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一款简易低廉的频率测量装置

一款简易低廉的频率测量装置

点击数:7391 次   录入时间:03-04 12:01:37   整理:http://www.55dianzi.com   仪表-仪器

  此频率测量装置是由冲熄单稳态触发器和频率电压变换电路以及数字电压表(DVM)构成。
  
  电路简易、价格低廉,具有良好的实用性,以下就电路原理和元件选择作些简要介绍。
  
  冲熄单稳态触发器

  下图表示冲熄单稳态触发器电路,它是由一只施密特倒相器、双稳态触发器及一只晶体管组成。它发生两个互补的输出电压VOUT、V的反OUT,其波形如下图所示。

冲熄单稳态触发器电路


  
  ICLa是由74HC74组成D型双稳态触发器,是在正向脉冲上升沿触发,有互补输出端Q及Q的反。现假定该触发器处于复位状态:Q为低电位,Q为高电位。当输入触发脉冲VIN到达,就立即定时控制触发器Q端输出(VOUT)变为高电位,Q的反变为低电位,使NPN的TR1截止,使C1开始通过定时电阻Rl按指数变化充电。当电路电压Vc达到IC2a正向阈值时,它输出立刻变为低电位。使双稳态触发器ICla复位,从而QQ返回到原始状态,输出脉冲终止于TOUT末端。
  
  为防止ICla输出端过载,R1值应选足够大。现假定Q在高电位时其输出电压等于VCC。这样输出脉冲宽度Tour:
  
  TOUT=τIn[Vcc/(VOC-VT+)](秒)
  
  时间常数T-C1xR1
  
  在TOUT的终止点,VOUT变为高电位,TR1导电,C1被很快地放电,Vc很快降到ICla负向阈值VT-,此时ICla输出变为高电位,使双稳态触发器摆脱复位状态。
  
  因为IC2a输出只在很短时间内是低电位,故在TOUT持续时间终止时,电路就要接受另外的触发脉冲。注意,VOUT为高电位时,任何触发脉冲到达时对这电路不发生作用,在TOUT终止之前,电路不可能再次被触发。从而说明,第二个输入脉冲VIN不能定时控制双稳态电路,因为VOUT已处于高电位。
  
  TOUT值大小受Cl、Rl误差和电源电压VT+变动的影响。不过所给Rl值不太大(<1MΩ),TOUT实际值得很接近上式所给出的数值。
  
  例如,IC2a采用74HC14倒相器,Vcc电源电压取5.0V,从而VT+变为2.74V。通常Rl、C1分别选用100kΩ、10nF,实测值为99.9kΩ、10.08nF,上式算出800μ,实测值为806μs。
  
  上图电路具有良好的“扩展”狭窄脉冲的功能。若把Rl、Cl增加到lMΩ、10.68μF,恰好lOOns的触发脉冲的作用结果,输出脉冲宽度变成8.9秒。它是输入脉冲的宽度的8亿9千万倍!
  
  虽然TOUT可用Rl(选用电位器)仔细调节,但不推荐该电路作精密定时应用。用于精密定时74HC221是较适宜。



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  频率的电压变换器
  
  在冲熄单稳态电路基础上再加几只阻容元件就成了简易频率计了,不过读数需用一只3.5-digit200mV的数字电压表(DVM)。
  
  下图所示实际上是频率/电压变换器,Vour是接双稳态触发器ICla的Q输出端。工作原理:脉宽一定、幅度一定的脉冲序列的平均值正比于它的频率。因此完成了脉冲列电压的平均值化之后,数字电压表(DVM)所显示的就是频率直接结果,C2/R3、C3/R4形成两端、低通滤波器,它们完成脉冲列的平均值化的功能。为使电路正常的工作,重要的是输入脉冲宽度保持固定:要求前边接不能再次触发的单稳态电路。电阻R5、R6及半可调电位器VR1去调节输出电压VM大小,以补偿单稳态电路所造成的误差。
  
  用这电路去显示2KHz在DVM上达到满标度,也即是,199.9mV的读数相当于频率1.999kHz的读数。应注意,单稳态的脉冲宽度TOUT不得超过500μs(2kHz的周期),否则表就超过量程。TOUT略小于500μs就可以,用微调VR1可以达到。
  
  元件选择
  
  晶体管TR1要求不严格。任何有适当的电流增益的小信号NPN管均可。单稳态电路定时元件Cl、Rl分别选用3.3nF±5%、120kΩ±1%。IC2a采用74HC14施密特触发倒相器。5V电源电压(VCC)稳压在±4%(用78L05稳压器很容易做到)。
  
  下图滤波电路所有电阻应选用±1%型的;VR1用线绕电位器,最大误差为±l0%;C2、C3要求不严格:在±10%。DVM必须是200mV满标度,其输入阻抗至少10MΩ(低阻抗将会“负载”滤波网络,影响测量精度)。
  
  电路校准要注意:双稳态触发器ICla定时控制在接近满标度(即1950Hz)的频率上,以及调节VR1使在DVM上得到相应的读数(应是195.0mV)。这样,DVM上就会有频率的直接显示,读数最大误差约为±l%。
  
  另外,简述的单稳态电路与十进制分频器(例如74HC190或74HC390)相串接,用这电路就能显示高达20MHz的频率。如果输入信号预先馈送到一个施密特触发器接口电路,那么这种频率计就能适用于各种波形的频率测量。

频率的电压变换器




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