Преобразователь RС-параметров в частоту

Материал из РадиоВики - энциклопедии радио и электроники
Перейти к: навигация, поиск
Выкупить рекламный блок

Метод преобразования сопротивления и емкости в частоту, примененный в узле У6, основан на использовании промежуточной величины — постоянного напряжения. В данном узле преобразование RС-параметров в час« тотный сигнал производится непосредственно, без промежуточных величин.

В целом преобразователь представляет собой автоколебательную систему, в которой использован способ развертывающего преобразования с изменением направления развертывания в примыкающих циклах, и потому процесс преобразования RС-параметров в частоту приближается к процессу их измерения на переменном токе.

Технические характеристики:

Верхние пределы поддиапазонов:

  • преобразуемых сопротивлений,
    • Ом . . 100, 1000
    • кОм . . 10, 100, 1000, 10000
  • преобразуемых емкостей,
    • пФ ... 100, 1000
    • нФ . . 10, 100, 1000
  • Погрешность преобразования сопротивлений, %.......... 0,15
    • емкостей, % ... 0,25
  • Функция преобразования ..... линейная

Структурная схема преобразователя (рис. 22) содержит измерительную цепь ИЦ, усилитель постоянного тока УПТ, устройство развертывания УР, устройство сравнения УС и управляемый источник опорных сигналов УИОС. Измерительная цепь, выполненная в виде делителя напряжения, включена между входом и выходом УПТ.

Рис. 21. Печатная плата счетчика частотомера

При преобразовании сопротивлений эталонный резистор RQ включен во входную цепь, а преобразуемый Rx — в цепь отрицательной обратной связи. При преобразовании емкостей, наоборот, Сх — во входную цепь, а С0 — Б цепь обратной связи.

На измерительную цепь воздействуют импульсы прямоугольной формы о разной полярностью, равенство положительных и отрицательных амплитуд которых обеспечивает источник опорных сигналов УИОС. Выходной сигнал УПТ, пропорциональный преобразуемому параметру, подается на УР. В качестве УР используется интегратор. Наклон линейно-изменяющегося напряжения на выходе интегратора не изменен и зависит от выбранного значения постоянной времени RиСи.

Рис. 22. Структурная схема и зависимости преобразователя RC-параметров в частоту

Напряжение развертки Uр поступает на инвертирующий вход устройства* сравнения УС; на не инвертирующий вход этого устройства через делитель Ядь Яда подается пороговое напряжение Un — часть опорного напряжения, вырабатываемого источником опорных сигналов. В момент равенства развертывающего и порогового напряжений устройство сравнения скачком изменяет полярность своего выходного напряжения, в результате происходит изменение-знаков .опорного и порогового напряжений и смена направления развертывания.

Процесс преобразования иллюстрируется на рис. 23 временными диаграммами напряжений в наиболее характерных точках. Частоты импульсов на выходе преобразователя равны

239.png

где Kд — коэффициент передачи делителя Rд1, RД2; ти=Rи Си.

Принципиальная схема преобразователя приведена на рис. 24. Высокое-входное сопротивление усилителя постоянного тока А1 достигается использованием полевых транзисторов VI и V2, включенных по схеме истоковых повторителей, а для работы на переменную нагрузку выход усилителя снабжен каскадом мощности (транзисторы V5 — V8). Резистором R1 производится балансировка входов. На микросхеме А2 собран интегратор. Функцию устройства -сравнения выполняет усилитель-ограничитель на микросхеме A3.

Рис. 23. Временные диаграммы преобразователя .RC-параметров в частоту

В управляемом источнике опорных сигналов для обеспечения равенства амплитуд положительных и отрицательных импульсов применен параметрический стабилизатор со встречно-включенными стабилитронами V13, V14. Эмиттерный повторитель на транзисторах V15 — V18 разных типов проводимости обеспечивает необходимое выходное сопротивление источника опорных сигналов. В данном случае амплитуда опорных импульсов U0 = ±3,2 В, пороговых — Uп= ± 1,6 В. Максимальный коэффициент усиления усилителя А1 на-верхнем пределе поддиапазона равен единице.

Расширение диапазона преобразования сопротивлений и емкостей достигается набором внешних эталонных резисторов R27 — R31 и конденсаторов С9 — С13. Цепь R32 — R34, С4 — С6 задает режим усилителя А1 по постоянному току при преобразовании емкостей Сх.

Рис. 24. Принципиальная схема преобразователя НС-параметров в частоту

Применение способа преобразования с изменением направления развертывания позволило уменьшить погрешность преобразования, обусловленную дрейфом нуля УПТ, поскольку под воздействием напряжения дрейфа один из полупериодов увеличивается, а другой уменьшается. Период колебаний системы практически остается неизменным.

Формирование на выходе источника опорных сигналов (выход Л) разнопо-лярных прямоугольных импульсов стабильной амплитуды, а на выходе интегратора (выход Б) симметричного треугольного напряжения создает предпосылку использования данного узла в качестве функционального генератора. Но так как довольно часто находит применение синусоидальная форма сигналов, в данный узел введен преобразователь треугольного напряжения в синусоидальнее, выполненный на полевом транзисторе V12.

Технические характеристики:

  • Диапазон генерируемых частот, Гц..... 0,2-105
  • Верхние пределы частот,
    • Гц.......10, 100, 1000
    • кГц ......10, 100

Форма выходных сигналов:

  • выход А...... прямоугольная
  • выход Б........ ... треугольная
  • выход В.............. синусоидальная

Амплитуда выходных сигналов, В:

  • выход А............ ±3,2
  • выход Б............ ±1,6
  • выход В............0,3
  • Коэффициент гармоник синусоидального напряжения % 1,5
  • Нестабильность выходной амплитуды по диапазону, %............ 1

Преобразование треугольного напряжения в синусоидальное основано на использовании нелинейности вольт-амперной характеристики полевого транзистора где зависимость тока стока от напряжения на стоке на участке между нулем и точкой насыщения имеет форму четверти синусоиды. Сигнал синусоидальной формы обеих полярностей получают, используя свойство симметричности полевого транзистора по отношению к истоку и стоку, прикладывая между стоком и истоком напряжение треугольной формы. Диоды V10 и VII и резисторы R12 и R13 переключают сигнал от стока к истоку и наоборот, когда выходное напряжение треугольной формы меняет знак при переходе через нуль каждые полпериода.

Рис. 25. Печатная плата преобразователя RС-параметров в частоту

Расширение диапазона генерируемых частот в режиме «G» (нажата кнопка 813} осуществляется переключением конденсаторов С14-С18. Плавная регулировка частоты в пределах поддиапазона производится резистором R3S «Частота» Ручка этого резистора вынесена на переднюю панель. Частота колебаний на всех трех выходах узла одна и та же. Верхний предел генерируемых частот ограничен до 100-150 кГц из-за недостаточно высокой скорости нарастания выходного сигнала примененных ОУ.

Детали На них следует обратить особое внимание, поскольку ими во многом определяются качественные показатели преобразования. Это в первую очередь относится к эталонным элементам, масштабным резисторам, элементам времязадающей цепи интегратора.

Резисторы R27 — R31 типа С2-29В. Возможна замена на С5-16Т, С5-5 БЛП, МГП УЛИ Конденсаторы типа ФТ, КСО, К40У-9, К76П-1. К транзисторам и диодам особых требований не предъявляется. Чертеж печатной платы узла приведен на рис. 25.

Настройка. Для налаживания преобразователя необходимы цифровой частотомер и осциллограф с открытым входом и высокой чувствительностью. В качестве цифрового частотомера может быть использован собственный частотемер, собранный на узлах УЗ, У7 — У9.

Сначала переключатель рода работы S1.1 устанавливают в положение измерения сопротивлений, переключатель поддиапазонов S2 — в положение «1000 Ом». К зажимам «Rх» подключают точно измеренный до четырех знаков резистор 1 кОм. Включают питание. С помощью осциллографа просматривают форму импульсов в характерных точках (см. рис. 23). Подстроечным резистором R10 точно устанавливают выходную частоту, соответствующую сопротивлению эталонного резистора. Далее, подключая к зажимам «Rx» поочередно резисторы 100, 10 и 2 Ом, с помощью резистора R1 выравнивают полупериоды выходного сигнала. В области малых преобразуемых величин асимметрия полу-

периодов колебаний резко возрастает, что в конечном счете приводит к срыву генерации. Динамический диапазон преобразования сужается. Поэтому настройку при подключенном резисторе 2 Ом следует производить наиболее тщательное, На других поддиапазонах преобразования сопротивлений и емкостей регулировку сводят к подбору сопротивлений R27 — R31 и емкостей С9 — С13.

При нажатии кнопки S1.3 «G» переводят узел в режим генератора. К выходу Б подключают частотомер и осциллограф. Устанавливая переключатель S2 в одно из положений, поворотом ручки «Частота» проверяют поочередно укладку каждого поддиапазона. В случае необходимости уточняют емкости конденсаторов С14 — С18.

Подключают осциллограф к выходу В. С помощью резистора R15 производят выравнивание положительных и отрицательных полуволн синусоидального сигнала, добиваясь минимума его нелинейных искажений.

Кнопка S1.4 «Контр.» служит для проверки работоспособности узла в режимах «Rx» и «Сх». В этом случае ко входным зажимам «Rx» и «Сх» подключаются внутренние элементы, резистор R36 сопротивлением 100 Ом или конденсаторы С7, С8, суммарная емкость которых вместе с входной емкостью узла равна 100 пФ. В последнем положении производится измерение емкостей менее 100 пФ. В противном случае входная емкость узла вносит значительную погрешность при измерении малых емкостей.

Данный узел, несмотря на простоту схемного решения, имеет такие разнообразные функциональные возможности и высокие метрологические характеристики, что, дополненный счетчиком и источником питания, может быть выделен в самостоятельный измерительный прибор.