Цифровой частотомер

Данный прибор позволяет измерять синусоидальные, гармонические и импульсные электрические колебания частотой от единиц герц до 10 МГц и амплитудой от 0,15 до 10 В, а также считать импульсы сигнала.

Структурная схема описываемого частотомера содержит формирователь импульсов сигнала измеряемой частоты, блок образцовых частот, электронный ключ, двоично-десятичный счетчик импульсов, блок цифровой индикации и управляющее устройство.

Действие прибора основано на измерении числа импульсов в течение определенного образцового интервала времени. Исследуемый сигнал подают на вход формирователя импульсного напряжения. На его выходе формируются    электрические колебания прямоугольной формы, соответствующие частоте входного сигнала, которые поступают на электронный ключ. Сюда же через управляющее устройство, открывающее ключ на определенное время, поступают и импульсы образцовой частоты. В результате на выходе электронного ключа появляются пачки импульсов, которые далее следуют к двоично-десятичному счетчику. Логическое состояние двоично-десятичного счетчика, в котором он оказался после закрывания ключа, отобра­жает блок цифровой индикации, работающий в течение времени, определяемого управляющим устройством.

В режиме счета импульсов управляющее устройство блокирует источник образцовых частот, двоично-десятичный счетчик ведет непрерывный счет поступивших на его вход импульсов, а блок цифровой индикации отображает результат счета.

Формирователь   импульсного   напряжение   представляет   собой усложненный триггер Шмитта, собранный на микросхеме К155ЛД1 (DD1). Резистор R1 ограничивает входной ток, а диод VD1 защищает микросхему от перепадов входного напряжения отрицательной полярности. Подбором резистора R3 устанавливают нижний (наименьший) предел напряжения входного сигнала.

С выхода формирователя (вывод 9 микросхемы DD1) импульсы прямоугольной формы поступают на один из входов логического элемента DD11.1, выполняющего функцию электронного ключа.

В блок образцовых частот входят генератор на элементах DD2.1-DD2.3 частота импульсов которого стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1, и семиступенчатым делителем частоты на микросхемах DD3-DD9. Частота квар­цевого резонатора равна 8 МГц, поэтому микросхема К155ИЕ5 (DD3) первой ступени делителя включена так, чтобы частота генератора делилась на 8. В результате частота импульсов на ее выходе (вывод 11) будет 1 МГц. Микросхема каждой последующей ступени делит частоту на 10. Таким образом, частота импульсов на выходе микросхемы DD4 равна 100 кГц, на выходе микросхемы 14 DD5 - 10 кГц, на выходе DD6 - 1 кГц, на выходе DD7 - 100 Гц, на выходе DD8 - 10 Гц и на выходе всего делителя (вывод 5 микросхемы DD9) - 1 Гц.

Участок измеряемых частот устанавливают переключателем SA1 «Диапазон». В крайнем правом (по схеме) положении этого переключателя трехразрядный блок цифровой индикации фиксирует частоту до 1 кГц (999 Гц), во втором от него положении - до 10 кГц (9999 Гц), в третьем - до 100 кГц (9999 Гц) и далее до 1МГц (9,999 кГц) и 10 МГц (9,999 МГц). Для более точного определения  частоты сигналы приходится выбирать переключателем соответствующего поддиапазона измерения, постепенно переходя от более высокочастотного участка к низкочастотному. Так, например, чтобы измерить частоту звуковой генератора, надо установить переключатель сначала в положение «х10 кГц», а затем переводить его в сторону меньших образцовых частот.

Управляющее устройство, состоит из D-триггеров DD10.1 и DD10.2, микросхемы DD10, инверторов DD11.3, DD11.4 и транзистора VT1, образующих усложненный ждущий мультивибратор. На вход С D-триггера DD10.1 поступают импульсы с блока образцовых частот. По фронту импульса образцовой частоты, установленной переключателем SA1, этот триггер, работающий в режиме счета на 2, переключается в единичное, состояние и напряжением высокого уровня на прямом выходе (вывод 5) открывает электронный ключ DD11.1. С этого момента импульсы напряжения измеряемой частоты проходят через электронный ключ, инвертор DD11.2 и поступают непосредственно на вход С1 (вывод 14) счетчика DD12. По фронту следующего импульса триггер DD10.1 принимает исходное состояние и переключает в единичное состояние триггер DD10.2. В свою очередь триггер DD10.2 низким уровнем напряжения на инверсном выходе (вывод 8) блокирует вход управляющего устройства от воздействия импульсов образцовый частоты, а высоким уровнем напряжения на прямом выходе (вывод 9) запускает ждущий мультивибратор. Электронный ключ закрывается напряжением низкого уровня на прямом выходе триггера DD10.1. Начинается индикация числа импульсов в пачке, поступивших на вход двоично-десятичного счетчика.

С появлением напряжения высокого уровня на прямом выходе триггера DD10.2 через резистор R5 начинает заряжаться конденсатор СЗ. По мере его зарядки увеличивается положительное напряжение на базе транзистора VT1. Как только, оно достигнет примерно 0,6 В, транзистор открывается, напряжение на коллекторе уменьшаются почти до 0. Появляющееся при этом на выходе элемента DD11.3 напряжение высокого уровня воздействует на входы RO микросхем DD12, DD14 и DD16, в результате чего двоично-десятичный счетчик импульсов сбрасывается в нулевое состояние, отчего результат измерения прекращается. Одновременно напряжение низкого уровня, появившееся коротким импульсом на выводе 11 инвертора DD11.4 переключает триггер DD10.2 и ждущий мультивибратор в исходное состояние и конденсатор СЗ разряжается через диод VD2 и элемент DD10.2. С появлением на входе триггера DD10.1 очередного импульса образцовой частоты начинается следующий цикл работы прибора в режиме измерения.

Счетчик DD12, дешифратор DD13 и газоразрядный цифровой индикатор HG1 образуют младшую счетную ступень частотомера. Последующие счетные ступени называют старшими, причем первая из них высвечивает единицы, вторая - десятки, третья - сотни частот данного поддиапазона измерения, выбранного переключателем SA1.

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-десягичного счетчика непрерывно поступают импульсы входного сигнала. Показания счетчика в этом случае прекращаются при нажатии на кнопку SB1 «Сброс».