Принципиальная схема отсчетного устройства

Отсчетное устройство (рис. 54). В отсчетном устройстве комплекса исполь­зован принцип динамической индикации с поразрядным опросом (см. ранее), что позволило (при числе разрядов 8) не только упростить схему, сократив число корпусов микросхем, но и резко уменьшить число соединительных проводников « индикатору. Например, если в девятиразрядном индикаторе делать выводы от каждого электрода, то их число равнялось бы 99. В качестве цифровых инди­каторов в отсчетном устройстве применен цифровой дисплей от микрокальку­ляторов типа ИВ-28А.

Индикатор ИВ-28А имеет только 19 выводов. Конструкция этого индика- тора такова, что все одноименные аноды-сегменты в ней соединены вместе. Поэтому знак, высвечивается при временном совпадении напряжений управ­ляющих сеток и анодов-сегментов. При этом, если подано напряжение на анод-сегмент, но отсутствует напряжение на управляющей сетке данного разряда, индикации знака не будет. Свечение на аноде-сегменте возникает только при одновременном поступлении напряжений на анод-сегмент и управляющую ceт­«у. Для индикации показаний измеряемой величины в данном индикаторе в (различных режимах используется от 4 до 8 разрядов. Старший, девятый, раз­ряд используется для индикации перегрузки при измерении напряжений. Ампли­туда импульсов, подаваемых на аноды-сегменты и управляющие сетки с вы­ходных ключей, равна примерно 25 В. Для питания накала индикатора (ток накала около 40 мА) использован источник напряжения питания 5 В и гася­щий резистор R86.

Отсчетное устройство состоит из двоичного счетчика DD11, восьмидекад-«ого двоично-десятичного счетчика DD19 — DD26, промежуточного восьмидекад-ного регистра памяти DD27 — DD34 на универсальных сдвигающих регистрах, четырех селекторов-мультиплексоров данных на восемь каналов DD35 — DD38, преобразователя двоично-десятичного кода в код семисегментных индикаторов jDD39, десятичного дешифратора DD40 и выходных ключей управления инди­катором DD41 — DD44.

Работает отсчетное устройство следующим образом.
Хронизатор. Хронизатор комплекса (см. рис. 54) включает в себя времен--ной селектор DD12.2, DD12.3, устройство управления временным селектором DD12.1, DD13, формирователи импульсов сброса, переписи, а также интервала «Время индикации».

Для рассмотрения работы хронизатора предположим, что устройство на­ходится в исходном состоянии, т. е. триггеры DD13 и счетные декады уста­новлены на ноль. С приходом первого импульса с блока эталонных интервалов (период следования импульсов 0,1 или 1 с выбирается переключателем S7) триггер DD13.1 через DD12.1 переключится в состояние логической единицы, так как на второй вход DD12.1 с выхода DD13.2 поступает напряжение высо­кого уровня. Напряжение высокого уровня с выхода DD13.1 откроет селектор DD12.2. Импульсы с входного формирователя или преобразователя напряже­ние — частота (выбирается с помощью переключателя S11) через контакты-S11.1, S10, S8.3 и DD12.2, DD12.3 поступают на первую декаду счетчика. С приходом второго эталонного импульса, определяющего время измерения, триг­гер DD13.1 снова вернется в нулевое состояние и закроет селектор DD12.2. Положительный перепад напряжения на. его выходе Q переключит триггер DD13.2 в состояние логической единицы. Отрицательный перепад напряжения на выходе Q заблокирует DD12.1, поэтому последующие эталонные импульсы до сброса триггеров хронизатора влияния на него не оказывают.

Отрицательный, же перепад напряжения на выходе Q DD13.2 запускает од-новибраторы DD14, DD15. На DD14 собран формирователь импульса «Пере­пись». Длительность импульса определяется внутренним резистором 10 кОм;. внешней емкостью — конденсатором С19 и равна примерно 1 мс. Таким обра­зом по окончании времени измерения происходит перепись информации со счет­ных декад в регистр памяти. Одновибратор DD15 служит для формирования импульса «Время индикации». Длительность импульса определяется внешними элементами R60, R61, С20 и равна 0,5 — 3 с. Время индикации регулируется резистором R60. По окончании импульса «Время индикации» отрицательный перепад напряжения на прямом выходе Q DD15 запускает одновибратор DD16, который формирует импульс «Сброс».


Длительность импульса примерно 1 мс. Таким образом импульс «Сброс» имеет временную задержку по отношению к концу измерительного интервала, определяемую длительностью импульса DD15. Положительный импульс с прямого выхода DD16 переводит счетные декады в» нулевое состояние, а отрицательный с инверсного выхода устанавливает в ну­левое состояние триггер DD13 хронизатора. Устройство совпадения DD12.1 сно­ва открыто, и следующий эталонный импульс снова переключит DD13.1 в сос­тояние логической единицы и т. д.

С помощью переключателя S8 прибор переводят в режим измерения пе­риода, а с помощью S10 устанавливают режим «Самоконтроль». В режим»

«Самоконтроль» на временной селектор импульсы поступают не с формирова­теля, а с блока эталонных интервалов (1 МГц).

Выключателем S16 хронизатор переводится в режим разового пуска от S17. Устройство управления запятой (см. рис. 54). Оно собрано на селекторе-мультиплексоре DD45 и VT12. Входы 1-2-4 селектора DD45 подключены к вы-ходам 2-4-8 DD11 соответственно. На один из информационных входов Х5 — Х9 через контакты переключателей подается напряжение низкого уровня. При оп« росе этого входа на выходе VT12 будет формироваться напряжение высокого уровня, которое вызовет свечение соответствующей запятой. В режиме из-мерения периода запятая не высвечивается. При измерении частоты запятой выделяются килогерцы, при измерении напряжения — отделяются вольты, при измерении коэффициента нелинейных искажений — проценты.

Устройство индикации перегрузки (см. рис. 54). Оно выполнено на элемен­тах DD18.2, DD18.3 и ОУ DA5. Выходы DD18.2, DD18.3 объединены и управ­ляют напряжением на сетке девятого разряда. На входы DD18.2 с блока эта­лонных частот постоянно поступают импульсы частотой 1 Гц. На входы DD18.3 поступает напряжение с двуполярного компаратора DA5. Если напряжение на входе прибора превышает предельное не более чем на 20% (например, 2,4 В на пределе 2 В), то на выходе компаратора DA5 будет напряжение высокого уровня, а следовательно, на выходе DD18.3 и на h9 HG1 — напряжение низ­кого уровня.


Индикации перегрузки не будет. При превышении входным нап» ряжением предела измерения более чем на 20% на выходе компаратора DA5 будет напряжение низкого уровня, на выходе DD18.3 — высокого и импульсы а частотой 1 Гц будут поступать на сетку h9 индикатора. В этом случае девя­тый разряд индикатора будет мигать с периодом 1 с, индицируя перегрузку прибора. Порог срабатывания компаратора, равный примерно ±(2,4 — 2,5) В, подбирается с помощью резистора R90.

Устройство индикации полярности и гашения избыточных разрядов (см, рис. 54). Оно собрано на элементах DD17, DD12.4, DD18.1. При измерении час­тоты или периода на один из двух входов элемента DD18.1 подается через пе» реключатель S11.3 напряжение низкого уровня. Поэтому на входе «Гашение» (Г) элемента DD39, подключенного к выходу DD18.1, будет напряжение высо­кого уровня, В этом случае высвечиваются все восемь разрядов индикатора. При измерении напряжений на входе элемента DD18.1 — напряжение высоко­го уровня и сигналы, имеющиеся на входах DD17.1, управляют входом «Га­шение» DD39. Эти сигналы поступают с выходов DD40 временного распреде­лителя. Таким образом,,при измерении напряжений гасятся либо 5 — 8-е разря» ды индикатора (пределы 2 — 2000 В), либо 6 — 8-е разряды (предел 0,2 В). При измерении напряжений отрицательной полярности в шестом разряде индикато­ра высвечивается сегмент q6.. На вход элемента DD12.4 поступают отрицатель­ные импульсы, соответствующие шестому разряду распределителя, С выхода DD12.4 положительные импульсы поступают на один из трех входов DD17.2. На второй вход этого элемента поступает напряжение с DD9.1 (при отрица­тельной полярности — напряжение высокого уровня). На третий вход в режи­ме измерения напряжений поступает напряжение высокого уровня с переклю­чателя S11.3. Выход DD17.2 через ключ DD42.3 управляет зажиганием сегмента дб.



Рве. 55. Принципиальная схема генератора низкочастотных сигналов

Генератор низкочастотных сигналов (рис. 55). Он собран на ОУ DAS в транзисторах VT13, VT14. В качестве частотнозадающей цепи положительной обратной связи выбран мост Вина, состоящий из последовательной и парал-лельной ветвей.


Эти ветви образуют избирательный по частоте делитель напря­жения. Напряжение, образующееся на параллельной ветви, подается на неин-вертиругощий вход ОУ. В установившемся режиме частота колебаний для од­ного из поддиапазонов может быть вычислена как



Обычно элементы ветвей моста Вина выбирают равными между собой, т. е. С22=С26, R94=R96. В этом случае

F=1/2(2пRZC).

Для устойчивой генерации колебаний коэффициент передачи исходного усили­теля без цепи положительной обратной связи должен быть больше зИ (где зп — коэффициент передачи этой цепи):



где Rпосл, Спосл, Rпар, Сиар — соответственно номиналы элементов в после­довательной и параллельной ветвях. При равенстве RПосл=Rпар, Спосл = Спар коэффициент зп=1/3. Положительная обратная связь приводит к увеличению нелинейных искажений генерируемого сигнала. Для снижения искажений сиг­нала, а также для стабилизации амплитуды сигнала на выходе в генератор вводится отрицательная обратная связь, причем в ее цепь включается нелиней-ный элемент (лампа накаливания, термистор). Стабилизирующее действие цепи сказывается тем сильнее, чем больше коэффициент усиления исходного усили­теля.

В данном генераторе ветви моста Вина образованы коммутируемыми в за­висимости от поддиапазона конденсаторами С22 — С29 и резисторами R94 — R96. Для обеспечения малых искажений и амплитудной неравномерности в качестве сдвоенного резистора R95 применен прецизионный проволочный резистор с раз-бросом сопротивления между секциями не более 2%. Применение вместо него обычного сдвоенного резистора, например СП-3-4 с разбросом 15 — 20%, значи­тельно ухудшит параметры генератора.

Во входном каскаде ОУ DA6 использованы полевые транзисторы. Это поз­волило применить сравнительно высокоомный резистор R95. Кроме того, ОУ этого типа имеют высокий коэффициент усиления без цепи отрицательной об­ратной связи (не менее 50 тыс.), большую скорость нарастания и частоту еди­ничного усиления (соответственно до 50 В/мкс; 15 МГц).


Все - это позволило получить малые нелинейные искажения и амплитудную неравномерность в ши­роком диапазоне частот.

Выходной каскад генератора выполнен на комплементарных транзисторах VT13, VT14, работающих в режиме АВ по схеме с общим коллектором. На--чальный ток смещения определяется диодами VD17 — VD19. Применение допол­нительного каскада на транзисторах позволило получить собственное выходное сопротивление генератора порядка долей ом. Генератор имеет безъемкостной выход. С помощью резистора R98 устанавливают нулевое напряжение на выхо­де генератора по постоянному току. Подстройкой резистора R97, определяю­щим глубину отрицательной обратной связи, добиваются минимальных иска­жений и амплитудной неравномерности во всем частотном диапазоне. Тран­зисторы VT13, VTJ4 должны иметь одинаковые статические коэффициенты пе-. редачи тока — примерно 50 — 80. Генератор не боится короткого замыкания на выходе, так как напряжение положительной обратной связи снимается непос­редственно с выходного каскада. В генераторе имеется возможность получения двуполярных прямоугольных импульсов. Они формируются с помощью конден­сатора СЗО и триггера Шмитта DD46, подключаемого с помощью переключа­теля S22. На выходе генератора включен ступенчатый аттенюатор S23, S24 ослабления выходного сигнала ( — 20, — 40 дБ). Плавную регулировку уровня выходного сигнала осуществляют резистором RW8. С выходного разъема сигнал поступает также на другие узлы комплекса для установки выходной частоты и уровня.

Измеритель нелинейных искажений (рис. 56). Он состоит из входного ат­тенюатора с коэффициентом передачи 1 или 1 :,10 (пределы входных напряжений 0,3 — 3 и 3 — 30 В соответственно), аттенюатора поддиапазона измерения КНИ, буферного усилителя, активного режекторного фильтра и масштабного усили­теля. Максимальная чувствительность блока составляет примерно 0,3 В.

Аттенюатор поддиапазона измерения КНИ Rill — R113 позволяет получить два поддиапазона измерения: 100,0 и 10,00%.


Поддиапазоны переключаются кнопочными переключателями S14, S15. Буферный усилитель собран по схеме составного эмиттерного повторителя на транзисторах VT15, VT16. Его высокое входное сопротивление не шунтирует цепи аттенюатора, а низкое выходное сопротивление этого каскада обеспечивает стабильную работу режекторного фильтра. В этом случае выходным сопротивлением источника сигнала для ре­жекторного фильтра является резистор R118.



Рис. 56. Принципиальная схема измерителя нелинейных искажений

Режекторный фильтр собран по схеме моста Вина. Мост Вина служит для подавления напряжения первой гармоники. На частоте квазирезонанса, опре­деляемой соотношением F=l/(2пRC), коэффициент передачи моста Вина при­мерно равен нулю. Поэтому на его выходе получается сигнал, содержащий только гармонические составляющие (вторая, третья и далее гармоники). Мост Вина включен на входе ОУ DA8. Настройка моста Вина на частоту квазире-вонанса осуществляется грубо с помощью резистора R1I9, а точно — с по­мощью R123. Коэффициент передачи фильтра для обеспечения его высоких из­бирательных свойств на частоте квазирезонанса должен быть равен 1/3. Ба­лансировку моста Вина, т. е. точную установку коэффициента передачи фильт­ра, осуществляют с помощью резистора R126. Для стабилизации рабочей точки ОУ, его коэффициента усиления, а также для выравнивания частотной харак­теристики фильтра введена отрицательная обратная связь по постоянному {R129) и переменному (R128) токам.

Сигнал с выхода эмиттерного повторителя через С36, R118 поступает на инвертирующий вход ОУ (через делитель R125 — R127, С43). На неинвертирую-щий вход поступает напряжение с перестраиваемого фильтра. Таким образом, входы ОУ включены в диагональ моста Вина. На выходе ОУ образуется сиг­нал, содержащий только вторую, третью и т. д. гармоники исходного сигнала. Диоды VD20, -VD21 служат для защиты входов ОУ DA7 от перегрузки. Частот-аый поддиапазон измерения выбирается с помощью групп тех же переключа­телей, что и в генераторе низкочастотных сигналов (S19, S20, S21). Масштаб-яын усилитель, собранный на ОУ DA8, служит для дополнительного усиления .выделенного сигнала.



Перед началом измерения при поданном на вход блока сигнале с помощью переключателей S14, S15 (оба в отжатом положении) и резистора R110 «Уровень» устанавливают на цифровом индикаторе значение 100,0%- В $том режи­ме, входной сигнал нормируется по уровню, так как режекторный фильтр отк­лючен. После этого нажатием переключателя S16 включают поддиапазон из­мерения 100,0% и последовательными регулировками «Грубо», «Точно», «Ба­ланс» добиваются минимальных показаний. Если значение КНИ будет меньше 10%, нажатием переключателя S14 переходят на поддиапазон 10,00% и пов­торяют те же операции. После их выполнения необходимо проконтролировать и при необходимости скорректировать значение входного сигнала с помощью резистора R110 «Уровень» (при отжатых переключателях S14, S15). После это­го, неебходимо снова произвести подстройку R123 («Точно») и R126 («Баланс») на пределе 10,00%.

Для большинства случаев измерения КНИ допустима замена детектора СКЗ детектором средневыпрямленных значений. Анализ выражений





(где Ai — значение (-гармоники для сигналов с точно измеренным КНИ, не превосходящим 10%, а также с учетом того, что уровень гармоник в среднем уменьшается с ростом номера гармоники) показывает, что дополни­тельная погрешность, образующаяся при такой замене, не превышает пример­но 50%.

Калибровку КНИ необходимо производить на частоте примерно 1 кГц. В этом случае наибольшая дополнительная погрешность не превосходит +30% на частоте 20 Гц и — 30% на частоте 20 кГц.



Рис. 57. Принципиальная схема блока питания

Блок питания (рис. 57). Он обеспечивает узлы комплекса следующими пи­тающими напряжениями: стабилизированным +5 В при токе нагрузки до 1 А, стабилизированным ±15 В при токе нагрузки до 50 мА, нестабилизированным +25 В при токе нагрузки до 50 мА.

Стабилизатор напряжения +5 В собран по компенсационной схеме на эле­ментах ОУ DA9, VT17, VT18. На ОУ собран элемент сравнения опорного нап­ряжения (с VD30) с частью выходного (делитель R136, R137). Выходное нап­ряжение ОУ является управляющим для усилителя постоянного тока VT17, Выходное напряжение устанавливается подбором резистора R136.

Стабилизатор ±15 В включает в себя стабилизатор напряжения 30 В на транзисторе VT19 и устройство выделения напряжения средней точки на ОУ DAW, VT20 — VT22.

Микросхема DA10 сравнивает напряжение средней точки на выходе стаби­лизатора и напряжение установки симметрии, снимаемое, с движка перемен­ного резистора R138. В зависимости от того, какое из напряжений больше, открывается либо верхнее, - либо нижнее плечо каскада симметрирования. За счет большого коэффициента усиления в петле обратной связи устройство практически не реагирует на изменения нагрузки, устраняя перекос напряже­ния ±15 В.

Цепочка С56, R139 и С57 служит для предотвращения самовозбуждения ОУ. Ток покоя выходного каскада с помощью R140 устанавливается равным 5 — 10 мА.


Содержание раздела

---