Як покращити технічні характеристики частотоміра за схемою А. Денисова. Схеми. Плати. Вхідний дільник частоти Технічні дані та область застосування
Цифрові мікросхеми та їх застосування
Представлений дільник є приставкою до цифрового вимірювача частоти. Завдяки його використанню можливий вимір частоти до 1,2 ГГц вимірювачем частоти з максимальним діапазоном вимірів 10 МГц. У вхідному каскаді дільника працює монолітний цифровий дільник ECL, який вхідну частоту ділить у співвідношенні 1:64.
Вхід мікросхеми захищений від пошкодження сигналами із занадто великою амплітудою діодами Шотки. Пристрій добре працює при частотах від 30 МГц до 12 ГГц. Чутливість дільника дорівнює ~20 мВ при вхідному опорі 50 Ом.
Схема приставки-ділителя частоти
Вхідна частота, поділена на 64, надходить на наступні дільники із співвідношенням 5/4. Транзистор Т1 доводить рівень ECL до стандарту TTL. Роль дільників 5/4 виконує мікросхема 74LS390, що має у своїй структурі 2 бінарних десяткових лічильника.
Кожен з них має дільник на 2 і на 5. Поділ 5/4 полягає в тому, що з кожних п'яти вхідних імпульсів пропускаються лише 4. Якщо на вхід дільника надходить 1600 імпульсів, то після розподілу на 64 їх буде 25. Після проходження через перший дільник їх буде 20, а після проходження через другий – 16. Таким чином реалізується поділ на 100.
Слід пам'ятати про множення показань вимірювача частоти, що працює із дільником на 100.
Пристрій можна вбудувати в наявний вимірювач частоти або використовувати як щуп. Висновки елементів, використаних для дільника, мають бути якомога коротшими. Інтегральні мікросхеми слід впаяти безпосередньо у плату. Після монтажу слід заекранувати всю приставку.
Дільник вимагає напруги живлення 5 В. Прототипна схема споживала 70 мА.
Список елементів
Увага! Після монтажу схеми слід поєднати між собою висновки інтегральної мікросхеми US3 (74LS132).
Першою конструкцією на цифрових ІС, яку виготовляли радіоаматори в 80-90 роках, як правило, був електронний годинник або частотомір.
Такий частотомір і сьогодні можна застосовувати при градуванні приладів, або використовувати як відліковий пристрій в генераторах і аматорських передавачах, при налагодженні різних радіоелектронних пристроїв. Прилад може зацікавити тих, у кого легко лежать мікросхеми серії К155, або початківців знайомитися з пристроями автоматики та обчислювальної техніки.
Описуваний пристрій дозволяє вимірювати частоту електричних коливань, період і тривалість імпульсів, а також може працювати як лічильник імпульсів. Робоча частота від одиниць Герц до кількох десятків МГц за вхідної напруги до 50 мВ. Гранична частота роботи лічильників на інтегральних мікросхемах К155ІЕ2 – близько 15 МГц. Однак слід мати на увазі, що фактична швидкодія тригерів і лічильників перевищує зазначене значення 1,5... 2 рази, тому окремі екземпляри мікросхем TTL допускають роботу на більш високих частотах.
Мінімальна ціна молодшого розряду становить 0,1 Гц при вимірі частоти та 0,1 мкс при вимірі періоду та тривалості.
Принцип дії частотоміра заснований на вимірі числа імпульсів, що надходять на вхід лічильника протягом певного часу.
Принципова схема показано на рис.1
Досліджуваний сигнал через роз'єм X1 і конденсатор С1 надходить на вхід формувача прямокутних імпульсів.
Широкосмуговий підсилювач-обмежувач зібраний на транзисторах V1, V2 та V3. Польовий транзистор V1 забезпечує приладу високий вхідний опір. Діоди V1 і V2 оберігають транзистор V1 від пошкодження при випадковому попаданні на вхід високої напруги приладу. Ланцюжком C2-R2 здійснюють частотну корекцію входу підсилювача.
Транзистор V4, включений як емітерний повторювач, погодить вихід підсилювача-обмежувача з входом логічного елемента D6,1 мікросхеми D6, що забезпечує подальше формування прямокутних імпульсів, які через електронний ключ надходять на пристрій управління на мікросхемі D9, сюди ж надходять і імпульси зразкової частоти, ключ на певний час. На виході цього ключа з'являється пачка імпульсів. Число імпульсів у пачці підраховує двійково-десятковий лічильник, його стан після закривання ключа відображає блок цифрової індикації.
У режимі рахунку імпульсів керуючий пристрій блокує джерело зразкової частоти, двійково-десятковий лічильник веде безперервний рахунок імпульсів, що надходять на його вхід, а блок цифрової індикації відображає результати рахунку. Показ лічильника скидається натисканням кнопки «Скидання».
Тактовий генератор, що задає, зібраний на мікросхемі D1 (ЛА3) і кварцовому резонаторі Z1 на частоту 1024 кГц. Дільник частоти зібраний на мікросхемах К155ІЕ8; К155ІЕ5 та чотирьох К155ІЕ1. У режимі вимірювання точність установки МГц, кГц і Гц задається кнопковими перемикачами SA4 і SA5.
Блок живлення частотоміра (рис.3) складається з трансформатора Т1, з обмотки II якого після випрямляча VDS1, стабілізатора напруги на мікросхемі DА1 та фільтра на конденсаторах С4 - С11, напруга +5V подається для живлення мікросхем.
Напруга 170V з обмотки III трансформатора Тр1 через діод VD5 використовується живлення газорозрядних цифрових індикаторів Н1..H6.
У формувачі імпульсів польовий транзистор КП303Д (V3) можна замінити на КП303 або КП307 з будь-яким буквеним індексом, транзистор КТ347 (V5) -на КТ326, а КТ368 (V6, V7) - КТ306.
Дросель L1 типу Д-0,1 або саморобний - 45 витків дроту ПЕВ-2 0,17, намотаних на каркасі діаметром 8 мм. Усі перемикачі типу П2К.
Налагодження приладу зводиться до перевірки правильності монтажу та вимірювання напруги живлення. Правильно зібраний частотомір впевнено виконує свої функції, «примхливим» вузлом є лише вхідний формувач, налаштування якого треба приділити максимум старання. Замінивши R3 і R4 змінними резисторами 2,2 кОм та 100 Ом, треба на резисторі R5 встановити напругу приблизно 0,1...0,2V. Подавши від генератора сигналів на вхід формувача синусоїдальну напругу амплітудою близько 0,5V, і замінивши резистор R6 змінним резистором з номіналом 2,2 кОм, треба підлаштувати його так, щоб на виході елемента D6.1 з'явилися прямокутні імпульси. Поступово знижуючи вхідний рівень і підвищуючи частоту, треба підбором елементів R6 і СЗ домогтися сталої роботи формувача у всьому робочому діапазоні. Можливо, при цьому доведеться підібрати опір резистора R9. У процесі налагодження всі змінні резистори повинні мати висновки завдовжки трохи більше 1...2 див.
Коли налагодження буде завершено, слід їх випоювати по одному та замінювати постійними резисторами відповідного номіналу, щоразу перевіряючи роботу формувача. 
У конструкції замість індикаторів ІН-17 можна застосувати газорозрядні індикатори ІН-8-2, ІН-12 тощо.
У формувачі імпульсів транзистори КТ368 можна замінити КТ316 або ГТ311, замість КТ347 можна використовувати КТ363, ГТ313 або ГТ328. Діоди V1, V2 та V4 можна замінити на КД521, КД522.
Схема та плата у форматі sPlan7 та Sprint Layout - schema.zip *
* Ця схема була зібрана мною в далекому 1988 в одному корпусі зі звуковим генератором і використовувалася як цифрова шкала.
Як самостійний прилад оформлений нещодавно, тому можливо, десь у схему та малюнок друкованої плати могла зафарбуватися помилка.
Список літератури:
На допомогу радіоаматору №084, 1983 р.
Цифрові пристрої на інтегральних мікросхемах - © Видавництво «Радіо і зв'язок», 1984.
Журнал «Радіо»: 1977 № 5, № 9, № 10; 1978 № 5; 1980 № 1; 1981 № 10; 1982 № 1 № 11; №12.
Радіоаматорські цифрові пристрої. - М: Радіо і зв'язок, 1982.
При використанні програмного частотоміра та осцилографа вимірювання частот сигналів обмежено, як правило, межами частотного діапазону звукової карти комп'ютера. Щоб мати змогу виміряти частоти вище 20 кГц, а також подивитися їх форму та спектр на осцилографі, можна застосувати найпростіший дільник частоти. Найпростіше його можна реалізувати за допомогою цифрових мікросхем – десяткових лічильників. Кожен такий лічильник видає на відповідному виході сигнал, менший за вхідний по частоті в 10 разів. На рис.1 представлена схема такого дільника частоти. При використанні двох мікросхем-лічильників вхідний сигнал можна розділити на 10 два рази, тобто отримати на виході сигнал, частота якого буде меншою за вхідний в 10 і 100 разів. Комутація кратності поділу частоти здійснюється за допомогою простого перемикача S1 на два положення.
Як лічильники можна застосувати будь-які МС (десяткові лічильники), бажано КМОП-технології, так як такі мікросхеми некритичні до напруги живлення і добре працюють з різними рівнями сигналів, як цифрових, так і аналогових. У наведеній схемі застосовані мікросхеми К164ІЕ2, можна використовувати й інші, функціонально аналогічні, наприклад К561ІЕ4, До 176ІЕ4……… Вхідні та керуючі висновки мікросхем, що не використовуються, слід з'єднати із загальним проводом, як показано на схемі (висновки 1,4,5,6,7 ,9), щоб виключити можливість появи ними наведеного напруги перешкод.
Конструкція дільника показана на фото нижче (прошу вибачити за низьку роздільну здатність картинки, на даний момент немає кращого фото!). Схема зібрана на друкованій платі, на якій протруєно лише контактні майданчики під ніжки мікросхем. Всі з'єднання зроблені одножильним проводом в ізоляції, оскільки схема проста та з'єднань мінімум.
Щуп дільника виготовлений з відрізка дроту в екрані. Як наконечник щупа можна використовувати, наприклад, тонкий цвях довжиною 4 – 5 см. Провід паяється до цвяха будь-яким звичайним припоєм на таблетці аспірину (простого «радянського»). Аспірин добре замінює паяльну кислоту при паянні заліза. Потім провід з наконечником-цвяхом можна вставити, наприклад, у корпус порожньої кулькової ручки.
Екран вхідного дроту потрібно з'єднати із загальним провідником дільника (мінус живлення). Живлення на дільник можна подавати із пристрою, частоту якого ми вимірюємо. Для цього кінці проводів живлення можна забезпечити невеликими затискачами типу «крокодил». Вихідний шнур із роз'ємом для входу звукової карти комп'ютера також екранований. Схема розпаювання роз'єму показано малюнку.
Якщо брати живлення з вимірюваної схеми, то з'єднання із загальним проводом забезпечиться через мінусовий провід живлення. Якщо ж дільник окреме, наприклад від батареї типу «Крона», то слід з'єднати загальний провід дільника із загальним проводом вимірюваної схеми окремим провідником.
Для кращого узгодження входу дільника з схемою, що вимірювається, і для зменшення взаємного впливу можна на вході даного дільника додати який-небудь простий узгоджувальний каскад з якомога більш високим вхідним опором. Наприклад такий:
Підстроювальним резистором VR1 виставляють режим роботи транзистора, щоб не було обмеження (зрізання) вхідного сигналу по амплітуді знизу і зверху (можна контролювати форму сигналу за допомогою програмного осцилографа на виході дільника частоти). Транзистор – будь-який малопотужний, наприклад, КТ315, КТ342, КТ3102….
Для наочної демонстрації роботи дільника нижче наводиться скріншот, де вимірюється ВЧ сигнал із частотою близько 900 кГц (перемикач S1 у положенні «1/100»). Показання частотоміра в цьому випадку, звичайно, потрібно помножити на 100.
Застосування мікросхеми U664BS високочастотного цифрового дільника частоти сприяло спрощенню конструкції пристрою, який автор використовував для розширення діапазону вимірювань щодо частотоміру низькочастотного. Дільник можна конструктивно оформити як перехідник між вхідним гніздом і кабелем до джерела сигналу або вбудувати в аматорський частотомір з додатковим високочастотним входом.
У радіоаматорській літературі вже були опубліковані схеми дільників частоти (наприклад,), призначених для використання з низькочастотним частотоміром. Дільник, описаний в , при відносній простоті дозволяє збільшити верхню частотну межу приладу лише в 10 разів. Дільник частоти має коефіцієнт поділу 100, але, на мій погляд, його пристрій невиправдано ускладнено як по номенклатурі застосованих деталей, так і по технічній реалізації.
Тим часом, використовуючи сучасну елементну базу, можна спростити схему дільника частоти без необхідності програмування у разі застосування мікроконтролера . Описуваний дільник має коефіцієнт розподілу, що дорівнює 100, і діапазон стійкої роботи 25 МГц... 1 ГГц (верхня межа відповідає паспортному значенню частоти вхідного дільника). Чутливість дільника становить 20 мВ при вхідному опорі 50 Ом.
Схема дільника наведена на Мал. 1. Мікросхема U664BS (TELEFUNKEN) є монолітним цифровим дільником частоти щодо 1:64. Ця мікросхема виконана за технологією ЕСЛ (змітерно-пов'язаною логікою), її транзистори мають граничну частоту frp = 4,5 ГГц. Діоди з бар'єром Шотки (VD1, VD2) служать захисту входу мікросхеми DD1 від сигналів великий амплітуди.
Як відомо, логічні рівні ЕСЛ у стандартному включенні перебувають у галузі напруги негативної полярності і тому вони безпосередньо не сумісні з логічними рівнями мікросхем ТТЛ та КМОП. Для перетворення рівнів ЕСЛ на рівні ТТЛ при живленні мікросхеми ЕСЛ від напруги плюсової полярності служить каскад, що узгоджує, на транзисторі VT1.
Вхідний сигнал з частотою, поділеною на 64, надходить на наступні два дільники, виконаних на мікросхемах DD2 (К555ІЕ20) та DD3 (К155ТЛЗ). Мікросхема К555ІЕ20 містить два чотирирозрядні двійково-десяткові лічильники кожен з них має тригер з входом С1, виходом 1 і дільник частоти на 5 зі входом С2 і виходами 2, 4, 8. У цьому пристрої лічильники DD2 працюють в режимі дільника частоти на п'ять із входом С2 та виходом 8. До речі, виходячи з моєї практики, верхня робоча частота всього пристрою визначається максимальною частотою для лічильника DD2.1 (К555ІЕ20), яка по входах С2 зазвичай не менше 20 МГц, тобто фактично не менше 1,28 ГГц . Кожен із дільників на DD2.1, DD3.1, DD3.2 та DD2 2, DD3.3. DD3.4 має дробовий коефіцієнт розподілу Кя = 1,25 (або 5/4).
Суть використаного способу дробового поділу частоти полягає у наступному. Нехай є послідовність імпульсів, що йдуть з частотою F (рис. 2) Якщо з кожної пачки, утвореної m імпульсами, виключити n імпульсів, то середня частота слідування імпульсів у новій послідовності
F o = (m-n)/m * F
Коефіцієнт розподілу має вигляд відношення двох чисел До Д = m/(m-n)
,: т. е. у випадку представляє неправильну дріб.
У загальному вигляді структурна схема дробового дільника частоти показана на Мал. 3. Його основу становить дільник А1 на ціле число т. А2створює імпульс тривалістю, що дорівнює n періодів вхідної послідовності імпульсів: Пристрій збігу A3 виділяє імпульси числом (m-п) з кожної послідовності в гп імпульсів.
У нашому випадку m = 5 і n = 1. Тригери Шмітта логічних елементів мікросхеми D03 дозволяють використовувати схему збігу для чіткого виділення тільки чотири імпульсів з кожних п'яти вхідних імпульсів, що надходять на лічильники мікросхеми DD2. На рис. 4 показані часові діаграми, що пояснюють роботу кожного з двох каскадно включених дробових дільників.
Таким чином, якщо на вхід описуваної дільника частоти надходить сигнал частотою, наприклад, F = 1000 МГц, то після першого дільника частоти DD1 F 2 = F1 / 64 = 15,625 МГц
. Після другого дільника (з DD2.1) частота стане рівною F 2 = F1 / 1,25 = 12,5 МГц
і після третього - F 2/1,25 = 10 МГц
Всі елементи дільника розміщені на платі із фольгованого склотекстоліту. Креслення друкованої плати представлено на рис. 5. Плату слід помістити у металевий екран. Вхід та вихід дільника з'єднують із частотоміром ВЧ кабелем
Якщо частотомір виконаний як закінченої малогабаритної конструкції, дільник можна конструктивно оформити як перехідник між вхідним гніздом і кабелем до джерела сигналу. Для цього плату потрібно помістити в прямокутний екран, в торцях якого змонтувати роз'єми СР-50-75: з одного боку - частина рознімання, з іншого - гніздову.
Дільник частоти був випробуваний спільно з частотоміром, описаним у , і показав відмінні результати.
ЛІТЕРАТУРА
- Бірюков С. А. Попередній дільник. - Радіо, 1980, № 10, с-61.
- Жук У. Попередній дільник частоти діапазон 50 .1500 МГц. - Радіо, 1992, № 10. с. 46, 47
- Нечаєв І. Дільник частоти діапазону 0.1. .3.5 ГГц. - Радіо. 2005. № 9, с. 24-26.
- Бірюков С. Цифровий частотомір - Радіо, 1981 № 10, с. 44 47.
Завантаження...
