Входное устройство частотомера
Цифровые частотомеры широко применяются в практике радиолюбителями при налаживании различных радиоэлектронных устройств, градуировке измерительных приборов и приемопередающей аппаратуры. Ко входному устройству частотомера предъявляют следующие требования: высокие быстродействие, чувствительность и входное сопротивление, возможность задания порога, а также преобразования входных сигналов любой формы в последовательность прямоугольных импульсов, удобных для последующего счета.
Частотный диапазон, Гц. (0,2 — 2)-10 7
для синусоидального сигнала, мВ. 15
Входное сопротивление, МОм. 1
Амплитуда выходного сигнала, В. ±4,5
Рис. 15. Принципиальная схема входного устройства частотомера
Принципиальная схема устройства приведена на рис. 15. Вход устройства для постоянной составляющей закрыт конденсатором С1. Для защиты входа от перегрузок большими входными сигналами использован двухсторонний диодный ограничитель, составленный из диодов VI и V2, параллельно включенных в прямом и обратном направлениях. Это позволяет подавать на вход сигналь; с амплитудой от десятков милливольт до 350 — 500 В без какого-либо делителя на входе. Применение в первом каскаде входного устройства полевого транзистора V5 обеспечивает высокое входное сопротивление.
Высокая чувствительность в широком частотном диапазоне достигается благодаря использованию быстродействующего усилителя-формирователя, выполненного на микросхеме А1 К138ЛП1.
Усилитель собран на микросхеме Al (Al.l — A1.3). Перекрестное соединение входов А 1.1 и А 1.2 позволяет получить на выходах парафазные сигналы которые поступают на усилитель, собранный на А 1.3. Выполнение первых каскадов по дифференциальной схеме устраняет влияние медленных входных сигналов на работу формирователя. Формирование логических перепадов с крутыми фронтами производится триггеров Шмитта, собранным на А1. На входы 9 и 11 усилителя-формирователя А1 подано опорное напряжение — 1,2 В, на входы Ю и 12 поступает входной сигнал, причем уровень постоянной составляющей на этих входах можно изменять от 0 до — 2 В с помощью резистора R20 («Порог»), ручка которого вынесена на лицевую панель.
Рис. 16. Печатная плата входного устройства частотомера
Диоды V9 и V10 служат для согласования уровней при переходе сигнала от усилителя А1.4 к базе транзистора VII. Коллектор транзистора VII непосредственно подключается ко входу микросхемы D1 — высокочастотного делителя на 2 с максимальной скоростью счета до 20 МГц. Деление на 5 производится микросхемой D2. Эти две микросхемы используются при работе только в поддиапазоне от 2 до 20 МГц. Для частот менее 2 МГц сигнал с коллектора транзистора VII поступает через переключатель S4.1 на базу транзистора V12, с коллектора которого разнополярный сигнал поступает на выход.
Детали. Резисторы типа МЛТ, подстроенные — СПЗ-16, регулирования — СП. Конденсаторы МБМ, КТ, КМ-6, электролитические — К50-6. Возможны замены: высокочастотных транзисторов КТ316А на КТ325 или КТ355; КТ363А на КТ349 или КТ326; полевого транзистора КП307Ж на КПЗОЗЕ.
Чертеж печатной платы входного устройства и расположение на ней деталей даны на рис. 16.
При налаживании узла резистор R3 подбирают так, чтобы при регулировке резистора R20 уровень постоянной составляющей на входах 10 и 12 микросхемы А1 изменялся примерно от 0 до — 2 В.
Установку режимов работы транзисторов VII и V12 производят подстрой-кой резисторов R11 и R17 при максимальной частоте в поддиапазонах «Гц», «кГц», а затем «МГц».
Источник
ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР СВОИМИ РУКАМИ
Предлагаемый для самостоятельной сборки частотомер сравнительно низкочастотный, тем не менее позволяет измерять частоты до нескольких мегагерц. Разрядность измерителя частот зависит от количества установленных цифровых индикаторов. Чувствительность входа – не хуже 0,1V, максимальное входное напряжение, которое он может выдерживать без повреждения – порядка 100V. Время индикации и время измерения чередуются, длительность одного цикла — 1 сек. измерение и 1 сек. – индикация. Собран он по классической схеме, с генератором частоты 1 Гц на специализированных микросхемах-счётчиках, применяемых в частности в схемах цифровых часов:
На К176ИЕ5 собран «секундный» генератор по типовой схеме, с кварцевым «часовым» резонатором 16,384 Гц. Конденсатор С2 — подстроечный, позволяет в некоторых пределах подстраивать частоту с необходимой точностью. Резистор R1 подбирается при настройке по наиболее устойчивому запуску и генерации схемы. Цепь С3 VD1 R2 формирует короткий импульс «сброса» всей схемы в начале каждого секундного периода счёта.
Транзистор VT2 работает как ключ: когда на его коллектор поступает постоянное напряжение питания от схемы «счёта» (уровень логической «1») – он пропускает импульсы от входного формирователя, которые затем поступают на десятичные счетчики и цифровые светодиодные индикаторы. Когда же на его коллекторе появляется уровень логического «0» – коэффициент усиления транзистора резко снижается и счёт входных импульсов прекращается. Эти циклы повторяются каждую 1 сек.
Вместо К176ИЕ5 можно применить также аналогичную по функциям микросхему К176ИЕ12:
В обоих случаях используется часовой кварц на частоту 16 348 Гц (такие часто применяются, например, в «китайских» электронных часах разных размеров и видов). Но можно поставить и отечественный кварц на 32768 Гц, тогда необходимо понизить частоту в два раза. Для этого можно использовать типовую схему «делителя на 2» на триггере К561ТМ2 (имеет два триггера в корпусе). Например, как показано на рисунке выше (обведено пунктиром). Таким образом на выходе получим необходимую нам частоту (секундные импульсы).
К коллектору транзистора-ключа (КТ315 на первой схеме) подключается узел счёта и индикации на микросхемах — десятичных счётчиках-дешифраторах и цифровых светодиодных индикаторах:
Вместо индикаторов АЛС333Б1 можно без каких-то изменений в схеме использовать АЛС321Б1 или АЛС324Б1. Или любые другие подходящие индикаторы, но с соблюдением их цоколёвки. Цоколёвку можно определить по справочной литературе или же просто «прозвонить» индикатор «батарейкой» на 9V с последовательно включенным резистором 1 кОм (по засвечиванию). Количество микросхем-дешифраторов и индикаторов может быть любым, в зависимости от общей необходимой разрядности счётчика (количества цифр в показаниях).
В данном случае были использованы три имеющихся в наличии малогабаритных знакосинтезирующих индикатора типа К490ИП1 – индикаторы управляемые цифровые, красного цвета свечения, предназначенные для применения в радиоэлектронной аппаратуре. Схема управления выполнена по КМОП технологии. Индикаторы имеют 7 сегментов и децимальную точку, позволяют воспроизвести любую цифру от 0 до 9 и децимальную точку. Высота знака 2,5 мм):
Данные индикаторы удобны тем, что имеют в своём составе не только сам индикатор, но и счётчик-дешифратор, что позволяет значительно упростить схему и сделать её очень малогабаритной. Ниже приведена схема счёта-индикации на таких микросхемах:
Как видно из схемы, эти МС требуют два отдельных питания – для самих светодиодных индикаторов и для схемы счётчиков-дешифраторов. Однако напряжения питания обоих «частей» МС одинаковы, поэтому и запитать их можно от одного источника. Но от напряжения питания «индикатора» (выводы 1) зависит яркость свечения «цифр», а величина напряжения питания схемы дешифраторов (выводы 5) оказывает некоторое влияние на чувствительность и стабильность работы этих МС в целом. Поэтому при настройке эти напряжения следует подбирать экспериментально (при питании от 9 вольт можно использовать дополнительные «гасящие» резисторы, чтобы несколько понизить напряжение). При этом следует обязательно зашунтировать все выводы питания микросхем конденсаторами ёмкостью 0,1-0,3 мкФ.
Для гашения «точек» на индикаторах следует отключить напряжение +5…9 V от выводов 9 индикаторов. Светодиод HL1 – это индикатор «переполнения» счётчика. Он загорается при достижении счёта цифры 1000 и в данном случае (при наличии трёх МС-индикаторов как на этой схеме) соответственно показывает количество единиц килогерц – в данном варианте счётчик в целом может посчитать и «показать» частоту 999 Гц. Для увеличения разрядности счётчика следует, соответственно увеличить количество микросхем дешифраторов-индикаторов. В данном случае подобных микросхем было в наличии только три, поэтому пришлось добавить дополнительный узел деления частоты на 3-х микросхемах К176ИЕ4 (или аналогичных микросхемах счётчиков-делителей на 10) и соответствующий переключатель. В целом схема получилась такая:
Переключатель также управляет включением/гашением «точек» на индикаторах для лучшего визуального восприятия отображаемого значения измеряемой частоты. Он ползунковый, сдвоенный, на четыре положение (такие применяются, например, в импортных магнитолах). Таким образом при разных положениях переключателя измерение и отображение частоты имеет следующие значения и вид:
«999 Гц» – «9.99 кГц» – «99.9 кГц» – «999. кГц». При превышении значения частоты 1 МГц загорится светодиод HL2, 2 МГц — загорится дважды и т. д.
Схема входной цепи
Большое значение при измерениях частоты имеет качество входного каскада — формирователя сигнала. Он должен иметь высокое входное сопротивление чтобы не оказывать влияния на измеряемую цепь и преобразовывать сигналы любой формы в последовательность прямоугольных импульсов. В данной конструкции применена схема согласующего каскада с полевым транзистором на входе:
Эта схема частотомера, конечно, не лучшая из возможных, но всё-таки обеспечивает более-менее приемлемые характеристики. Она была выбрана в основном исходя из общих габаритов конструкции, которая получилась очень компактная. Вся схема собрана в пластиковом корпусе-футляре от зубной щётки:
Микросхемы и прочие элементы запаяны на узкой полоске макетной платы и все соединения сделаны с помощью проводов типа МГТФ. При настройке входного каскада-формирователя сигнала следует подбором сопротивлений R3 и R4 добиться установления напряжения 0,1…0,2 вольт на истоке полевого транзистора. Транзисторы здесь можно заменить на аналогичные, достаточно высокочастотные.
Дополнения
Для питания частотомера можно использовать любой сетевой адаптер с выходным стабилизированным напряжением 9 вольт и током нагрузки не менее 300 мА. Либо установить в корпус частотомера стабилизатор на микросхеме типа КРЕН на 9 вольт и питать от адаптера с выходным напряжением 12 вольт, либо брать питание непосредственно от измеряемой схемы, если там напряжение питания не менее 9 вольт. Каждую микросхему необходимо зашунтировать по питанию конденсатором порядка 0,1 мкФ (можно подпаять конденсаторы прямо на ножки «+» и «-» питания). В качестве входного щупа можно использовать стальную иглу, припаянную к входной «площадке» платы, а «общий» провод снабдить зажимом типа «крокодил».
Данная конструкция была «создана» в 1992 году и успешно работает до сих пор. Андрей Барышев.
Источник