|
|
| Входной усилитель-формирователь для цифровой шкалы-частотомера
|
| Начало » Разработки
|
| Разместил: |
semizador  |
| Источник информации |
©Журнал "Радиоаматор" №3 за 2008г., г.Киев
©Задорожный Сергей Михайлович, г.Киев, 2007г. |
| Полезные ссылки |
1. Полная версия статьи на сайте автора
|
|
Текст статьи: •
|
Входной усилитель-формирователь для цифровой шкалы-частотомера
Такой функциональный узел, как входной усилитель-формирователь - это необходимая составляющая цифровой шкалы-частотомера для сигналов, уровень которых не превышает десятков милливольт. Подаваемый на вход такого усилителя сигнал усиливается до уровня, достаточного для стабильной работы микросхем цифровых счетчиков. Усилитель не должен оказывать шунтирующего влияния на цепь, к которой подключается шкала, и поэтому его входное сопротивление должно быть высоким, а входная емкость - малой. Кроме того, формируемый на выходе усилителя сигнал с цифровыми уровнями не должен содержать паразитных импульсов, способных внести ошибку в измерение частоты электронно-счетным способом.
После ряда экспериментов, в том числе неудачных, автор имеет честь предложить на суд специалистов схему:
Собственно счетные импульсы на выходе схемы формируются триггером Шмитта D1:1. В этом качестве использовался один из шести элементов недорогой и популярной микросхемы SN74HC14N. При температуре окружающего воздуха +25°C и напряжении питания 5 В типовые уровни верхнего и нижнего порогов срабатывания такого триггера Шмитта составляют соответственно чуть более +2,5 В и чуть менее +1,6 В. Процесс формирования счетных импульсов поясняет диаграмма:
Синяя синусоида - это аналоговый сигнал на входе триггера Шмитта, красным цветом изображен цифровой сигнал прямоугольной формы на его выходе. Из состояния лог."0" на выходе триггер переключается в состояние лог."1" в момент, когда уровень входного сигнала опустится ниже порога, обозначенного на диаграмме зеленой горизонтальной линией - это нижний порог срабатывания триггера Шмитта. Следующее переключение триггера, но уже обратно - из состояния лог."1" в лог."0" - происходит лишь когда уровень сигнала на входе превысит верхний порог, обозначенный фиолетовой горизонтальной линией. Затем уровень входного сигнала должен снова пересечь нижний порог, и так далее. Поэтому для уверенного переключения триггера Шмитта размах переменной составляющей сигнала на его входе должен быть больше, чем отстоят друг от друга его верхний и нижний пороги срабатывания при условии, что уровень постоянной составляющей сигнала на входе триггера расположен между этими порогами посередине. При этом различные помехи с меньшим размахом не могут вызвать сбойное переключение триггера Шмитта и повлиять на результат измерения частоты.
Такую работу триггера Шмитта D1:1 обеспечивает усилитель входного сигнала на транзисторах VT1, VT2 и VT3. Постоянное напряжение на подсоединенном ко входу триггера коллекторе транзистора VT3 поддерживается в пределах между уровнями верхнего и нижнего порогов срабатывания триггера Шмитта при колебаниях в широких пределах температуры окружающего воздуха и питающего напряжения +Vc. Это стало возможным благодаря отрицательной обратной связи по постоянному току, которой охвачен усилитель путем подачи части постоянного напряжения с выхода схемы в токозадающую цепь источника стабильного тока, выполненного на полевом транзисторе VT1. Этот же транзистор работает как первый каскад усиления поступающего на вход переменного сигнала. На биполярных транзисторах VT2 и VT3, включенных по каскодной схеме, выполнен второй каскад усиления.
Не менее важной является устойчивая работа усилителя-формирователя и при высоком уровне входного сигнала, когда усилитель работает уже как ограничитель, то есть за пределами относительно линейной области своей передаточной характеристики. Периодически повторяющиеся при этом переходные процессы могут породить на выходе усилителя - входе триггера Шмитта - лишние перепады напряжения и, как следствие, ложные импульсы на выходе схемы. Ниже приведена осциллограмма с формой напряжения на коллекторе транзистора VT3 при подаче на вход усилителя сигнала частотой 1 МГц с уровнем более 70 мВ:
По скругленным углам "трапеций" хорошо видно, что усилитель на транзисторах VT1, VT2 и VT3 "мягко" входит в режим ограничения и так же "мягко", то есть без каких-либо признаков переходного процесса (всплесков, затухающих колебаний и пр.) выходит из него. Понятно, что при такой работе усилителя ни о каких ложных импульсах на выходе триггера Шмитта не может быть и речи.
Налаживание усилителя-формирователя сводится к установке резистором R3 напряжения на коллекторе транзистора VT3, с тем, чтобы его значение лежало примерно посередине между верхним и нижним порогами срабатывания триггера Шмитта D1:1. Для микросхемы SN74HC14N при напряжении питания Vd = 5 В это около 2,0...2,1 В. Еще один способ установки требуемого напряжения состоит в следующем. На вход усилителя-формирователя с высокочастотного генератора следует подать синусоидальный сигнал частотой в пределах 0,2…1 МГц и уровнем раза в полтора-два больше порога чувствительности, скажем 20 мВ, и резистором R3 установить на выходе триггера Шмитта форму прямоугольного цифрового сигнала близкую к "меандру", то есть с равной длительностью лог."0" и лог."1".
Полная версия статьи на сайте автора >>
|
|
•
|
| Автор |
Комментарий |
Припой
Участник
 |
08 Янв 2010 19:53:11
интересная схема. У МК PIC16F628 и подобных входы с характеристикой триггера Шмитта - микруха не понадобится. А как насчет защиты входа диодами ?
|
semizador
Участник
|
12 Янв 2010 17:58:39 · Поправил: 12 Янв 2010 17:59:14
Припой:
интересная схема. У МК PIC16F628 и подобных входы с характеристикой триггера Шмитта - микруха не понадобится. А как насчет защиты входа диодами ?
На форуме создал специальную тему для обсуждения работы приведенной в статье схемы. Повторите, пожалуйста, ваш вопрос там.
|
|
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные, активировавшие регистрацию и не ограниченные в доступе участники сайта!
|
| Файл создан: 16 Июн 2009 19:21:31 |
|
