Частотомер - цифровая шкала (до 40 МГц)
|
Для настройки передающих и приемных устройств незаменимым прибором является частотомер. С помощью частотомера и простейшего генератора сигналов можно измерять емкость, индуктивность,температуру и другие величины. Описанная в книге Я. С. Лаповока "Я строю КВ радиостанцию" цифровая шкала ЦШ-1 может работать в качестве частотомера. Достоинством ЦШ-1 является очень хорошая развязка от источника входного сигнала, что необходимо для исключения помех от работы устройства. Максимальная измеряемая частота около 40 МГц, точность отсчета - 1 Гц. Принцип работы ЦШ-1 заключается в точном измерении частоты входного сигнала путем подсчета числа периодов входного напряжения за интервал времени, формируемый от высокостабильного кварцевого генератора.
Генератор со стабилизацией частоты кварцевым резонатором ZQ1 собран на микросхеме DD16 К155ЛА3. В этом генераторе предусмотрен элемент уточнения частоты генерации - подборная емкость С3*. Прямоугольные импульсы с частотой 100 кГц с выхода DD16 поступают на вход цепочки из шести десятичных счетчиков DD17...DD22 К155ИЕ1. С помощью переключателя SA2 устанавливается точность отсчета 1кГц или 1Гц. С выхода DD19 или DD22 короткие отрицательные импульсы, частота повторения которых равна 100 Гц или 0,1Гц поступают на формирователь прямоугольных импульсов счетного интервала длительностью 0,01 с в режиме измерения с точностью отсчета 1 кГц или 10 с в режиме измерения с точностью 1 Гц. Этот формирователь собран на половине микросхемы DD25.2 К155ТМ2 и элементах DD3.2, DD3.3 микросхемы К155ЛА3. Импульсы счетного интервала поступают на управление работой микросхем DD2, DD11...DD15, на сдвиговый регистр, собранный на микросхемах DD23, DD24, и половине микросхемы DD25.1, и на управление работой микросхемы DD10. Входное напряжение подается на полевой транзистор VT1 КП302БМ, включенный по схеме истокового повторителя, что обеспечивает высокое входное сопротивление ЦШ-1 и ее хорошую изоляцию от выхода источника сигнала. Транзистор VT2 КТ603Б управляет работой формирователя прямоугольных импульсов с частотой входного сигнала, собранного на элементах DD1.1 и DD1.2 микросхемы К1533ЛА3. Эти элементы охвачены цепью положительной обратной связи через резистор R4 и создают на входе DD2 очень четкие прямоугольные импульсы, благодаря чему десятичный счетчик DD2 К155ИЕ2, формально работающий на частотах ниже 20 МГц, прекрасно справляется с подсчетом импульсов, следующих с частотой до 40 МГц. Подсчет числа импульсов входного сигнала за время 0,01 с или 10 с производится цепочкой десятичных счетчиков DD2, DD11...DD15. Первый из них служит для снижения частоты импульсов входного сигнала на входе DD11 в 10 раз и для индикации частоты не используется, что улучшает устойчивость показаний индикатора ЦШ-1. Дело в том, что частота входного сигнала не синхронизирована с частотой генератора на ZQ1, так что при постоянстве частоты входного сигнала результаты подсчета числа импульсов микросхемой DD2 за постоянный счетный интервал времени могут отличаться на единицу, тогда младший разряд двоичного кода числа подсчитанных импульсов на выходах DD2 будет неустойчив. Соответственно будет неустойчивым и показание цифрового индикатора, если его подключить к DD2. Случайная смена младшего разряда на выходе следующего счетчика - DD11 - возможна только при изменении старшего разряда на выходе DD2. Таким образом неустойчивость младшего разряда двоичного числа на выходе DD2 не влияет на устойчивость показаний цифрового индикатора, подключенного к выходам DD11. Микросхемы DD11...DD15 К155ИЕ6 - реверсивные десятичные счетчики с предустановкой частоты счета. Ревеверсивность микросхем используется при работе в качестве цифровой шкалы в случае, когда частота настройки приемника уменьшается с увеличением частоты гетеродина. Вывод +/-, элементы DD1.3, DD1.4, DD3.1 микросхем К1533ЛА3, К155ЛА3 используются для коммутации работы ЦШ-1 на сложение или вычитание частоты гетеродина. После окончания положительного импульса на входе 12 DD1.3 на его выходе 11 появляется положительный импульс, поступающий на вход "+" DD11. Так как время счета в цепочке DD11...DD15, задаваемое длительностью положительного импульса на их выводах 11, равно 0,01 с (10 с), а частота входного сигнала до входа DD11 разделена на 10, то число подсчитанных импульсов в DD11 равно числу единиц килогерц (герц) частоты входного сигнала, в DD12 - десяткам килогерц (герц) входного сигнала, в DD13 - сотням килогерц (герц), в DD14 - единицам мегагерц (килогерц) и в DD15 - десяткам мегагерц (килогерц) входного сигнала. В микросхемах К155ИЕ6 подача положительного напряжения на вывод 15 вводит начальное значение частоты счета равное 1, на вывод 1 - 2, на вывод 10 - 4 и на вывод 9 - 8. Отключение этих проводников от корпуса эквивалентно подаче на них положительного напряжения. При работе в качестве цифровой шкалы показания индикатора должны быть равны не частоте гетеродина, а частоте настройки приемника, которая может быть выше или ниже промежуточной частоты. Например, в приемнике с ПЧ равной 465 кГц в диапазоне средних волн, где частота гетеродина превышает частоту приема на величину ПЧ, у микросхем DD11, DD12 выводы 1, 10; у DD13, DD15 выводы 1, 9; у DD14 выводы 10,9 соединяются с корпусом, остальные выводы предустановки счета DD11...DD15 подключены к +5В через резистор 1К, а счетные входы коммутированы на сложение. В результате счет килогерц частоты начинается со значения 99535. В этом случае после подсчета 465 импульсов результат счета в DD11...DD15 станет равным 00000, т. е. из частоты гетеродина будет вычтено число килогерц ПЧ приемника. При работе ЦШ-1 в качестве частотомера все выводы предустановки частоты счета соединяются с корпусом. В устройстве использовано пять светодиодных знаковых индикаторов АЛС324Б с общим анодом. Одинаковые сегменты соединены вместе и подключены к выходам дешифратора DD10. Для индикации в каждом знаке любого числа индикаторы работают в динамическом режиме - каждый индикатор поочередно подключается к своему разряду счетчика с одновременным его включением через транзисторные ключи VT3...VT7. Динамический режим работы индикаторов организован следующим образом: на выходах ячеек сдвигового регистра DD23.1...DD25.1 поочередно появляется пять импульсов счетного интервала. Каждый из этих импульсов подается на входы 2, 5, 9, 12 микросхем DD4...DD8 К155ЛА8. Входы этих микросхем соединены с выходами микросхем DD11...DD15, на которых формируются двоичные коды числа килогерц (герц) частоты входного сигнала. Выходы DD4...DD9 объединены в "монтажное или"(это позволяют выходы с "открытым коллектором") и подключены к инвертору, собранному на микросхеме DD9 К155ЛА8. С выходов DD9 двоичное число килогерц (герц) частоты входного сигнала поступает на входы дешифратора DD10 КР514ИД2, превращающего это число в семь напряжений, которые подаются на соответствующие сегменты индикаторов. С пяти выходов счетного регистра импульсы подаются на транзисторные ключи VT3...VT7, которые включают соответствующий индикатор, согласно подключенному к дешифратору счетчику. На вывод 3 DD10 подается импульс счетного интервала, так что напряжения на сегментах индикаторов формируются после окончания счета в DD11...DD15. Вместо микросхем серии К155 можно использовать микросхемы других серий, например К133, К555, К1533. Подробнее о работе микросхем серии К155 можно прочитать в замечательной книге С. А. Бирюкова "Цифровые устройства на интегральных микросхемах". В качестве DD17...DD22 можно применить К155ИЕ2, соединив их выводы, как у DD2 (выводы 2,3 в этом случае соединяются с корпусом). В качестве DD1 можно использовать К155ЛА3, но при этом максимальная измеряемая частота снизится до 25 МГц. Выводы питания микросхем: +5В подается на выводы 14 КР1533ЛА3, К155ЛА3, К155ЛА8, К155ИЕ1, К155ТМ2 и КР514ИД2, вывод 5 К155ИЕ2 и вывод 16 К155ИЕ6. Общий провод (-5В, соединен с корпусом ) подается на выводы 7 КР1533ЛА3, К155ЛА3, К155ЛА8, К155ИЕ1 и К155ТМ2, вывод 10 К155ИЕ2, вывод 6 КР514ИД2 и выводы 8 К155ИЕ6. Вместо кварца ZQ1 100кГц можно применить кварц на другую частоту, соответственно изменив цепочку делителей DD17...DD22. Некоторые кварцевые резонаторы, например РГ-01 возбуждаются на высших гармониках, поэтому приходится кратковременно подключать С5* емкостью несколько десятков нанофарад. КП302БМ можно заменить на транзисторы серий КП302, КП303, КП307; КТ603Б можно заменить на любой из серии КТ603, КТ608; вместо КТ3107Б можно применить КТ208,КТ209, КТ502 с любой буквой. R2*, R3* необходимо подобрать для достижения максимальной чувствительности частотомера. Для выравнивания яркости свечения знаковых индикаторов в цепи коллекторов VT3...VT7 можно включить резисторы.
Частотомер собран на плате из одностороннего фольгированного текстолита навесным способом, все соединения сделаны под платой идущими по кратчайшему пути изолированными проводниками. Питается устройство от любого стабилизированного источника питания напряжением 5 В, потребляемый ток - 0,7 А. Литература: К. С. Селин |
