Приведены схемы приборов, позволяющих измерять частоту и фазовый сдвиг периодических сигналов прямоугольной, треугольной или синусоидальной формы в пределах от 0 до 180°, а также определять коэффициент заполнения импульсов цифровых сигналов от 0 до 100%.
Промышленные многофункциональные приборы для измерения характеристик периодических электрических сигналов, хотя и обладают высокой точностью измерения и иными достоинствами, имеют крайне высокие массогабаритные и стоимостные показатели. Рассмотренные ниже устройства, совершенствуя предшествующую разработку [1], отличаются исключительной простотой и позволяют с приемлемой точностью измерять аналогичные параметры.
На Рисунке 1 приведена исходная схема измерителя фазового сдвига двух периодических сигналов с возможностью измерения коэффициента заполнения импульсов (КЗИ) цифровых сигналов.
 | |
| Рисунок 1. | Измеритель фазового сдвига периодических сигналов и коэффициента заполнения импульсов цифровых сигналов. |
В режиме измерения фазового сдвига на входы устройства подаются периодические сигналы прямоугольной, треугольной или синусоидальной формы одинаковой частоты. Диоды VD1–VD4 защищают входы компараторов DA1.1 и DA1.2 микросхемы LM339 от перегрузки. Резистивный делитель R3, R4 задает начальное смещение 100 мВ на инвертирующих входах компараторов. С выходов компараторов сигналы поступают на вход логического элемента DD1.1 микросхемы CD4070 «Исключающее ИЛИ». С выхода логического элемента DD1.1 импульсы поступают через резистор R7 на конденсатор C2, а также на измерительный прибор PA1.
Если сравниваемые сигналы не отличаются по фазе, на входах логического элемента DD1.1 «Исключающее ИЛИ» одновременно присутствуют логические сигналы одинакового уровня, поэтому на выходе логического элемента выходной сигнал имеет уровень логического нуля. Соответственно измерительный прибор PA1 показывает нулевое значение. Если один из сравниваемых сигналов смещать по фазе относительно другого, сигналы на входах логического элемента «Исключающее ИЛИ» будут пропорционально смещены по фазе, а продолжительность выходного сигнала уровня логической единицы будет пропорциональна фазовому сдвигу. Таким образом, измерительный прибор PA1 будет показывать уровень напряжения на конденсаторе C2 прямо пропорционально сдвигу фаз.
При напряжении питания устройства 10 В фазовому сдвигу входных сигналов на 180° будут соответствовать показания прибора PA1, равные 10 В. В качестве PA1 можно использовать как аналоговый, так и цифровой измерительный прибор.
Для измерения КЗИ переключателем SA1 замыкают один из входов логического элемента DD1.1 (вывод 2) на общий провод. Таким образом этот логический элемент преобразуется в обычной повторитель импульсов. Выходное напряжение на конденсаторе C2, измеряемое вольтметром PA1 в пределах от 0 до 10 В, будет прямо пропорционально ширине входных сигналов, поступающих на вход UВХ1, или характеризовать КЗИ в пределах от 0 до 100%.
Светодиоды HL1 и HL2, коммутируемые переключателем SA1.2, индицируют выбранный режим измерения. Предельная рабочая частота прибора до 1 МГц определяется свойствами активных элементов. Конденсатор C2 сглаживает пульсации выходного напряжения, однако предопределяет инерционность измерений, особенно при большой величине его емкости, поэтому для различных частотных поддиапазонов измерения желательно предусмотреть возможность переключения нескольких конденсаторов разной емкости.
Входные измеряемые сигналы могут иметь амплитуду от 10 мВ до 10 В.
На Рисунке 2 показана более совершенная схема измерительного прибора. Отличие заключается в том, что для обеспечения удобной шкалы измерений фазового сдвига от 0 до 180° устройство питается стабилизированным напряжением 18 В, а при измерении КЗИ в пределах от 0 до 100% напряжением 10 В. Кроме того предусмотрены раздельные измерения КЗИ как по входу UВХ1, так и по входу UВХ2. Также в качестве компараторов DA1.1 и DA1.2 использована более современная микросхема М51924. Светодиоды HL1 и HL3 подключены непосредственно к выходам компараторов DA1.1 и DA1.2, хотя, при желании, их аноды через резистор сопротивлением 2 кОм можно напрямую подключить к шине питания.
 | |
| Рисунок 2. | Измеритель фазового сдвига периодических сигналов и коэффициента заполнения импульсов цифровых сигналов. |
Для обеспечения стабилизированного питания устройства использованы интегральные микросхемы стабилизации напряжения DA2 L78L18C и DA3 L78L10C.
Рассмотренные выше приборы несложно дополнить измерителем частоты входных сигналов, Рисунок 3.
 | |
| Рисунок 3. | Дополнительный узел контроля частот входных сигналов (аналоговый частотомер). |
Не использованный ранее элемент DD1.2 микросхемы CD4070 подключается входами параллельно входам логического элемента DD1.1. Сам измеритель выполнен по классической схеме аналогового измерителя частоты, в связи с чем конкретные данные элементов не приводятся. Измерение частоты каждого из входных сигналов UВХ1 и UВХ2 производится в положении переключателя SA1.1 «Измерение КЗИ».