Mạch đồng hồ đo tần số đơn giản - Thiết kế tương tự

Các mạch máy đo tần số tương tự đơn giản sau đây có thể được sử dụng để đo các tần số có thể là sóng sin hoặc sóng vuông. Tần số đầu vào được đo ít nhất phải là 25 mV RMS, để phát hiện và đo lường tối ưu.

Thiết kế tạo điều kiện cho phạm vi đo tần số tương đối rộng, từ 10 Hz đến tối đa 100 kHz, tùy thuộc vào cài đặt của công tắc chọn S1. Mỗi cài đặt trong số 20 k cài đặt sẵn liên quan đến S1 a có thể được điều chỉnh riêng để có được các dải tần số khác trên đồng hồ, như mong muốn.

Công suất tiêu thụ chung của đoạn mạch đo tần số này chỉ là 10 mA.

Các giá trị của R1 và C1 quyết định độ lệch quy mô đầy đủ trên các đồng hồ đo liên quan được sử dụng và có thể được chọn tùy thuộc vào đồng hồ đo được sử dụng trong mạch. Các giá trị có thể được sửa cho phù hợp với sự trợ giúp của bảng sau:

Cách hoạt động của mạch

Đề cập đến sơ đồ mạch của máy đo tần số đơn giản, 3 BJT ở phía đầu vào hoạt động giống như bộ khuếch đại điện áp để khuếch đại tần số điện áp thấp thành sóng hình chữ nhật 5 V, để cấp đầu vào của IC SN74121

IC SN74121 là bộ điều khiển đa vi mạch đơn ổn với đầu vào Schmitt-trigger, cho phép xử lý tần số đầu vào thành các xung một lần có kích thước chính xác, có giá trị trung bình trực tiếp phụ thuộc vào tần số của tín hiệu đầu vào.

Các điốt và mạng R1, C1 ở chân đầu ra của IC hoạt động giống như một bộ tích hợp để chuyển đổi đầu ra dao động của vật liệu ổn định thành một DC ổn định hợp lý có giá trị tỷ lệ thuận với tần số của tín hiệu đầu vào.

Do đó, khi tần số đầu vào tăng lên, giá trị của điện áp đầu ra cũng tăng tương ứng, được giải thích bằng độ lệch tương ứng trên đồng hồ và cung cấp số đọc trực tiếp của tần số.

Các thành phần R / C được kết hợp với công tắc chọn S1 xác định thời gian BẬT / TẮT một lần duy nhất và điều này đến lượt nó quyết định phạm vi mà thời gian trở nên phù hợp nhất, để đảm bảo phạm vi phù hợp trên đồng hồ và độ rung tối thiểu trên kim đồng hồ.

Chuyển phạm vi

• a = 10 Hz là 100 Hz
• b = 100 Hz đến 1 kHz
• c = 1 khz đến 10 kHz
• d = 10 kHz đến 100 kHz

Mạch đo tần số chính xác đa dải

Một phiên bản cải tiến của sơ đồ mạch Máy đo tần số đầu tiên được hiển thị trong hình trên. Bóng bán dẫn đầu vào TR1 là một cổng giao nhau FET tiếp theo là một bộ giới hạn điện áp. Khái niệm này cho phép thiết bị có trở kháng đầu vào lớn (của một dải megohm) và an toàn chống quá tải.

Bộ chuyển mạch S1 b chỉ đơn giản là giữ đầu cực đồng hồ ME1 dương 'nối đất' cho 6 cấu hình dải được chỉ định trên S1 a và do đó cung cấp đường xả cho bộ ngưng dải tương ứng như được nêu trong các chú thích của Hình 1. Điều đó đang được nói, ở thứ bảy vị trí, đồng hồ và điện trở đặt trước, VR1, được chuyển xung quanh diode tham chiếu D7 của Zener.

Giá trị đặt trước này được tinh chỉnh trong quá trình thiết lập để cung cấp độ lệch toàn thang đo, sau đó được hiệu chỉnh chính xác cho mức tham chiếu cụ thể đó. Điều này rất quan trọng vì điốt Zener của riêng chúng cung cấp dung sai 5%. Khi được khắc phục, hiệu chuẩn này cuối cùng được điều chỉnh từ bảng điều khiển chiết áp VR2 cung cấp khả năng điều khiển cho tất cả các dải tần số.

Biên độ cao nhất của tần số đầu vào được đặt trên f.e.t. cổng được giới hạn ở khoảng ± 2,7V thông qua Điốt Zener Đ1 và Đ2, mắc chung điện trở R1.

Trong trường hợp tín hiệu đầu vào cao hơn giá trị này ở cả hai cực, Zener tương ứng sẽ căn cứ để ổn định điện áp dư thừa đến 2,7 V. Tụ C1 tạo điều kiện bù tần số cao nhất định.

FET được cấu hình giống như một bộ theo nguồn và tải nguồn R4 hoạt động như một chế độ trong pha của tần số đầu vào. Transistor TR2 hoạt động giống như một bộ khuếch đại bình phương đơn giản có đầu ra làm cho transistor TR3 bật và theo như giải thích đã cung cấp trước đó.

Các tụ điện sạc cho mỗi 6 dải tần số được xác định với bộ chuyển mạch S1a. Các tụ điện này phải cực kỳ ổn định và cao cấp như tantali.

Mặc dù được chỉ ra là tụ điện đơn lẻ trong sơ đồ, chúng có thể được tạo thành bằng cách sử dụng một vài bộ phận song song. Ví dụ, tụ điện C5 được chế tạo bằng cách sử dụng 39n và 8n2, công suất tổng thể là 47n2, trong khi C10 bao gồm một 100p và một tông đơ 5-65p.

Bố cục PCB

Thiết kế theo dõi PCB và lớp phủ thành phần cho mạch đo tần số được hiển thị ở trên được hiển thị trong các hình sau

Máy đo tần số đơn giản sử dụng IC 555

Thiết bị đo tần số tương tự tiếp theo có lẽ là thiết bị đơn giản nhất nhưng có tính năng đọc tần số chính xác hợp lý trên đồng hồ đi kèm.

Đồng hồ có thể là loại cuộn dây chuyển động được chỉ định hoặc đồng hồ kỹ thuật số được đặt trên dải DC 5 V

IC 555 được nối dây theo tiêu chuẩn mạch ổn định , có thời gian ON đầu ra được cố định thông qua các thành phần R3, C2.

Đối với mỗi nửa chu kỳ dương của tần số đầu vào, bộ ổn áp sẽ BẬT trong một khoảng thời gian cụ thể được xác định bởi các phần tử R3 / C2.

Các phần R7, R8, C4, C5 ở đầu ra của IC hoạt động giống như bộ ổn định hoặc bộ tích hợp để cho phép BẬT / TẮT các xung đơn ổn thành DC ổn định hợp lý để đồng hồ đọc được mà không bị rung.

Điều này cũng cho phép đầu ra tạo ra Dc liên tục trung bình tỷ lệ thuận với tốc độ tần số của các xung đầu vào được cung cấp tại cơ sở của T1.

Tuy nhiên, R3 đặt trước phải được điều chỉnh thích hợp cho các dải tần số khác nhau sao cho kim đồng hồ hoạt động khá ổn định và việc tăng hoặc giảm tần số đầu vào gây ra độ lệch tương ứng trong dải tần cụ thể đó.