Принцип умножения частоты 50 гц. Что значит "умножитель частоты"

Современный человек не представляет своей жизни без разнообразных бытовых радиотехнических устройств и приспособлений. Основой таких устройств являются различные схемы, где конденсатор занимает одно из ведущих мест. Из статьи вы узнаете, что это за элемент и как его проверить.

Устройство конденсатора

Это радиотехнический элемент, который способен накапливать электрическую энергию и отдавать её в сеть, в заданное время. Конструктивно он представляет две металлические пластины разделённые слоем диэлектрика. Параметры его зависят в основном от площади проводника и от толщины и свойств диэлектрика. Чем больше площадь пластин и меньше расстояние между ними, тем больше ёмкость такого элемента.

Пластины изготавливаются из алюминиевой фольги , которая скручена в рулон. Между пластинами помещается изоляция из различных диэлектрических материалов. В зависимости от того, какой диэлектрик используется, конденсаторы бывают:

Керамическими.
Бумажными.
Электролитическими.

От условий применения их подразделяют:

Полярные.
Неполярные.

Как проверить конденсатор мультиметром не выпаивая?

Перед началом ремонта радиотехнической схемы, необходимо произвести внешний осмотр радиоэлементов, не выпаивая их из платы. Характерными признаками неисправного накопителя энергии является вздутие его корпуса, изменение цвета. Современные электролитические конденсаторы снабжены специальными щелями, для более безопасного выхода системы из строя. На плате могут появиться признаки температурного воздействия неисправного элемента – токопроводящие дорожки отслаиваются от поверхности, потемнение платы и т. п. Проверять контакт элемента можно осторожно покачав его пальцем.

Если имеется электрическая схема, можно проконтролировать наличие величины напряжения на контрольных точках. Точнее, нужно произвести измерения по цепи разряда конденсатора и оценить его состояние. При подозрении на неисправность нужно параллельно подозрительному компоненту включить в схему исправный, одинакового номинала, что позволит судить о его работоспособности. Такой вариант определения неисправности приемлем в схемах с малым напряжением.

Как проверить конденсатор мультиметром?

Современная промышленность выпускает большое разнообразие моделей приборов для измерения электрических параметров – мультиметров . Они бывают как с аналоговой стрелочной индикацией, так и с жидкокристаллическим дисплеем. Приборы с ЖК дисплеем дают более точные измерения и удобны в использовании . Стрелочные индикаторы предпочитают из-за более плавного перемещения стрелки.

Перед проверкой накопителей энергии, их необходимо выпаять из схемы , чтобы избежать влияния на показания других радиотехнических элементов.

Конденсаторы разделяют на полярные и неполярные. К полярным относятся все электролитические. Они включаются в электрическую схему строго с соблюдением полярности . К неполярным – все остальные. Неполярные впаиваются в схему без соблюдения полярности.

Как проверить электролитический конденсатор мультиметром

Настраиваем прибор на режим измерения сопротивления до 100 Ком.
Дотрагиваемся до контактных выводов этого кондера измерительными проводами мультиметра, при это необходимо строго соблюдать полярность.
Внимательно контролируем изменение показаний на шкале измерительного прибора.

Оцениваем результат измерения:

Обязательно нужно разряжать электролит перед его проверкой, чтобы не попасть под напряжение. Разрядить его легко, коснувшись одновременно двух контактов электролита любой отвёрткой с изолированной рукояткой.

Как проверить керамический конденсатор

Конденсаторы неполярные (керамические, бумажные и т. п.) проверяются мультиметром немного другим способом:

Прибор настраиваем на измерение сопротивления.
Выставляем самый максимальный предел измерения.
Прикасаемся измерительными проводами к контактам, не касаясь их.

Если в результате этих действий на экране прибора величина сопротивления будет больше 2 Мом. – конденсатор исправен. Если полученное показание сопротивления будет меньше 2 Мом. – элемент неисправен (конденсатор пробит или закорочен). Его необходимо заменить исправным.

Помните, что при измерении на максимальных режимах сопротивления, нужно обязательно исключить касание проводящих частей . Связано это с тем, что сопротивление человеческого тела намного меньше сопротивления конденсатора. Это сопротивление и оказывает большое влияние на точность измерения. Тестер не показывает правильные параметры.

Как измерить ёмкость конденсатора мультиметром?

Проверка путём измерения сопротивления зачастую не даёт возможности гарантированно говорить о том, что кондер работоспособен. Именно измерение ёмкости может дать ответ о полной пригодности этого элемента в радиотехнической схеме. Для проведения таких измерений понадобится более точный прибор для проверки конденсаторов, имеющий специальную функцию для измерения ёмкости.

Принцип измерения ёмкости:

Аккуратно зачищаем и выравниваем ножки.
На измерительном приборе устанавливаем значение ёмкости, близкое к оригиналу.
Вставляем конденсатор в специальные контакты на приборе. Ожидаем зарядки элемента несколько секунд. Когда показания на шкале перестанут изменяться – фиксируем их.

Измерение ёмкости прибором, имеющим специальную функцию, одинаково для накопителей энергии любого типа (полярный, неполярный). Из этой статьи мы узнали, что знание основных навыков для проверки конденсаторов мультиметром дело нужное и не очень сложное. Их легко измерять и прозванивать самостоятельно. О более точных принципах измерения можно узнать из видео в интернете.

Конденсатора на плате без предварительного демонтажа возникают проблемы. Конденсатор всегда включен в цепь и может соседствовать на плате с другими элементами схемы. Особенно влияют на измерения емкости обмотки трансформаторов, индуктивности, предохранители - у них маленькое сопротивление постоянному току.

Поэтому необходимо убедиться, что в цепях измеряемого конденсатора нет влияния таких элементов. Если в цепях с конденсатором включены транзистор или диод, тогда при измерении можно увидеть отклонение стрелки до определенного положения и падение до определенного значения, равному сопротивлению переходов полупроводника. И если нет короткого замыкания, то конденсатор может быть исправным.

При прикосновении щупами мультиметра на конденсатор подается постоянный ток от тестера. Конденсатор будет заряжаться, а сопротивление плавно увеличиваться.

На электронном тестере значение будет расти от отрицательных или положительных чисел до единицы, указывающей на сопротивление, превышающее предел измерений, выбранный ручкой переключения. После перестановки щупов тестера местами конденсатор должен перезарядиться, прибор должен действовать также.

По отклонению стрелки стрелочного мультиметра при подключении конденсатора и возврате ее в исходное положение можно заметить по шкале максимальное отклонение.

Если поменять местами щупы тестера, стрелка прибора должна снова отклониться на максимум и плавно упасть на исходное положение. После необходимо взять похожий и заведомо исправный конденсатор, и если стрелка тестера на контрольном элементе отклонится больше, то проверяемый конденсатор нерабочий.

Если при измерении и соответствии плюсов и минусов на тестере и выводах конденсаторов прибор покажет сопротивление, то такой конденсатор неисправен.

Проверка конденсатора другими приборами

Существуют приборы, позволяющие проверять конденсаторы прямо на плате. Такие приборы работают на низких напряжениях для уменьшения опасности вывода из строя других элементов.

Можно самому изготовить приставку к тестеру по схемам, опубликованным в журналах и интернете. Но не всегда ими можно провести измерения точно из-за влияния других элементов схем. Например, несколько установленных параллельно конденсаторов в итоге покажут общую емкость.

Источники:

Как ПРАВИЛЬНО проверить конденсатор

Довольно часто возникает необходимость проверить полярность источника постоянного тока – аккумулятора, генератора или, например, выпрямителя - без нужного прибора под рукой.

Вам понадобится

- картофель;
- банка с водой;
- свеча.

Инструкция

В любительской практике можно поступить следующим образом. Два оголенных конца проводов, подключенных к выводам , опустите в банку с теплой водой, в которой растворена столовая поваренной соли. Затем сближайте их до того момента, пока на конце одного из проводов не начнут появляться пузырьки газа – водорода. Этот провод будет соответствовать отрицательному полюсу источника.

Клубень сырого разрежьте пополам, в одну из частей со стороны среза воткните оголенные (зачищенные) провода на расстоянии 15-20 мм друг от друга. Рядом с проводом, присоединенным к положительному полюсу батареи, поверхность картофеля окрасится в цвет (процесс окисления).

Третий способ. Зажгите обычную бытовую свечу. В пламя свечи погрузите два проводника, подключенных к более высокому источнику напряжения. Под его воздействием пламя свечи станет низким и широким, а на проводе с отрицательным зарядом появится тонкая полоска сажи. Кроме этого, можно изготовить простой индикатор для многократного определения полярности неизвестного источника. Для этого нужно взять обычную стеклянную трубку с пропущенными электродами внутри (например, от перегоревшей электролампы) и закрытую пробками. Внутрь трубочки залейте раствор, состоящий из одной части , 4 частей воды, лучше дистиллированной или кипяченой, пяти частей глицерина, смешайте с одной десятой части фенолфталеина и частью винного спирта. Имеет смысл пользоваться химическими пробирками.

Подобный индикатор может служить очень долго, при этом при помещении отрицательного заряда будет возникать красное окрашивание. Если источник тока переменный, то электроды будут давать розовое окрашивание. Чтобы перепроверить полярность, достаточно будет легонько встряхнуть индикатор.

Емкость конденсаторов является одной из основополагающих величин, которые учитываются при расчете электрических схем. Эта величина для плоского конденсатора рассчитывается по его геометрическим размерам и типу диэлектрика между пластинами. Емкость произвольного конденсатора можно измерить прибором или подключить в сеть переменного тока.

Вам понадобится

- линейка;
- штангенциркуль;
- таблица диэлектрических проницаемостей веществ;
- тестер;
- источник переменного тока.

Инструкция

Чтобы узнать плоского конденсатора, определите площадь одной его обкладки. Сделайте это геометрическими методами, найдя площадь круга, если она круглая или площадь квадрата, если она имеет такую форму. Штангенциркулем измерьте расстояние между обкладками конденсатора в метрах. Если между пластинами находится воздух, то диэлектрическую проницаемость среды считайте равной 1.

Если там находится другой диэлектрик, узнайте, что это за вещество и найдите диэлектрическую проницаемость по специальной таблице. Например, для резины эта величина равна 7. Узнайте емкость конденсатора C, для чего умножьте диэлектрическую постоянную ε на электрическую постоянную ε0=8,85 10^(-12) и площадь пластины S в м², а получившийся результат поделите на расстояние между пластинами d (C=ε∙ε0∙S/d). Результат будет получен в Фарадах.

Узнайте емкость произвольного конденсатора, измерив его емкостное сопротивление в цепи переменного тока. Это нужно делать в том случае, если на его корпусе не указывается электроемкость. Для этого подключите конденсатор к источнику переменного тока с известной частотой. Например, частота тока в бытовой сети составляет 50 Гц. Переключив тестер на измерение тока, установите его в цепь последовательно с конденсатором. Найдите значение силы тока в амперах.

Переключите тестер на измерение напряжения и найдите его значение на обкладках конденсатора. Результат измерения должен получиться в вольтах. Проследите, чтобы активное сопротивление цепи было ничтожно мало (кроме конденсатора не должно быть никаких потребителей), иначе данные исказятся.

Чтобы узнать емкость конденсатора С, силу тока в цепи I, поделите последовательно на число 2, число π≈3,14, частоту тока в сети f, и напряжение на обкладках конденсатора U (C=I/(2∙π∙f∙U)).

Если тестер имеет функцию измерения емкости, воспользуйтесь нею. Переключите прибор в режим измерения электроемкости и присоедините к обкладкам конденсатора.

Видео по теме

Существуют два основных вида неисправностей конденсаторов: обрыв и пробой. Помимо этого, пробой может быть частичным (тогда он называется утечкой) либо возникать только при определенном напряжении). Также конденсатор может потерять емкость либо у него может возрасти эквивалентное последовательное сопротивление.

Пусковой и рабочий конденсаторы служат для запуска и работы элетродвигателей работающих в однофазной сети 220 В.

Поэтому их ещё называют фазосдвигающими.

Место установки - между линией питания и пусковой обмоткой электродвигателя.

Условное обозначение конденсаторов на схемах

Графическое обозначение на схеме показано на рисунке, буквенное обозначение-С и порядковый номер по схеме.

Основные параметры конденсаторов

Ёмкость конденсатора -характеризует энергию,которую способен накопить конденсатор,а также ток который он способен пропустить через себя. Измеряется в Фарадах с множительной приставкой (нано, микро и т.д.).

Самые используемые номиналы для рабочих и пусковых конденсаторов от 1 мкФ (μF) до 100 мкФ (μF).

Номинальное напряжение конденсатора- напряжение, при котором конденсатор способен надёжно и долговременно работать, сохраняя свои параметры.

Известные производители конденсаторов указывают на его корпусе напряжение и соответствующую ему гарантированную наработку в часах,например:

400 В - 10000 часов
450 В - 5000 часов
500 В - 1000 часов

Проверка пускового и рабочего конденсаторов

Проверить конденсатор можно с помощью измерителя ёмкости конденсаторов, такие приборы выпускаются как отдельно, так и в составе мультиметра- универсального прибора, который может измерять много параметров. Рассмотрим проверку мультиметром.

обесточиваем кондиционер
разряжаем конденсатор, закоротив еговыводы
снимаем одну из клемм (любую)
выставляем прибор на измерение ёмкости конденсаторов
прислоняем щупы к выводам конденсатора
считываем с экрана значение ёмкости

У всех приборов разное обозначение режима измерения конденсаторов, основные типы ниже на картинках.

В этом мультиметре режим выбирается переключателем, его необходимо поставить в режим Fcх.Щупы включить в гнёзда с обозначением Сх.

Переключение предела измерения ёмкости ручное. Максимальное значение 100 мкФ.

У этого измерительного прибора автоматический режим, необходимо только его выбрать, как показано на картинке.

Измерительный пинцет от Mastech также автоматически измеряет ёмкость, необходимо только выбрать режим кнопкой FUNC, нажимая её, пока не появится индикация F.

Для проверки ёмкости, считываем на корпусе конденсатора её значение и ставим заведомо больший предел измерения на приборе. (Если он не автоматический)

К примеру, номинал 2,5 мкФ (μF), на приборе ставим 20 мкФ (μF).

После подсоединения щупов к выводам конденсатора ждём показаний на экране, к примеру время измерения ёмкости 40 мкФ первым прибором - менее одной секунды, вторым - более одной минуты, так что следует ждать.

Если номинал не соответствует указанному на корпусе конденсатора, то его необходимо заменить и если нужно подобрать аналог.

Замена и подбор пускового/рабочего конденсатора

Если имеется оригинальный конденсатор, то понятно, что просто-напросто необходимо поставить его на место старого и всё. Полярность не имеет значения, то есть выводы конденсатора не имеют обозначений плюс "+" и минус "-" и их можно подключить как угодно.

Категорически нельзя применять электролитические конденсаторы (узнать их можно по меньшим размерам, при той же ёмкости, и обозначению плюс и минус на корпусе). Как следствие применения - термическое разрушение. Для этих целей производители специально выпускают неполярные конденсаторы для работы в цепи переменного тока, которые имеют удобное крепление и плоские клеммы, для быстрой установки.

Если нужного номинала нет, то его можно получить параллельным соединением конденсаторов . Общая ёмкость будет равна сумме двух конденсаторов:

С общ =С 1 +С 2 +...С п

То есть, если соединить два конденсатора по 35 мкФ, получим общую ёмкость 70 мкФ, напряжение при котором они смогут работать будет соответствовать их номинальному напряжению.

Такая замена абсолютно равноценна одному конденсатору большей ёмкости.

Типы конденсаторов

Для запуска мощных двигателей компрессоров применяют маслонаполненные неполярные конденсаторы.

Корпус внутри заполнен маслом для хорошей передачи тепла на поверхность корпуса. Корпус обычно металлический, аллюминиевый.

Самые доступные конденсаторы такого типа CBB65 .

Для запуска менее мощной нагрузки, например двигателей вентиляторов, используют сухие конденсаторы, корпус которых, обычно, пластмассовый.

Наиболее распространённые конденсаторы этого типа CBB60 , CBB61 .

Клеммы для удобства соединения сдвоенные или счетверённые.

1. Введение

2. Обзор методов решения аналогичных задач

3. Выбор обоснования и предварительный расчёт структурной схемы

4. Описание принципа работы структурной схемы

5. Описание схемы электрической и электрический расчёт

6. Расчёт на ЭВМ

7. Заключение

8. Список литературы

9. Перечень элементов к электрической схеме

1. Введение

Умножители частоты, или как их называют в более развернутом виде, системы формирования дискретного множества частот, в настоящее время получили очень широкое распространение в самых разнообразных видах радиоэлектронной аппаратуры.

Индукционные печи с токами высокой частоты, радиосвязные, радионавигационные и радиолокационные системы, схемы подавления помех, системы управления скоростью двигателя – вот далеко не полный перечень областей применения умножителей частоты.

Появление первых разработок умножителей частоты относится к 30-м и 40-м годам XX века.

В электротехнике и электронике умножителем частоты называется радиоэлектронное устройство, предназначенное для увеличения в целое число раз N частоты подводимых к нему периодических электрических колебаний в заданном диапазоне частот с требуемой стабильностью и качеством выходного сигнала.

Основной параметр – коэффициент умножения частоты N , определяемый как отношение частоты выходного сигнала к частоте входного:

(1.1)

Характерной особенностью умножителей частоты является постоянство N при изменении (в некоторой конечной области) частоты входного сигнала, а также параметров самого умножителя (например, резонансных частот колебательных контуров или резонаторов, входящих в состав умножителя частоты), т.е. в умножителе частоты относительная нестабильность частоты колебаний при умножении остается постоянной. Это важное свойство позволяет использовать умножители частоты для повышения частоты стабильных колебаний в различных радиопередающих, радиолокационных, измерительных и других установках; при этом N может достигать 10 и более.

Основная проблема при конструировании умножителей частоты – это уменьшение фазовой нестабильности входных колебаний (обусловленной случайным характером изменения их фазы), которая приводит к увеличению относительной нестабильности частоты на выходе по сравнению с соответствующей величиной на входе.

Наиболее распространены умножители частоты, состоящие из нелинейного устройства (например, транзистора, варикапа, катушки с ферритовым сердечником) и одного или нескольких электрических фильтров. Нелинейное устройство изменяет форму входных колебаний, вследствие чего в спектре колебаний на его выходе появляются составляющие с частотами, кратными входной частоте. Эти сложные колебания поступают на вход фильтра, который выделяет составляющую с заданной частотой

, подавляя (не пропуская) остальные. Такие устройства применяются для умножения частоты гармонических колебаний.

Находят применение также умножители частоты, действие которых основано на синхронизации колебаний автогенератора. В таких приборах возбуждаются колебания с частотой

, которая становится в точности равной под действием поступающих на вход колебаний с частотой . Недостатком этих умножителей частоты является сравнительно узкая полоса значений , при которых возможна синхронизация.

Также, в отличие от обычных умножителей частоты умножители на фазовращателях могут обеспечить спектрально чистый, не требующий фильтрации выходной сигнал. Используя для расщепления фазы широкополосные фазово-разностные цепи, можно реализовать частотно-независимые умножители, работающие в диапазоне, который перекрывает множество октав.

В настоящее время выявились следующие основные методы построения умножителей частоты:

– косвенный на базе систем импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ);

– прямой с использованием фильтрующих элементов на поверхностно-акустических волнах;

– цифровой на основе вычислительных процедур.

Необходимо отметить, что умножители частоты с ИФАПЧ относятся к числу чрезвычайно динамичных, развивающихся систем формирования дискретного множества частот. Решающую роль при этом играют такие важнейшие преимущества умножителей частоты и ИФАПЧ, как возможность реализации высококачественных спектральных и приемлемых динамических характеристик при хороших габаритных, энергетических и других показателях.

2. Обзор методов решения аналогичных задач

Рассмотрим некоторые схемы и методы построения умножителей частоты. Процесс умножения частоты на нелинейном элементе сводится к следующему: входной сигнал воздействует на нелинейный элемент или на нелинейный резонатор, в результате чего синусоидальное колебание превращается в периодическое несинусоидальное, которому соответствует бесконечный ряд синусоидальных составляющих. Затем резонатор выделяет ту составляющую, на которую он настроен, в результате чего на выходе выделенная гармоника преобладает над всеми остальными.

Величины побочных гармоник определяется добротностью резонатора, и для того, чтобы их уменьшить, необходимо увеличивать добротность резонаторов. Однако величина добротности резонаторов особенно на длинных и коротких волнах ограничена, и в этом случае для ослабления побочных гармоник применяют специальные фильтры или различные буферные каскады.

Основным показателем умножителя частоты на пассивном нелинейном элементе является коэффициент полезного действия η, под которым понимается отношение мощности N-ой гармоники в нагрузке

к мощности, потребляемой от возбудителя:

Столь малые значения к.п.д. обусловлены тем, что из-за выпрямительных свойств нелинейного активного сопротивления большая часть мощности возбудителя преобразуется в мощность постоянного тока и выделяется в цепи смещения.

Если для цепей умножения частоты применять нелинейное реактивное сопротивление, то из-за отсутствия в таком нелинейном элементе потерь мощности при идеальной фильтрации во входной и выходной цепях к.п.д. умножителя будет равен.

В качестве нелинейного реактивного сопротивления в умножителях частоты обычно используют нелинейную ёмкость p -n перехода.

Рисунок 2.1 . Структурная схема умножителя частоты на нелинейном элементе. 1 – фильтр, настроенный на гармонику, близкую к первой; n – фильтр, настроенный на n-ую гармонику.

Принцип работы умножителей на фазовращателях показан на рис.2.2. Частота синусоидального сигнала умножается на N путем разделения входного напряжения на N различных фаз, равноудаленных друг от друга в диапазоне 360°. N сигналов с различными фазами управляют N транзисторами, работающими в режиме класса С, выходные сигналы которых объединяются для формирования импульса через каждые 360°/N градусов. Благодаря использованию N транзисторов мощность входного сигнала может быть в N раз выше мощности, необходимой для насыщения транзистора.

Рисунок 2.2 . Структурная схема умножителя частоты на фазовращателях.

Схема простого умножителя частоты с переменным коэффициентом умножения и жесткой синхронизацией выходных сигналов по отношению к входным приведена на рис. 2.3. Он состоит из генератора импульсов на трех инверторах DD1.1-DD1.3 и синхронизирующего каскада на транзисторе VT1.

Когда входные синхроимпульсы отсутствуют, мультивибратор на DD1.1-DD1.3 работает в обычном режиме. Если в генераторе использована микросхема с двумя защитными диодами на входе, длительность перезарядки конденсатора C1 для любой полярности одинакова и период импульсов составит 1,4 R3 C1, а частота f - 0,7/(R3 C1).

При поступлении на вход VT1 положительных импульсов частоты F вх (рис. 2.3) транзистор в моменты t 1 ,t 3 открывается, что приводит к срыву процесса периодической перезарядки. После закрывания его с момента t 2 , t 4 процесс генерации возобновляется.Генератор формирует импульсы, синхронные по отношению к входным с частотой

F вых = kF вх, (2.3)

Рисунок 2.3 . Принципиальная схема умножителя частоты с жёсткой синхронизацией.

где k - переменный коэффициент умножения,определяемый элементами R3, C1, а F вх - частота входных импульсов.

В качестве элементов DD1 можно использовать любые инверторы микросхем серий К176, К561, КР1561. Кроме того, элементы DD1.1, DD1.2 могут быть без инверсии (буферы) или с гистерезисом (триггеры Шмитта).Транзистор серии КТ315 допустимо заменить другим аналогичным.

Это устройство при подаче на вход импульсов строчной частоты телевизионной развертки позволяет выделять строго определенные участки строки растра для формирования или считывания информации.

Так же умножитель частоты можно спроектировать на резонансном усилительном каскаде. Резонансным называется усилитель, нагрузкой которого служит резонансный контур, настроенный на частоту усиливаемого сигнала. Для настройки в контуре используется переменное реактивное сопротивление. Резонансные усилители являются избирательными высокочастотными усилителями. В радиотехнике они предназначаются для выделения из действующих на входе сигналов с разными частотами лишь группы сигналов с близкими частотами, которые несут нужную информацию. К резонансным усилителям предъявляются требования возможно большего усиления, высокой избирательности и стабильности, малого уровня шумов, удобства управления и др.