АНАЛОГОВЫЙ ЧАСТОТОМЕР

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения частоты сигнала произвольной формы.
8
Известен частотомер [Авторское свидетельство СССР №532823 МПКG01R 23/00, опубл. 25.10.1976 г.], содержащий времязадающую цепь, состоящую из резистора и зарядного конденсатора, диоды, запоминающий конденсатор, подключенный к входу формирователя на полевом транзисторе, выход которого через преобразователь напряжение-время связан с входом счетчика, а также управляемый вентиль, управляющий электрод которого соединен с источником запускающих импульсов и вторым входом преобразователя напряжение-время, дополнительный диод, несколько RC-цепей, соединенных через диоды с анодом управляемого вентиля, а зарядный конденсатор включен параллельно электроду анод-катод управляемого вентиля, и через дополнительный диод - параллельно входу формирователя на полевом транзисторе.
Недостатком данного устройства является низкая точность измерений.
8
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является аналоговый частотомер [Авторское свидетельство СССР №943595 МПКG01R 23/02, опубл. 15.7.1982 г.], содержащий гиперболический преобразователь, состоящий из N включенных параллельно RC-цепей, вход которого соединен с шиной оперного напряжения, входной формирователь, вход которого соединен с входной шиной, а выход подключен к входу управления аналогового ключа, запоминающий конденсатор, измерительный прибор, сумматор и одновибратор, а в гиперболический преобразователь введены N ключей, включенных параллельно конденсаторам RC-цепей, причем входы управления N ключей подключены через одновибратор к выходу входного формирователя, выход гиперболического преобразователя подключен к входу сумматора, выход которого через аналоговый ключ подключен к входу измерительного прибора, параллельно которому включен запоминающий конденсатор.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком данного устройства является недостаточная точность измерения частоты из-за использования аппроксиматора в качестве гиперболического преобразователя. А увеличение количества ступеней аппроксимации с целью повышения точности измерения непременно ведет к увеличению громоздкости схемы и потере точности из-за большого числа неидеальных ключей, разброса и временного изменения параметров компонентов.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности измерения частоты.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный аналоговый частотомер, содержащий гиперболический преобразователь, одновибратор и измерительный прибор, дополнительно введены компаратор, интегратор и блок выборки и хранения, причем вход частотомера соединен с входом компаратора, выход которого соединен с входами одновибратора и интегратора, выход которого соединен с входом блока выборки и хранения, выход которого через гиперболический преобразователь соединен с измерительным прибором, а выход одновибратора соединен с управляющим входом блока выборки и хранения.
Существенными отличиями предлагаемого частотомера является введение дополнительно компаратора, интегратора и блока выборки и хранения и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения точности измерения частоты.
вх
1
4
вых
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема аналогового частотомера, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u, u-u и u.
Устройство (фиг. 1) содержит компаратор 1, интегратор 2, одновибратор 3, блок выборки и хранения 4, гиперболический преобразователь 5 и измерительный прибор 6, причем вход частотомера соединен с входом компаратора 1, выход которого соединен с входами одновибратора 3 и интегратора 2, выход которого соединен с входом блока выборки и хранения 4, выход которого через гиперболический преобразователь 5 соединен с измерительным прибором 6, а выход одновибратора 3 соединен с управляющим входом блока выборки и хранения 4.
вх
вх
1
1m
Частотомер работает следующим образом. Входное напряжение u переменного тока произвольной формы с частотой ƒ поступает на вход компаратора 1 (фиг. 2). На его выходе формируется напряжение прямоугольной формы u с одинаковой амплитудой U положительных и отрицательных импульсов, которое подается на входы интегратора 2 и одновибратора 3.
1
На выходе интегратора 1 формируется напряжение u треугольной формы с амплитудой, определяемой выражением:
1m
где U - амплитуда измеряемого выходного напряжения компаратора 1;
вх
T - период входного напряжения u;
вх
вх
ƒ - частота входного напряжения u;
R - сопротивление резистора интегратора;
С - емкость конденсатора интегратора.
2m
2
вх
вх
Из выражения (1) видно, что амплитуда U выходного напряжения u интегратора 2 прямо пропорционально периоду T и обратно пропорционально частоте ƒ входного напряжения u.
1
Выходное напряжение интегратора 2 поступает на вход блока выборки и хранения 4, на управляющий вход которого с выхода одновибратора 3 поступают узкие импульсы из, сформированные по спаду импульсов прямоугольной формы напряжения u.
3
2
4
1m
1
Так как моменты времени прихода управляющих импульсов u всегда совпадает с амплитудными напряжения u, а их длительность намного меньше периода T, то постоянное напряжение u, формируемое на выходе блока выборки и хранения 4 будет практически равно амплитудному значению U напряжения u.
Напряжение с выхода блока выборки и хранения 4 поступает на вход гиперболического преобразователя 5, на выходе которого формируется выходное напряжение частотомера:
,
где  - коэффициент пропорциональности.
вых
вх
вх
Таким образом, на выходе частотомера формируется постоянное напряжение U, пропорциональное частоте ƒ входного сигнала произвольной формы. Измерительный прибор 6 регистрирует значение частоты ƒ входного сигнала.
При практической реализации предлагаемого частотомера компаратор 1 можно выполнить на операционном усилителе (ОУ) с двусторонним ограничителем напряжения на двух анодном стабилитроне в цепи его обратной связи. Интегратор 2 можно выполнить по известной схеме на ОУ с времязадающей RC-цепью. Одновибратор 3 можно выполнить на микросхеме К561АГ1. В качестве блока выборки и хранения 5 можно использовать микросхему 1100СК2. Гиперболический преобразователь 5 можно выполнить по известной схеме (А.Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 260, рис. 10.1, б), использовав ОУ и перемножитель напряжений на микросхеме КР525ПС3. Измерительный прибор представляет собой вольтметр постоянного тока, шкала которого проградуирована в герцах.