Цифровий частотомір-хронометр для навчальних дослідів із фізики

Користуючись схемою, яку подано на рис. 2, та формулою (1), можна скласти таблицю значень кількісних показників частотоміра для всіх можливих піддіапазонів вимірювання.

Положення перемикача S112345

Децимальну крапку індикує світлодіодHL1HL2HL3HL4–

Частота позначок часу, f00,1 Гц1 Гц10 Гц100 Гц1 кГц

Тривалість лічби (час вимірювання), Δ t10 с1 с0,1 с0,01 с0,001 с

Максимальне значення частоти, яке можна виміряти, Fmax0,99999,99999,99999,99999

Ціна одиниці наймолодшого розряду0,1 Гц1 Гц10 Гц100 Гц1 кГц

Для кожного із п’яти піддіапазонів хронометра має виконуватись співвідношення: N=f0(Гц)Δtmax (с), де N=9999, f0(Гц) – частота позначок часу, виражена в герцах, Δtmax(с) – максимальна тривалість вимірюваного інтервалу часу, виражена в секундах. З цього співвідношення визначаємо:

Δ tmax(с)=N/f0(Гц)=9999/f0(Гц)(2)

Користуючись схемою, яку подано на рис. 3, та формулою (2), можна скласти таблицю значень кількісних показників хронометра для всіх можливих піддіапазонів вимірювання:

Положення перемикача S112345

Децимальну крапку індикує світлодіодHL1HL2HL3HL4–Частота позначок часу, f010 кГц1 кГц100 Гц10 Гц1 Гц

Максимальна тривалість вимірюваного інтервалу часу,

Δtmax0,9999 c9,999 c99,99 c999,9 c9999 c

Ціна одиниці наймолодшого розряду0,0001 c0,001 c0,01 c0,1 c1 c

3) Формувальний пристрій та ключ з тригерним керуванням. Принципову електричну схему формувального пристрою і ключа з тригерним керуванням подано на рис. 4. У статті [4] описано принцип роботи цих вузлів.

4) Пристрій автоматики. Схему пристрою подано на рис.5, а часові діаграми, які пояснюють його роботу, – на рис.6. До його складу входять: два D-тригери DD17.1 і DD17.2 (компоненти мікросхеми К155ТМ2), два інвертори DD18.3 і DD18.4 (компоненти мікросхеми К155ЛА3) і транзистор VT1. Тригери DD17.1 і DD17.2 мають входи R і S, які служать для асинхронного встановлення їх у нульовий або одиничний стан (рівень логічного нуля або логічної одиниці на прямому виході), шляхом подавання на один із них логічного нуля. Якщо інверсний вихід тригера з’єднати з входом D, одержиио лічильний тригер, який буде ділити частоту імпульсів, які подаються на вхід С, на два. У цьому випадку як лічильний працює тригер DD17.1. Тригери К155ТМ2 спрацьовують під час проходження позитивних перепадів напруги на вході С. Вважатимемо, що прилад працює як частотомір, тобто перемикач роду роботи S2а (спарений з перемикачем S2б) перебуває в положенні 1. На вхід С тригера DD17.1 поступають імпульси від генератора позначок часу (діаграма а). Частота повторення цих імпульсів залежить від положення перемикача піддіапазонів S1б і може набувати значень 0,1 Гц, 1 Гц, 10 Гц, 100 Гц, 1000 Гц.

Під час проходження одного з імпульсів тригер DD17.1 переходить в одиничний стан (діаграма б) і сигналом логічної одиниці на прямому виході (вивід 5) відкриває електронний ключ DD18.1. Починаючи з цього моменту часу, імпульси напруги вимірюваної частоти проходять через ключ та інвертор DD18.2 і поступають на вхід С1 лічильника імпульсів DD1 (вивід 14).