Цифровий вольтметр з перетворенням напруги в частоту: схема і принцип дії
Рис. 1.
Структурна схема цифрового вольтметра (ЦВ) наведена на рис. 1.
Основним злом схеми є інтегратор, на вхід якого подається постійна напруга Ux. На виході інтегратора напруга U вих змінюється за лінійним законом:
,
Де τ = RC - стала інтегрування.
Напруга U вих подається на порівнює пристрій (СУ). На другий вхід СУ подається зразкове напруга U о.
Коли настає рівність напруг (U вих = U о) спрацьовує СУ і на його виході з'явиться імпульс управління (ВП), за яким блок керування (БК) включає схему зворотного зв'язку (СОС). Схема СОС включає ключ (К) на короткий час, якого буде достатньо для повного розряду конденсатора (С). Потім процес повторюється.
Рис. 2.
На рис 2 показана тимчасова діаграма напруги U вих, де Т - період тимчасового напруги на виході інтегратора або час інтегрування.
Отже, можна написати:
,
Таким чином основне рівняння перетворення = F (Ux), буде:
.
Генератор шумових сигналів: схема, принцип дії
Генератор шумових сигналів (ГШС), наприклад Г2-59, призначений для використання в якості джерела електричного шумового сигналу з рівномірним спектром, нормальним розподілом миттєвих значенні напруги і регульованим в широких межах рівнем виходу, при дослідженні статистичних процесів нелінійних спотворень трактів, проходженні складних сигналів, перевірці різних пристроїв на завадостійкість, при проведенні статистичних кореляційних та інших видів вимірі в акустиці, гідроакустику, медицині та інших областях.
Генератор Г2-59 використовується в автоматизованих вимірювальних системах.
Генератори шумових сигналів виробляють флуктуаційні напруги з певними (заданими) імовірнісними характеристиками.
Їх застосовують при вимірюванні граничної чутливості посилення, коефіцієнта шуму радіоприймачів, дослідження завадостійкості різних електронних, автоматичних та радіотехнічних систем або окремих вузлів, зняття частотних характеристик електроакустичних пристроїв, перевірці приладів для зміни імовірнісних характеристик випадкових процесів і т.д.
Рис. 3 Структурна схема ГШС
Основним вузлом схеми шумового генератора є генератор, що задає (Мал. 3). Його сигнали повинні мати рівномірну спектральну щільність потужності по всій необхідної смузі частот. У заданому генераторі використовуються фізичні явища, при яких виникають досить інтенсивні шуми зі статичними характеристиками і параметрами, піддаються досить нескладного математичного аналізу.
В якості зразкового джерела шуму може служити нагріте дротяний резистор, діюче значення напруги на якому розраховується за формулою:
,
Де - 1,380 *
Дж / к (Постійна Больцмана).
Т - абсолютна температура резистора в градусах Кельвіна.
R - опір резистора, Ом.
- Смуга пропускання, Гц.
Конструктивно резистор виконується у вигляді вольфрамової спіралі, намотаною на керамічний каркас, температура якої підтримується постійною.
До джерел теплової шумовий потужності відноситься і болометричний генератор. Болометр представляє собою вакуумний скляний балон, усередині якого натягнута вольфрамова нитка.
Джерела теплового шуму використовуються в якості зразкових генераторів шумових напруг, так як розрахункові дані добре збігаються з практичними результатами. У шумових генераторах також застосовуються фотоелектронні помножувачі, газорозрядні трубки, шумові діоди і т.п.
В якості перетворювачів спектру в шумових генераторах застосовуються підсилювачі, фільтри, обмежувачі, генератори перебудовуваною частоти - залежно від того, яке перетворення шуму потрібно.
Так, застосувавши як перетворювача фільтр з певним коефіцієнтом передачі, можна отримати з генератора білого шуму генератор стаціонарного випадкового процесу зі спектральною щільністю потужності, що змінюється по заданому закону в певному діапазоні частот. Основним елементом вихідного пристрою генератора служить калібрований атенюатор, що забезпечує однаковий коефіцієнт розподілу потужності по всій смузі частот шуму. Для контролю рівня вихідної потужності в схему генератора вбудовується вольтметр діючого значення.
Низькочастотні генератори шумів позначаються як Г2, працюють у діапазоні від 20 Гц до 10 МГц і виробляють потужність до 5 Вт. НВЧ - генератори мають вищу частоту робочого діапазону до 37 ГГц, і як генератори гармонійних коливань, виконуються однодіапазонними з малим перекриттям по частоті. Позначаються НВЧ шумові генератори так само як і низькочастотні Г2.
Електронно-обчислювальні частотоміри (ЕСЧ) в режимі вимірювання частоти: схема, принцип дії, похибки
Частотомір - вимірювальний прилад для визначення частоти періодичного процесу або частот гармонічних складових спектру сигналу.
Принцип дії електронно-лічильних частотомеров (ЕСЧ) заснований на підрахунку кількості імпульсів, сформованих вхідними ланцюгами з періодичного сигналу довільної форми, за певний інтервал часу. Інтервал часу виміру також задається методом підрахунку імпульсів, узятих з внутрішнього кварцового генератора ЕСЧ або із зовнішнього джерела (наприклад стандарту частоти). Таким чином ЕСЧ є приладом порівняння, точність вимірювання якого залежить від точності еталонної частоти.
ЕСЧ є найбільш поширеним видом частотомеров завдяки своїй універсальності, широкого діапазону частот (від часток герца до десятків мегагерц) і високої точності. Для підвищення діапазону до сотень мегагерц - десятків гігагерц використовуються додаткові блоки - подільники частоти і переносники частоти.
Більшість ЕСЧ крім частоти дозволяють вимірювати період проходження імпульсів, інтервали часу між імпульсами, відносини двох частот, а також можуть використовуватися в якості лічильників кількості імпульсів.
Деякі ЕСЧ (наприклад Ч3-64) поєднують в собі електронно-лічильний і гетеродинний методи вимірювання. Це не тільки підвищує діапазон вимірювання, але і дозволяє визначати несучу частоту імпульсно-модульованих сигналів, що простим методом рахунку недоступне.
ПРИЗНАЧЕННЯ: обслуговування, регулювання та діагностика радіоелектронного устаткування різного призначення, контроль роботи радіосистем і технологічних процесів
ПРИКЛАДИ: Ч3-54, Ч3-57, Ф5137, Ч3-84
В основу виміру частоти покладено метод рахунку числа імпульсів, поступаюшіх на вхід приладу за калібрований інтервал часу Т . Якщо за час вимірювання t
= Т
підраховано N імпульсів, то середнє значення частоти:
,
Де інтервал часу Т може приймати значення 0,01, 0,1, 1, 10 або 100 с.
При виборі Т -1 З, вимірюване кількість імпульсів одно невідомою частоті:
= N.
Рис. 4.1
Рис. 4.2
На малюнку 4.1 наведена спрощена схема цифрового частотоміра, а на малюнку 4.2 тимчасові діаграми в різних її точках.
Напруга вимірюваної частоти f подається на посилення формувач УФ, що перетворить різні за формою і амплітудою періодичні сигнали в короткі імпульси, частота проходження яких рівна f
. Ці імпульси надходять на вхід електронного ключа ЕК, який нормально закритий. Управління ЕК проводиться сигналами схеми формувача інтервалів часу (Фів). Запуск Фів здійснюється сигналом «Пуск». За сигналом «Пуск» Фів формує імпульс прямокутної форми тривалістю Т
. Під дією імпульсу ЕК відкривається і за час Т
на лічильник СЧ із Фів надійде N імпульсів.
Залежно від взаємного положення імпульсів, наступних з частотою f , І імпульсу, що виробляється схемою Фів, можливо отримання трьох різних результатів на СЧ при одній і тій же вимірюваної частоті (рис 5).
Період Т (Мал. 5. (2)) кратний періоду вимірюваної частоти f
(Мал. 5. (1)). На часовій діаграмі кратність дорівнює чотирьом. Якщо передній і задній фронти імпульсу з Фів опиняться в проміжку між імпульсами вимірюваної частоти, то на ЦСУ буде отримана цифра «4» (Мал. 5. (3)). Якщо ж фронти імпульсу з Фів співпадуть з імпульсами частоти f
, То з ряду причин на ЦОУ за час Т
може бути отримана цифра, відмінна на
, Тобто «5» (Мал. 5. (4)) або «3» (Мал. 5. (5)).
Відносна похибка вимірювання частоти визначається за формулою:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Рис. 5.
Абсолютна похибка вимірювання частоти даним методом визначається одним імпульсом, віднесених до інтервалу часу Т
, Тобто
=
f
,
Для зменшення похибки дискретності при вимірюванні низьких частот збільшують час Т , Застосовують помножувачі частоти, дозволяють підвищувати частоту в 10 разів, або переходять до вимірювання періоду досліджуваного сигналу.