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简单易制的反应灵敏度测试仪

简单易制的反应灵敏度测试仪

点击数:7177 次   录入时间:03-04 11:37:01   整理:http://www.55dianzi.com   检测-测试电路

  这个反应灵敏度测试仪器体积小,测量精度高。可以对运动员、驾驶员等进行反应灵敏度的测试。它的测试精度为百分之一秒,即十毫秒。测量范围为O.Ols—ls。
  
  测量结果直接由数码管读出,使用简单、方便。
  
  反应灵敏度测试仪主要由三块CMOS集成电路构成,其中有两块CD4026,一块CD4013。电路简单,适合初学者自己进行制作。通过制作这个电路,也可以学会使用CD4026和CD4013这两种集成电路。
  
  集成电路CD4026是一种十进制计数器,七段数字显示电路,是一种很有用的计数电路。下图(a)是它的各脚功能图,集成电路的第16脚VDD接电源正极,第8脚VSS接电源负极。第1脚为CP时钟脉冲输入端;第2脚为时钟脉冲禁止端,当它为高电平时禁止时钟输入,当它为低电平时允许时钟脉冲输入。第3脚为显示功能控制输入端;第4脚为显示功能输出端,本电路没有用到它。第5脚Cout为时钟的十分频输出端,第14脚为不受显示功能输入端控制的“c”段输出,电路中也没有用到它。第15脚为清零端R。第6、7、9、10、11、12、13脚对应七段码的输出端:f、g、d、a、e、b、c。
  
  集成电路CD4013是CMOS双D触发器,即在一块芯片上集成了两个D型触发器。它的第14脚VDD接电源正极,第7脚VSS接电源负极。每一D触发器有两个输出端Q与Q,它们两个互为反相。D端为数据端,CP为时钟输入端。S端是置位端,即当S端为高电平时,Q端为高电平,Q端为低电平。R端为复位端,当R端为高电平时,Q端为低电平,Q端为高电平。下图(b)是集成电路CD4013的各脚功能图。

4026引脚排列图

  一、电路工作原理
  
  下图是反应灵敏度测试仪的电原理图。经过变压器的50Hz交流电压通过由二极管VD1—VD4组成的桥式整流电路,在电容器C2的正极得到一个含有100Hz信号的脉动直流电压。这个脉动直流电通过电阻器Rl由电解电容器Cl进行滤波,滤波后的直流电供给整个电路使用。而100Hz的脉动交流成分通过电容器C2加到了三极管VT1的基极上,经过VT1的整形放大在VT1的集电极上产生了一个近似方波的100Hz脉冲信号。这个信号就是反应灵敏度测试仪的基准信号。由于50Hz的工频是比较稳定的,所以保证了这台仪器的精度,也免去了基准信号的校对工作。二极管VD5是放电容器C2上的电荷而设置的。
  
  100Hz信号即周期为O.Ols的信号直接送到了集成电路IC2的第一脚CP端上。由集成电路IC2进行计数并通过七段数码管来显示,这个数码管显示的是O.Ols;而另一块集成电路IC1是O.ls计数器,它的第1脚CP端是由集成电路IC2的第5脚送来的十分之一秒信号。这两块CD4026的接法只有这两点不同,其余的接法都一样。每当IC2的CP端接收到10个脉冲信号,IC2的进位输出端Cout送出一个脉冲送到IC1的CP端。所以加到IC1的CP端信号频率为10Hz,即周期为O.ls的信号。IC1和IC2两块集成电路串行计数完成了两位计数及显示的功能。所以能显示0.01。0.99s间的时间数字。由于CD4026的输出电流较小,所以CD4026的每个输出端都接了一个三极管射极输出器来驱动数码管。串联电阻R7~20可在200~510Ω范围内选择。电阻越小数码管亮度越大。
  
  反应灵敏度测试仪的控制部分由集成电路CD4013双D触发器来完成。其中图左下方这个D触发器与外围元件构成一个单稳态触发器,它的Dl端接高电平,Sl接地,复位端Rl接电容器C3。假设电容器C3两端的初始电压为ov,这时输出端Ql为低电平。当复位按钮开关SB1接通一下时,输入端CP得到一个正脉冲,输出端Ql将变为高电平,并保持着;这时通过电阻R5输出端Ql的高电平对电容C3进行充电,当电容器两端电压达到Rl端门槛电压时,即Rl为高电平时,触发器复位。输出端Ql立即由高电平跳变为低电平,单稳态完成一次翻转动作。这一暂态的时间由C3和R5的时间常数决定。二极管VD6为泄放电路,使C3迅速放电,为下一次的动作作好准备。
  
  单稳态电路的作用是:当复位按钮开关SB1按下后,Ql端出现一高电平,并持续数秒。
  
  Ql端接到了两块集成电路CD4026的R端与另一个D触发器的R2端进行清零。此时即使CD4026的CP端有信号送入,也不能进行计数。同时Ql的低电平输出送到了两个CD4026的显示功能控制端,使两个数码管均不发光。数秒后Ql变为低电平,清零结束,同时Ql为高电平,允许显示,数码管开始显示计数情况。
  
  当集成电路CD4026开始计数时,如果按下了按钮开关SB2,S2端接高电平,使D触发器置位,Q2的输出为高电平,这个高电平送到了两个CD4026的第2脚,这是时钟脉冲禁止端。此时CP端的脉冲无法使两块集成电路CD4026继续计数,计数停止,数码管的显示数字也就不再增加,而可以直接读出它显示的时间。如果在计数开始后没有按下开关SB2,则一秒钟后CD4026集成电路IC1的第5脚输出一个脉冲,送到第2个D触发器CP2端,使Q2端翻转为高电平,同样使两块CD4026停止计数。要想使仪器重新工作,只要按下复位开关SB1即可。

反应灵敏度测试仪的电原理图



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  二、元器件的选择
  
  电源变压器选用2~3W,输出为6~7.5V的小型变压器。整流二极管VD1~VD4的型号为1N4001,VD5、VD6为2CP系列或1N4148二极管。三极管VT1可用9014等NPN型三极管,放大倍数大于50;三极管VT2~VT15最好选用C1815塑封管,因为它的管脚排列与电路板安装图是一致的。
  
  电解电容器的耐压为16V。
  
  电阻器全部为1/8W碳膜电阻器。两个开关为lxl的按钮开关,数码管可选用0.5英寸共阴极七段数码管,如BSR5101C或BSC5101C,它的各脚排列如下图所示(底视图),其中3脚与8脚都是阴极,5脚是小数点不用。也可以选用较大尺寸的数码管,只要电源电压能满足要求即可。

  
  三、安装与调试
  
  下图是反应灵敏度测试仪的电路板安装图,它的尺寸为70mm×85mm。除开关、数码管、电源变压器外,其余元器件均焊在这块板上。注意电路板上有五条跨线J1—J5要用导线连接,由于跨线J5在集成电路的下边,所以要先焊好它才能装集成电路。电路板安装图中没有画出三极管VrI2—VT15的符号,只标出了代表极性的b、。、e三个字母,这14只三极管的排列是一样的。装好后的电路板与电源变压器可装在一个塑料机盒内。根据需要把两只数码管装在仪器的面板上,注意与集成电路IC1连接的是O.ls显示管,与集成电路IC2连接的是O.Ols显示管。两只开关也装在面板上。电源变压器的初级没有设开关,插上电源插头即通电。
  
  整个仪器装好后,可通电测量一下三极管VT1的集电极电压,大约在3~4V左右,如果电压过低,可减小电阻R2的阻值,或更换放大倍数小些的三极管。其余部分只要元器件无问题,安装正确,基本不需调试就可使用。

反应灵敏度测试仪的电路板安装图


  
  四、使用方法
  
  使用时首先按下“复位”按钮开关SB1,数码管熄灭。数秒后,数码管突然发光并开始计数。此时立即按下“反应”按钮开关SB2,这时,计数器停止计数,数码管显示的数字就是被测试者的反应时间。如数码管显示“3”、“5”表示反应速度为0.35s。如果在1秒钟内被测试者还没有按下“反应”按钮开关,则计数器显示为“00”,并自动停止计数。要继续进行下一次的测试时,也要再按一下“复位”按钮开关即可开始下一次的工作。如果你认为按下“复位”按钮开关后,到计数器开始工作这段时间太短,准备时间太短,可以将电容器C3的数值加大。如果认为这段时间太长,可以将电容器C3的数值减小。这完全根据需要来决定。当然也可以调整电阻器R5的阻值来改变这段时间的间隔。




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