ЧАСТОТОМЕР

Радиолюбителю приходится иметь дело и с измерением частоты переменных и пульсирующих токов. Частотомер может быть весьма полезным прибором, например при градуировке шкалы измерительного генератора, при настройке электромузыкальных инструментов, аппаратуры телеуправления моделями. Поэтому такой прибор желательно иметь в твоей измерительной лаборатории.

Радиолюбители обычно пользуются конденсаторными частотомерами. Так эти приборы называют потому, что их действие основано на измерении среднего значения тока зарядки или разрядки образцового конденсатора, перезаряжаемого от источника напряжения переменного или пульсирующего тока.

Чтобы разобраться в этом вопросе, проведи такой опыт. Соедини по схеме на рис. 287 батарею , бумажный образцовый конденсатор емкостью , микроамперметр РА на ток , например микроамперметр комбинированного измерительного прибора или транзисторного вольтметра, и кнопочный переключатель S типа КМ1-1. Последовательно с микроамперметром включи ограничительный резистор , сопротивление которого рассчитай по формуле , где - наибольшее напряжение батареи, используемой для опыта; - ток полного отклонения стрелки микроамперметра.

Кнопочный переключатель S подключи так, чтобы его контакты находились в положении, показанном на схеме. При этом конденсатор мгновенно зарядится до напряжения батареи. Нажми кнопку, чтобы заряженный конденсатор переключить на микроамперметр. Стрелка прибора отклонится вправо, фиксируя ток разрядки конденсатора и тут же вернется на нулевую отметку. Постарайся ритмично и возможно чаще нажимать и отпускать кнопку переключателя. С такой же частотой конденсатор будет заряжаться от батареи и разряжаться через прибор. Чем больше частота этих переключений, тем меньше будет колебаться стрелка прибора, показывая среднее значение тока через него (на графике в нижней части рис. 287 среднее значение тока ). При том же образцовом конденсаторе с повышением частоты переключений прибор будет фиксировать все возрастающий ток. Таким образом, по отклонению стрелки можно судить о частоте импульсов тока, подаваемых на прибор.

Принципиальная схема частотомера, который я предлагаю для твоей измерительной лаборатории, приведена на рис. 288. В приборе два транзистора с непосредственной связью, которые работают в режиме переключения. Конденсаторы образцовые. С конденсатором прибором можно измерять частоту переменного или пульсирующего тока, подаваемого на входные гнезда X1 и , примерно от 20 до 200 Гц, с конденсатором С3 - от 200 до 2000 Гц и с конденсатором до . Таким образом, весь диапазон частот, измеряемый прибором, составляет , т.е. перекрывает весь диапазон звуковых колебаний. Наименьшее измеряемое напряжение , наибольшее - 3 В.

В исходном состоянии транзистор V3 закрыт, так как на его базу подается недостаточное для его открывания напряжение, а транзистор V4, естественно, открыт отрицательным напряжением, подаваемым на его базу с коллектора транзистора V3.

Рис. 287. Опыт, иллюстрирующий принцип работы конденсаторного частотомера

Рис. 288. Принципиальная схема частотомера

В это время левая (по схеме) обкладка образцового конденсатора соединена через контакты переключателя и малое сопротивление открытого транзистора V4 с общим заземленным проводником цепи питания; ток через микроамперметр не идет.

При первом же отрицательном полупериоде переменного напряжения, поданного на вход частотомера, транзистор открывается, а транзистор V4, наоборот, закрывается. В это время образцовый конденсатор мгновенно заряжается через микроамперметр и шунтирующий его резистор , диод V6 и резистор до напряжения источника питания. Одновременно заряжается и накопительный конденсатор . При положительном полупериоде измеряемого напряжения транзистор закрывается, а транзистор V4 открывается. Теперь образцовый конденсатор разряжается через малое сопротивление открытого транзистора V4 и диод V5. Конденсатор разряжается через микроамперметр, поддерживая ток, текущий через него при зарядке образцового конденсатора.

Следующий отрицательный полупериод снова открывает транзистор V3 и закрывает транзистор V4, а положительный полупериод переключает их в исходное состояние. И так при каждом периоде измеряемого переменного напряжения. При этом транзистор V4, закрываясь и открываясь, по отношению к образцовому конденсатору выполняет функцию электронного переключателя. В результате через микроамперметр течет средний ток зарядки образцового конденсатора, пропорциональный частоте измеряемого переменного напряжения.

Подстроечным резистором устанавливают верхнюю границу частоты поддиапазона.

Какова роль диодов V1 и V2, шунтирующих резистор и эмиттерный переход транзистора V3? Они ограничивают напряжение, подаваемое на эмиттерный переход транзистора V3, и тем самым предотвращают его тепловой пробой. Эти диоды кремниевые. А кремниевые диоды, как тебе известно, открываются при прямом напряжении . Пока входной сигнал не превышает это напряжение, диоды закрыты и практически никакого влияния на работу транзистора не оказывают. Когда же входное напряжение становится больше В, диоды открываются (V1 - при положительных, a V2 - при отрицательных полупериодах) и поддерживают на базе транзистора напряжение, не превышающее .

Резистор на входе частотомера предотвращает протекание через диоды V1 и V2 опасных для них больших токов.

Питать частотомер можно от двух батарей или, что лучше, стабилизированным напряжением сетевого блока питания.

Транзисторы должны быть со статическим коэффициентом передачи тока не менее 60-80 и с возможно малым обратным током коллекторного перехода Если среди имеющихся низкочастотных не окажется транзисторов с такими параметрами, то используй для частотомера маломощные высокочастотные р-n-р транзисторы, например, серий . Диоды V1 и V2 должны быть кремниевыми, например серий (кроме ), а диоды V5 и V6 - любые из серии или .

Электролитические конденсаторы типа или . Подстроенный резистор может быть любого типа. Микроамперметр на ток полного отклонения стрелки 50 или . Переключатель - одноплатный галетного типа, - тумблер или .

Шкала измерителя частотомера линейная, общая для всех трех поддиапазонов. Поэтому емкости образцовых конденсаторов должны быть возможно более точными - от этого зависит точность производимых измерений. Отобрать необходимые конденсаторы можно с помощью измерителя .

Предварительно частотомер смонтируй и испытай на макетной панели. Из образцовых конденсаторов включи пока без переключателя только конденсатор . Проверь полярность включения всех электролитических конденсаторов, диодов и микроамперметра. Затем движок подстроечного резистора установи в крайнее нижнее (по схеме) положение, а резистор временно замени цепочкой из последовательно соединенных переменного резистора сопротивлением 30-40 кОм и постоянного сопротивлением 4-5 кОм. Включи питание и на вход частотомера подай переменное напряжение электроосветительной сети, пониженное трансформатором до нескольких вольт. Можно, например, как показано на рис. 289, а, использовать вторичную обмотку сетевого трансформатора блока питания, подключив к ней потенциометром регулировочный переменный резистор и с его помощью регулировать напряжение, подаваемое на вход частотомера.

Подбором сопротивления временной цепочки резисторов нужно добиться устойчивого отклонения стрелки микроамперметра при минимальном напряжении (0,3 В) на входе частотомера.

После этого на вход частотомера подай от того же регулировочного резистора переменное напряжение, выпрямленное двухполупериодным выпрямителем (рис. 289, б). В этом случае частота пульсаций напряжения на входе частотомера будет 100 Гц, т.е. соответствует удвоенной частоте переменного напряжения сети. Теперь стрелка микроамперметра должна отклониться на больший угол, чем при частоте напряжения 50 Гц. Движок подстроечного резистора установи в такое положение, при котором стрелка микроамперметра окажется немного левее середины шкалы. Отметка, сделанная на шкале, будет соответствовать частоте 100 Гц, а вся шкала - частоте 200 Гц.

Затем еще раз подай на вход частотомера переменное напряжение с регулировочного резистора и отметь на дуге шкалы микроамперметра положение ее стрелки. Оно будет соответствовать частоте 50 Гц. Таким образом, у тебя получатся две исходные отметки, не считая нулевой и конечной, по которым можно проградуировать шкалу поддиапазона 20-200 Гц. Она же будет и шкалой двух других поддиапазонов. Надо только при вкдючении образцового конденсатора С3 ) результат измерения умножать на 10, а при включении образцового конденсатора на 100. Чтобы знать, на каком поддиапазоне включен часто томен, возле ручки переключателя Ы сделай пометки

Конструкция частотомера зависит от габаритов и того положения микроамперметра (горизонтального или вертикального), при котором он должен работать, а в принципе может быть такой, как у транзисторного вольтметра постоянного тока. На лицевой панели будут микроамперметр, входные гнезда, переключатель поддиапазонов и выключатель питания. Остальные детали можно смонтировать на плате небольших размеров и укрепить ее на зажимах микроамперметра.

Уточнить градуировку шкалы, особенно верхнюю границу частоты (200 Гц), мождо по сигналам генератора колебаний звуковой частоты.

Рис. 289. Схема проверки и градуировки шкалы частотомера