5.19. Frekvencia- és kapacitásmérő analóg kijelzéssel Univerzálisan használható frekvencia- és kapacitásmérő tömbvázlata látható a 96. ábrán. Ez a mérési összeállítás a digitális és az analóg mérési módszerek kombinálásának lehetőségét használja ki. A mérendő jelek feldolgozása digitális elven, TTL áramkörökkel történik, míg az eredményt egy analóg műszer (M) jelzi. 96. ábra Analóg kijelzésű frekvencia- és kapacitásmérő blokkvázlata A mérés elve szerint egy adott időzítésű monostabil multivibrátort adott frekvenciájú jellel periodikusan indítva meghatározott négyszögimpulzus-sorozatot kapunk. A 97. ábrán látható jelölések szerint t 1 =0,7RC 1 a monostabil multivibrátor időzítése, T 1 pedig az f 1 frekvenciájú indítójel periódusideje. Az indítójel frekvenciája maradjon változatlan és az időzítőkapacitást növeljük C 2 -re. Ebből az következik, hogy a monostabil multivibrátor kimenő impulzusának szélessége t 2 -re változik, (t 2 =0,7RC 2 ) Ezzel, láthatóan megnőtt az impulzus kitöltési tényezője, mégpedig az időzítőkondenzátor értékével egyenes arányban. Megvizsgálva a 97. (c) ábrát láthatjuk, hogy az indítójel frekvenciáját növelve (f 2 >f 1 ) változatlanul hagyott impulzusszélesség mellett csökken a periódusidő (T 2 <T 1 ). A frekvencia növelésével tehát nőtt a kitöltési tényező értéke. Végeredményben tehát a kitöltési tényezőt mérve frekvencia- és kapacitásmérés is végezhető. 97. ábra A monostabil multivibrátor jelalakja
A kitöltési tényezőt az impulzusok integrálásával mérhetjük. A kapott eredmény a váltakozó jel elektrolitikus középértékével lesz egyenlő. Ismeretes, hogy a Depréz-rendszerű műszer kitérése az elektrolitikus középértékkel arányos, tehát az ilyen műszer az impulzuskitöltési tényező mérésére közvetlenül felhasználható. Rövid időre visszatérve a 96. ábrához a mérés elve tehát az, hogy a kitöltési tényezőt mérjük - frekvenciamérés esetén állandó С időzítőkondenzátorral, - kapacitásmérés esetén állandó frekvenciával üzemeltetve a monostabil multivibrátort. Az univerzális műszer kialakításához szükség van még többfokozatú osztóláncra is, hogy megfelelő méréshatárokat lehessen kialakítani. Az alapok tisztázása után nézzük meg a 98. ábrán látható elvi kapcsolási rajzot. A bemeneti illesztő-formáló fokozat tranzisztoros emitterkövetőből és egy ÉS NEM Schmitt-triggerből épül fel. Frekvenciamérés esetén az illesztőfokozatról a jelek egy osztóegységbe jutnak, amely négy dekádszámlálóból (4 db SN 7490) áll. A kívánt mértékben leosztott jelekkel indíthatjuk a monostabil multivibrátort, amelynek időzítésé (680 nf; 10 kω) ebben az esetben állandó. A monostabil multivibrátor Q kimenetéhez kapcsolódik az M műszer, amellyel a kitöltési tényezőt lehet mérni. A P2 potenciométerrel a hitelesítés során a megfelelő kitérést lehet beállítani. (Az R 3 ; R 4 ; P 3, feszültségosztó a monostabil multivibrátor IС Q kimenetének L szintű állapotában jelentkező a nullától eltérő feszültség kompenzálására szolgál. A P 3 potenciométerrel a mérés megkezdése előtt kell a műszer mutatójának nulla kitérését beállítani.) Kapacitásmérőként használva a készüléket a monostabil multivibrátor időzítőkondenzátorának helyére kapcsolódik a mérendő kondenzátor. Az állandó 1 MHz frekvenciájú rezgéseket az SN 7413 típusú integrált áramkörrel felépített astabil multivibrátor szolgáltatja. Az 1MHz frekvenciájú jelek az osztó egységbe jutnak és a K 1 kapcsoló állásától függően a monostabil multivibrátor 1 MHz...100 Hz frekvenciájú indítójelet kap. A kitöltési tényezőt a már ismert módon mérjük. Hitelesítésnél a mutató megfelelő kitérését a P 1 potenciométerrel állítjuk be. 98. ábra Analóg kijelzésű frekvencia- és kapacitásmérő elvi kapcsolási rajza
A frekvenciamérő hitelesítéséhez az f x bemenetre ismert frekvenciájú pl. 50 Hz vagy 100 Hz jelet vezetve a P 2 potenciométerrel beállítjuk a műszer mutatójának megfelelő kitérését. A mérési hiba ebben az esetben 3% körül lesz. 99. ábra Frekvencia- és kapacitásmérő felépítése a modulkártyákból Kapacitásmérőként a hitelesítéshez egy 0.5%-os tűrésű kondenzátor használható. Az ismert kondenzátor kapacitását mérve, a P 1 potenciométerrel állíthatjuk be a megfelelő mutató kitérést. Mindkét hitelesítést elegendő egyetlen sávban elvégezni, mert a fix osztólánc miatt a többi tartomány is hiteles lesz. A 99. ábrán levő rajz mutatja, hogyan építhető fel a készülék a rendelkezésre álló kártyákból. A kártyák rögzítése után, a gondosan elvégzett és ellenőrzött huzalozással szinte minden további ellenőrzés nélkül üzemképes az áramkör. Természetesen a mérések megkezdése előtt az ismertetett módszerrel hitelesíteni kell a készüléket.
100. (a) ábra Önálló frekvencia- és kapacitásmérő áramköri lapjának vezetékezési mintázata A gyakorlati munka során sokszor használható önálló frekvencia- és kapacitásmérő megépítéséhez nyújt segítséget a 100. ábra. A 100. (a) ábrán találhatjuk a megfelelő vezetékezési mintázatú lap rajzát, míg a (b) és a (c) ábrák a megépítéshez nyújtanak segítséget. Ez az áramkör a 98. (a) ábrán levő elvi kapcsolási rajztól csak abban tér el, hogy az SN 7413 IС helyett az SN 74132, négy-, kétbemenetű ÉS-NEM Schmitt-triggert tartalmazó integrált áramkört használtuk fel a kivitelezéshez. A működést ez elvileg nem változtatja meg. Az áramköri eltérést a 98. (b) ábrán találjuk. A CBD bemenethez csatlakozó G 4 kapun keresztül a jelek vagy az f x bemenetről vagy a G 2 kapuval felépített oszcillátorból jutnak a számlálóra. Frekvenciamérésnél (K 2a -f) G 1 kapu bemenetei L szinten vannak, így a kimenetéről G 3 bemenetére H szint kerül, tehát a kapu a másik bemenetén vezérelhető. Mivel G 2 kimenetén is H szint van a G 3 kapuról érkező f x jel G 4 kapun keresztül az osztóra juthat. Kapacitásmérésnél (K 2a -C)G 1 kapuról L szint jut a G 3 kapu egyik bemenetére, így kimenetén állandóan H szint van. A G 2 kapuval felépített astabil multivibrátor jelei a G 4 kapun keresztül az osztóra juthatnak. A kapcsolás többi része megegyezik a 98. (a) ábrán megadott áramkörrel. Befejezésül egy tanács, ami minden eddig elvégzett kísérletre is vonatkozik. Ha az összeállított készülék az első bekapcsolásnál nem működik azonnal, akkor sem szabad kapkodni. Kikapcsolt állapotban újra ellenőrizni kell a bekötéseket. Megfelelő bekötés esetén
a tápfeszültség bekapcsolása után ellenőrizni kell az egyes pontokon található logikai szinteket. 100. (b) ábra Alkatrész beültetési rajz El kell dönteni az igazságtáblázatok és a rendelkezésre álló működési leírás alapján, hogy az adott ponton észlelt logikai szint megfelelő-e. Ha nem megfelelő a szint, akkor meg kell keresni az okot és kijavítani a hibát. Bármilyen bonyolult egy készülék, akárhány alkatrészből is áll, felbontható kis egységekre, amelyeknek működése már könnyen ellenőrizhető. 100. (с) ábra Szerelt áramköri lap Az alapegységek működésének ellenőrzése közben rendszerint könnyen megtalálható és javítható a hiba.