При использовании программного частотомера и осциллографа измерение частот сигналов ограничено, как правило, границами частотного диапазона звуковой карты компьютера. Чтобы иметь возможность измерить частоты выше 20 кГц, а также посмотреть их форму и спектр на осциллографе, можно применить простейший делитель частоты. Проще всего его можно реализовать с помощью цифровых микросхем – десятичных счетчиков. Каждый такой счетчик выдает на соответствующем выходе сигнал, меньший входного по частоте в 10 раз. На рис.1 представлена схема такого делителя частоты. При использовании двух микросхем-счетчиков входной сигнал можно разделить на 10 два раза, то есть получить на выходе сигнал, частота которого будет меньше входного в 10 и 100 раз. Коммутация кратности деления частоты производится при помощи простого переключателя S1 на два положения.
В качестве счетчиков можно применить любые МС (десятичные счетчики), желательно КМОП-технологии, так как такие микросхемы некритичны к питающему напряжению и хорошо работают с разными уровнями сигналов, как цифровых, так и аналоговых. В приведенной схеме применены микросхемы К164ИЕ2, можно использовать и другие, функционально аналогичные, например К561ИЕ4, К 176ИЕ4……… Неиспользуемые входные и управляющие выводы микросхем следует соединить с общим проводом, как показано на схеме (выводы 1,4,5,6,7,9), чтобы исключить возможность появления на них наведенного напряжения помех.
Конструкция делителя показана на фото ниже (прошу извинить за низкое разрешение картинки, в данный момент нет лучшего фото!). Схема собрана на печатной плате, на которой протравлены только контактные площадки под ножки микросхем. Все соединения сделаны одножильным проводом в изоляции, поскольку схема простая и соединений минимум.
Щуп делителя сделан из отрезка провода в экране. В качестве наконечника щупа можно использовать, например, тонкий гвоздь длиной 4 – 5 см. Провод паяется к гвоздю любым обычным припоем на таблетке аспирина (простого «советского»). Аспирин хорошо заменяет паяльную кислоту при пайке железа. Затем провод с наконечником-гвоздем можно вставить, например, в корпус пустой шариковой ручки.
Экран входного провода нужно соединить с общим проводником делителя (минус питания). Питание на делитель можно подавать с устройства, частоту которого мы измеряем. Для этого концы проводов питания можно снабдить небольшими зажимами типа «крокодил». Выходной шнур с разъемом для входа звуковой карты компьютера также экранированный. Схема распайки разъема показана на рисунке.
Если брать питание с измеряемой схемы, то соединение с общим проводом обеспечится через минусовой питающий провод. Если же питание делителя отдельное, например от батареи типа «Крона», то следует соединить общий провод делителя с общим проводом измеряемой схемы отдельным проводником.
Для лучшего согласования входа делителя с измеряемой схемой и для уменьшения взаимного влияния можно на входе данного делителя добавить какой-либо простой согласующий каскад с как можно более высоким входным сопротивлением. Например такой:
Подстроечным резистором VR1 выставляют режим работы транзистора, чтобы не было ограничения («срезки») входного сигнала по амплитуде снизу и сверху (можно контролировать форму сигнала с помощью программного осциллографа на выходе делителя частоты). Транзистор – любой маломощный, например КТ315, КТ342, КТ3102….
Для наглядной демонстрации работы делителя ниже приводится скриншот, где измеряется ВЧ сигнал с частотой порядка 900 кГц (переключатель S1 в положении «1/100»). Показания частотомера в этом случае, естественно, нужно умножить на 100 .
Применение микросхемы U664BS высокочастотного цифрового делителя частоты способствовало упрощению конструкции устройства, которое автор использовал для расширения диапазона измерений относительно низкочастотного частотомера. Делитель можно конструктивно оформить как переходник между входным гнездом и кабелем к источнику сигнала либо встроить в имеющийся любительский частотомер с дополнительным высокочастотным входом.
В радиолюбительской литературе уже были опубликованы схемы делителей частоты (например ), предназначенных для использования с низкочастотным частотомером. Делитель, описанный в , при относительной простоте позволяет увеличить верхнюю частотную границу прибора всего лишь в 10 раз. Делитель частоты из имеет коэффициент деления 100, но, на мой взгляд, его устройство неоправданно усложнено как по номенклатуре примененных деталей, так и по технической реализации.
Между тем, используя современную элементную базу, можно значительно упростить схему делителя частоты без необходимости программирования в случае применения микроконтроллера . Описываемый делитель имеет коэффициент деления, равный 100, и диапазон устойчивой работы 25 МГц... 1 ГГц {верхняя граница соответствует паспортному значению частоты входного делители). Чувствительность делителя составляет 20 мВ при входном сопротивлении 50 Ом.
Схема делителя приведена на рис. 1
. Микросхема U664BS (TELEFUNKEN) представляет собой монолитный цифровой делитель частоты в отношении 1:64. Эта микросхема выполнена по технологии ЭСЛ (змиттерно-связанной логики), ее транзисторы имеют граничную частоту frp = 4,5 ГГц. Диоды с барьером Шотки (VD1, VD2) служат для защиты входа микросхемы DD1 от сигналов большой амплитуды.
Как известно, логические уровни ЭСЛ в стандартном включении находятся в области напряжения отрицательной полярности и поэтому они непосредственно не совместимы с логическими уровнями микросхем ТТЛ и КМОП. Для преобразования уровней ЭСЛ в уровни ТТЛ при питании микросхемы ЭСЛ от напряжения плюсовой полярности служит согласующий каскад на транзисторе VT1.
Входной сигнал с частотой, поделенной на 64, поступает на следующие два делителя, выполненных на микросхемах DD2 (К555ИЕ20) и DD3 (К155ТЛЗ). Микросхема К555ИЕ20 содержит два четырехразрядных двоично-десятичных счетчика каждый из них имеет триггер со входом С1, выходом 1 и делитель частоты на 5 со входом С2 и выходами 2, 4, 8. В этом устройстве счетчики DD2 работают в режиме делителя частоты на пять со входом С2 и выходом 8. Кстати, исходя из моей практики, верхняя рабочая частота всего устройства определяется максимальной частотой для счетчика DD2.1 (К555ИЕ20), которая по входам С2 обычно не менее 20 МГц, т. е. фактически не менее 1,28 ГГц. Каждый из делителей на DD2.1, DD3.1, DD3.2 и DD2 2, DD3.3. DD3.4 имеет дробный коэффициент деления Кя= 1,25 (или 5/4).
Суть использованного способа дробного деления частоты состоит в следующем. Пусть имеется последовательность импульсов, следующих с частотой F (рис. 2) Если из каждой пачки, образованной m импульсами, исключить n импульсов, то средняя частота следовании импульсов в новой последовательности
Fo
=(m-n)
/
m*
F
Коэффициент деления имеет вид отношения двух чисел КД
= m/(m-n)
,: т. е. в общем случае представляет неправильную дробь.
В общем виде структурная схема дробного делителя частоты показана на рис. 3
. Его основу составляет делитель А1 на целое число т. Формирователь А2
создает импульс длительностью, равной n периодов входной последовательности импульсов.: Устройство совпадения A3 выделяет импульсы числом (m-п) из каждой последовательности в гп импульсов.
В нашем случае m = 5 и n = 1. Триггеры Шмитта логических элементов микросхемы D03 позволяют использовать схему совпадения для четкого выделения только четыре> импульсов из каждых пяти входных импульсов, поступающих на счетчики микросхемы DD2. На рис. 4 показаны временные диаграммы поясняющие работу каждого из двух каскадно включенных дробных делителей.
Таким образом, если на вход описываемою делителя частоты поступает сигнал частотой, например, F = 1000 МГц, то после первого делителя DD1 частота F2
= F1
/64 = 15,625 МГц
. После второго делителя (с DD2.1) частота станет равной F2
= F1
/1,25 = 12,5 МГц
и после третьего — F2
/1,25 = 10 МГц
Все элементы делителя размещены на плате из фольгированного стеклотекстолита. Чертеж печатной платы представлен на рис. 5. Плату следует поместить в металлический экран. Вход и выход делителя соединяют с частотомером ВЧ кабелем
Если частотомер выполнен в виде законченной малогабаритной конструкции, делитель можно конструктивно оформить как переходник между входным гнездом и кабелем к источнику сигнала. Для этого плату нужно поместить в прямоугольный экран, в торцах которого смонтировать разъемы СР-50-75: с одной стороны — штыревую часть разъема, с другой — гнездовую.
Делитель частоты был испытан совместно с частотомером, описанным в , и показал отличные результаты.
ЛИТЕРАТУРА
- Бирюков С. А. Предварительный делитель. — Радио, 1980, № 10, с- 61.
- Жук В. Предварительный делитель частоты на диапазон 50 .1500 МГц. — Радио, 1992, № 10. с. 46, 47
- Нечаев И. Делитель частоты диапазона 0.1. .3.5 ГГц. — Радио. 2005. № 9, с. 24—26.
- Бирюков С. Цифровой частотомер — Радио, 1981, № 10, с. 44 47.
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.
Обсудить статью ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР СВОИМИ РУКАМИ
- 20.09.2014
Общие сведения об электропроводках Электропроводкой называется совокупность проводов и кабелей с относящимися к ним креплениями, поддерживающими и защитными конструкциями. Скрытая электропроводка имеет ряд преимуществ перед открытой: она более безопасна и долговечна, защищена от механических повреждений, гигиенична, не загромождает стен и потолков. Но она дороже, и ее труднее заменить при необходимости. …
- 27.09.2014
На основе К174УН7 можно собрать не сложный генератор с 3 под диапазонами: 20…200, 200…2000 и 2000…20000Гц. ПОС определяет частоту генерируемых колебаний, она построена на элементах R1-R4 и С1-С6. Цепь отрицательной ОС уменьшающая нелинейные искажения сигнала и стабилизирующая его амплитуду образована резистором R6 и лампой накаливания Н1. При указных номиналах схемы …
- 23.09.2014
Назначение: на основе предложенной схемы можно собрать уст-во которое будет считать прохожих, включать свет при проходе через дверь, охранную сигнализацию и тому подобное. Излучатель ИК VD4 на АЛ147А (он установлен в пультах ДУ ТВ типа 4-УСЦТ) излучает сигнал промодулированный импульсами 1000Гц. Генератор — источник импульсов выполнен на VT2 VT3. Частота …
- 05.10.2014
Источник вырабатывает двух полярное напряжение от 5 до 17В при токе нагрузке до 20А, при этом уровень пульсации 1 В при 17В установленном напряжении и токе на нагрузке 20А. Напряжение с трансформатора поступает на однополупериодные выпрямители на VD1-VD3 и С1-С3. Параллельное включение 3-х диодов необходимо для уменьшения рассеивающей мощности. Конденсаторы …
- 27.01.2017
KA78RXXC — линейка стабилизаторов с выходными напряжениями 3,3В, 5В, 9В, 12В и 15В и выходным током до 1 А. Стабилизаторы имеют малое падение напряжения 0,5 В и функцию отключения. Технические характеристики: Выходное напряжение (мин. / номин. / макс.): KA78R33C — 3.22 / 3.3 / 3.38 В KA78R05C — 4.88 / …
Он достаточно совершенен, а писать прошивку самому лень.
Как правило частотомеры на PIC16F628А имеют верхний порог в 50-60Мгц. Хлюпин же утверждает, что его частотомер может измерять до 95 МГц, и это правда.
Дело оказывается не в контроллере, а в неудачных входных формирователях применённых в большинстве конструкций.
У Хлюпина для увеличения крутизны полевого транзистора к нему подключён биполярный, что позволило в несколько раз снизить выходное сопротивление каскада, и уменьшить падение напряжения под нагрузкой V3 Триггер шмидта выступает как дополнительный усилитель. Но параметры частотомера можно и улучшить.
Делитель частоты td6358 потребляет около 80мА, поэтому питание прибора от кроны безсмысленно. При питании от сети целесообразно питать входной формирователь повышенным напряжением, а значит можно подобрать оптимальные режимы по постоянному току и получить максимально возможный Ку.
Параметры входа до 100Мгц.
Чувствительность на частоте
10Мгц - 20мВ.
70МГц - 100мВ.
105МГц - 500мВ.
макс. входное напряжение на частотах
до 100кГц - 200В
до 1Мгц - 50В
до 100МГц - 7В
Схема прибора
Напряжение питания составляет 10В(так как напряжение больше 13-14В взять негде), что даёт возможность измерять частоты до 100 - 105Мгц. Если не предполагается работа в качестве шкалы его можно питать нестабилизированным напряжением. При питании 13,5В частотомер работает на частотах до ~110Мгц.
На частотах до 80 МГц удобней пользоваться НЧ входом, так как td6358 шунтирует гетеродины низким входным сопротивлением, вызывает срыв колебаний. Выше 80 начинает выигрывать td6358 из-за более высокой чувствительности на этих частотах, при гораздо меньшей точности, естественно.
Через частотнозависимый ограничитель на r6c4vd1vd2 сигнал поступает на повторитель с выходным сопротивлением менее 100 Ом. Здесь требуется транзистор с максимально возможной крутизной ВАХ. Применение повторителя ограничивает чувствительность на уровне 20мв, зато на вч он выигрывает у усилителей напряжения, которые из за высокого выходного сопротивления имеют ещё меньший К передачи, ведь входное сопротивление следующего каскада не более пары десятков Ом. Таким образом чувствительность такого формирователя более линейна во всём диапазоне частот.
Усилитель напряжения сделан на кт399 имеющем более высокий модуль К передачи на ВЧ чем кт368, чувствительность на вч заметно выше, а вот на НЧ несколько ниже чем с 368. Для получения максимального усиления ток покоя каскада выбран около 10мА, ВЧ дроссель l1 увеличивает коллекторное сопротивление в два раза на 100МГц, что так же даёт некоторый выигрыш. Резистивный делитель задаёт необходимое смещение, хотя триггер шмидта может работать и без него.
Далее сигнал поступает на коммутатор вч/нч входов на сдвоенном тумблере МТ-1, второй контакт переключает контроллер в режим умножения на 256, который выставляется в меню прибора. Далее на триггер шмидта. На НЧ он не нужен, на на вч очень кстати, оригинальный частотомер Хлюпина диапазоном частот обязан именно ему.
Делитель и формирователь на отдельных платах. Платы крепятся прямо на входных разъёмах. Контроллер и триггер шмидта на макетке закреплена поверх индикатора, источник питания навесным монтажом. Переключатель соединяется с платами витой парой МГТФ.
Для удобства нч вход выполнен на клеммах. При измерении вч, провода нужно свивать в витую пару.
Вид на монтаж:
Для входа в меню нужно нажать нажать все три кнопки. Кноками 0.1 и 1 выполняется перебор, 10- подтверждение с переходом в следующий пункт.
Структура меню:
1-Время измерения по умолчанию
2-номер делителя(вкл. соединением выводов 8/9 на землю) и К деления(должен быть включен)
3-знак и номер ПЧ(6/7 на землю)
4-номинал выбранной пч(после подтверждения надпись «---- SETUP -----»)
через 3 секунды бездействия выход из меню.
Для калибровки нажать кнопку 10 на 3 сек. далее кнопками вводится истинная частота кварца. Гораздо удобней настроиться конденсатором.
Загрузка...