Печатная плата преобразователя напряжение — частота
Для рассмотренном схемы преобразователя напряжение — частота не рекомендуется увеличивать емкость счетчика свыше 2000, т. е. использовать счетчик с числовым отсчетом более 1999, поскольку при четырех и более, знаках отсчета показания последних знаков станут неопределенными. Устранить это можно значительным усложнением схемы преобразователя, что в большинстве случаев не оправдано.
Длительность измерительного интервала tИзм выбирают в пределах от 0,1 до 0,5 с. Мигание цифр при измерительных интервалах более 1с утомляет работающего с прибором, а при интервалах менее 0,2 с практически незаметно для глаз.
При расчете сначала определяют максимальную выходную частоту преобразователя, которая равна отношению емкости счетчика к измерительному интервалу. Затем определяют коэффициент деления делителя частоты n = fген/fмакс. Например, для одного из счетчиков, работающего с данным преобразователем, емкость равна 2000, длительность измерительного интервала tизм = 0,131 с, максимальная частота на выходе преобразователя fМакс = 2000/0,131=15258,8 Гц.
При частоте генератора ГИ 1МГц коэффициент деления делителя равен n = 1000000/15258,8 = 65,5. Добиваться точного значения коэффициента деления не надо. Принимаем n = 64, что позволяет применить для деления шести двоичных разрядов.
Достоинством данного преобразователя является независимость его характеристик от большинства элементов. Стабильность схемы так высока, что изменение емкости интегрирующего конденсатора в несколько раз не оказываег влияния на выходную частоту.
На результате преобразования не сказываются также медленные изменения уровня порогового напряжения Uп, поэтому нет жестких требований к стабильности цепей интегрирования и порогового устройства. Последнее выполнено на элементе 2И — НЕ (D1.4),
Основными источниками погрешности преобразования являются нестабильность опорного напряжения U0 и остаточного напряжения открытого транзистора V6. Для уменьшения нестабильности U0
в преобразователе использован стабилитрон Д818Е с минимальным температурным коэффициентом напряжения.
Для уменьшения остаточного напряжения транзистор V6 выбран типа КТ342Б с малым напряжением насыщения коллектор — эмиттер. Хорошо работает здесь и транзистор К.Т312В.
Детали.
Транзистор V5 может быть любым кремниевым проводимости типа р-n-р с напряжением база — эмиттер не менее 4 В, например, КТ343, К.Т347, КТ363 (с любыми буквенными обозначениями). Резисторы Rl, R2, R6, R17 типа БЛП, резисторы R8 — R10, R14 типа СПЗ-16, остальные — типа МЛТ. Конденсаторы типа КТ, КМ, или К22-У, электролитические конденсаторы типа К50-6. Чертеж печатной платы преобразователя и расположение на ней деталей приведены на рис. 6.
Для точной настройки преобразователя необходимы цифровой вольтметр, частотомер и осциллограф. Для проверки работоспособности преобразователя соединяют перемычкой выводы 3 и 6 разъема ХЗ, устанавливая преобразователь в режим преобразования напряжения постоянного тока в частоту.
К выходу преобразователя подключают частотомер. На вход А подают напряжение +0,5 В. В оконечных каскадах преобразователя должен установиться автоколебательный процесс. С помощью осциллографа просматривают эпюры в характерных точках (см. рис. 4).
Для установления тепловых режимов элементов настройку следует производить после 15 — 20 мин прогрева. Соединяют вход А с общей шиной, отлаживают вывод резистора R11, подключенный к выходу микросхемы А1, и подсоединяют его также на шину 0В.
На выходе преобразователя устанавливают «нулевую» частоту, для чего подключают осциллограф к выводу 7 микросхемы А2, где наблюдают пилообразное напряжение. При вращении движка подстроечного резистора R14 в одну сторону частота возрастает, в другую — уменьшается и при некотором Положении срывается. Под «нулевой» частотой понимается минимальная устойчивая частота, которую удается установить с помощью резистора R14. Практически ее устанавливают равной 0,5 — 2 Гц, т. е. период одного колебания составляет 0,5 — 2 с. Восстанавливают соединение резистора R11, повторяют установку «нулевой» частоты (только теперь с помощью резистора R10). Затем подают на вход А напряжение постоянного тока +1 В, точное значение которого контролируют по цифровому вольтметру, подключенному ко входу преобразователям С помощью резистора R8 устанавливают выходную частоту преобразователя 10000 Гц.
Если пределов регулирования не хватает, подбирают сопротивление резистора R6.
Для проверки линейности преобразования напряжения в частоту в диапазоне от 0 до 1В ко входу преобразователя подключают два переменных рези- стора сопротивлением 1 — 2,2 кОм. Измеряемое напряжение подают сначала на первый резистор, затем с его среднего вывода на второй и, наконец, со среднего вмвода второго на вход преобразователя. Это позволяет производить более точную установку необходимого напряжения на входе преобразователя.
Устанавливают первым резистором грубо, а вторым плавно следующие значения напряжения на входе преобразователя: 0, 10, 25, 50, 100 мВ и дале? через каждые 100 мВ до 1000 мВ. Для каждого входного напряжения записывают соответствующую ему выходную частоту и строят график. Если нелинейность преобразования больше 0,02%, настройку следует повторить.
При отклонении температуры окружающей среды от нормальной ( + 20° С) на 10° С нелинейность преобразования увеличивается на 0,02 — 0,03%. Таким образом, суммарная нелинейность преобразования может достигать 0,05%.
