Цифровий частотомір-хронометр для навчальних дослідів із фізики
Скид (обнулення) лічильника здійснюється за допомогою спеціальних імпульсів скиду, які формуються пристроєм автоматики в момент закінчення часу індикації.
В режимі лічби кількості імпульсів використовуються вузли частотоміра 1, 2, 3, 4 і 5. При цьому пристрій автоматики 5 блокує генератор позначок часу, а електронний ключ 2 увесь час залишається відкритим. Лічильник 3 працює в режимі неперервної лічби, а пристрій індикації висвічує результат цієї лічби.
Скид лічильника здійснюється за допомогою імпульсів скиду, які формуються ручним способом.Структурну схему вимірювача інтервалів часу (хронометра) подано на рис.3. Дія приладу заснована на лічбі кількості імпульсів, які надходять на вхід лічильника протягом часу, який вимірюється. Частота повторення імпульсів має бути високостабільною. Їхнім джерелом служить генератор позначок часу (кварцовий генератор КГ+ десятковий подільник частоти). У схемі вимірювача часових інтервалів порівняно з частотоміром є додатковий вузол 6 – електронний ключ із тригерним керуванням. Через цей ключ імпульси від генератора позначок часу подаються на вхід формувального пристрою 1, а далі через ключ 2 на вхід лічильника 3. Ключ 2 увесь час залишається відкритим, лічба імпульсів починається в момент часу, коли перемикач S3 фіксується в положенні “пуск”, і закінчується тоді, коли він фіксується в положенні “стоп”. Перемикач S3 керує роботою ключа 6 через асинхронний RS-тригер, який усуває ефект “деренчання” контактів у цьому перемикачі. Початок і кінець лічби в такому разі фіксується дуже чітко.
Згідно з рис.3, для різних положень перемикача S1В одержуються такі значення частоти та періоду повторення імпульсів, які “наповнюють” вимірюваний інтервал часу:
Положення перемикача S1В12345
Частота імпульсів10 кГц1 кГц100 Гц10 Гц1 Гц
Період повторення100 мкс1 мс10 мс100 мс1 с
Скид (обнулення) лічильника здійснюється ручним способом.
2) Схема перемикання меж вимірювання частоти і тривалості часових інтервалів. Як уже відзначалося, частотомір-хронометр оснащено чотирирозрядним десятковим лічильником і відповідно чотирирозрядним пристроєм індикації. Максимальна кількість імпульсів, яка може бути перелічена таким лічильником і зафіксована пристроєм індикації, складає N=9999 імпульсів. Щоб можна було за пристроєм індикації безпосередньо відлічувати числове значення частоти досліджуваного сигналу або тривалості вимірюваного інтервалу часу, потрібно індикувати положення децимальної крапки (яка відділяє цілу частину від дробової) та одиниці вимірювання відповідних величин. У цьому приладі з метою спрощення конструкції індикується тільки положення децимальної крапки, а одиниці вимірювання для всіх піддіапазонів залишаються сталими – один кілогерц (1 кГц) для частоти і одна секунда (1 с) для тривалості інтервалів часу. Індикація положень децимальної крапки здійснюється за допомогою світловипромінювальних діодів (світлодіодів). Про одиниці вимірювання величин інформують надписи, зроблені на лицевій панелі пристрою індикації: “частота, кГц”, “час, с”. Прилад розраховано на вимірювання частот та інтервалів часу в чотирьох піддіапазонах, коли дробова частина відлічуваного числа містить у собі чотири, три, два і один розряд. Схему перемикання меж вимірювання подано на рис. 4. У ній використовуються три перемикачі S1а, S1б, S1в на п’ять положень кожний. Через перемикач S1а подається напруга +5 В на світлодіод, який індикує положення децимальної крапки. За допомогою перемикача S1б здійснюється відбір позначок часу, які у випадку вимірювання частоти використовуються пристроєм автоматики для формування стробувальних імпульсів відповідної тривалості, перемикачем S1в здійснюється відбір позначок часу, які у випадку вимірювання часових інтервалів передаються до лічильника імпульсів через ключ з тригерним керуванням і використовуються як імпульси наповнення цих інтервалів. Усі три перемикачі одночасно фіксуються в ідентичних положеннях.
Для кожного із п’яти піддіапазонів частотоміра має забезпечуватися співвідношення: N=100Fmax(кГц)Δt(с), де N=9999, Fmax(кГц) – максимальне (номінальне) значення частоти, яке може бути виміряне при виборі того чи іншого піддіапазону, виражене в кілогерцах, Δt(с) – час лічби (тривалість стробімпульсу), виражений у секундах. З цього співвідношення визначаємо:
Fmax(кГц)=N/1000Δt(с)=9,999/Δt(с)(1)