное напряжение частотомера:

,

где

- коэффициент пропорциональности.

Таким образом, на выходе частотомера формируется постоянное напряжение U_вых, пропорциональное частоте ƒ_вх входного сигнала произвольной формы. Измерительный прибор 6 регистрирует значение частоты ƒ_вх входного сигнала.

При практической реализации предлагаемого частотомера компаратор 1 можно выполнить на операционном усилителе (ОУ) с двусторонним ограничителем напряжения на двух анодном стабилитроне в цепи его обратной связи. Интегратор 2 можно выполнить по известной схеме на ОУ с времязадающей RC-цепью. Одновибратор 3 можно выполнить на микросхеме К561АГ1. В качестве блока выборки и хранения 5 можно использовать микросхему 1100СК2. Гиперболический преобразователь 5 можно выполнить по известной схеме (А.Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 260, рис. 10.1, б), использовав ОУ и перемножитель напряжений на микросхеме КР525ПС3. Измерительный прибор представляет собой вольтметр постоянного тока, шкала которого проградуирована в герцах.

Claims

Аналоговый частотомер, содержащий гиперболический преобразователь, одновибратор и измерительный прибор, отличающийся тем, что в него дополнительно введены компаратор, интегратор и блок выборки и хранения, причем вход частотомера соединен с входом компаратора, выход которого соединен с входами одновибратора и интегратора, выход которого соединен с входом блока выборки и хранения, выход которого через гиперболический преобразователь соединен с измерительным прибором, а выход одновибратора соединен с управляющим входом блока выборки и хранения.