Категория: Частотомеры

Принципиальная схема входного устройства показана на рисунке 1. Измеряемый сигнал через гнездо Х1 и конденсатор С1 поступает на частотно-корректированный делитель на элементах R1, R2, С2, С3. Коэффициент деления 1:1 или 1:10 выбирается переключателем S1. С него входной сигнал поступает на затвор полевого транзистора VT1. Цепочка, состоящая из резистора R3 и диодов VD1-VD6, защищает этот транзистор от перегрузок по входа (ограничивает входной сигнал, расширяя таким образом динамический диапазон входа).

Транзистор VT1 включен по схеме истокового повторителя и нагружен на дифференциальный усилитель, выполненный на двух транзисторах микросборки DA1 и транзисторе VT2. Коэффициент усиления этого усилителя около 10. Режим работы дифференциального каскада задается делителем напряжения R7R8. Подбирая сопротивление резистора R4 , включенного в истоковой цепи транзистора VT1, можно установить максимальную чувствительность входного узла по напряжению.

С коллектора транзистора VT2 усиленный сигнал поступает на формирователь импульсов, построенный на элементах D1.1 и D1.2 по схеме триггера Шмитта. С выхода этого формирователя импульсы поступают на вход ключевого устройства на элементах D1.3 и D1.4. Работая по логике «2-И-НЕ» элемент D1.3 пропускает через себя импульсы от входного устройства только тогда, когда на его вывод 9 поступает уровень логической единицы.

При уровне нуля на этом выводе импульсы через D 1.3 не проходят, таким образом, устройство управления изменяя уровень на этом выводе может устанавливать временной интервал, в течении которого импульсы будут поступать на вход счетчика частотомера, и таким образом измерять частоту. Элемент D1.4 выполняет роль инвертора. С выхода этого элемента импульсы поступают на вход счетчика частотомера.

Технические характеристики:

1. Верхний предел измерения частоты…….. 2 МГц.
2. Пределы измерения…. 10 кГц 100 кГц, 1 МГц, 2 МГц.
3. Чувствительность (S1 в положении 1:1). … 0,05 В.
4. Входное сопротивление…………………………. 1 МОм.
5. Ток потребления от источника не более……0,2А.
6. Напряжение питания……………………………….9…11В.

Принцип работы частотомера.

Счетчик четырехразрядный, он состоит из четырех одинаковых счетчиков К176ИЕ4 — D2-D5, включенных последовательно. Микросхема К176ИЕ4 представляет собой десятичный счетчик совмещенный с дешифратором, рассчитанным на работу с цифровыми индикаторами с семисегментной организацией индикации цифр.

При поступлении импульсов на счетный вход С этих микросхем, на их выходах формируется такой набор уровней, что семисегментный индикатор показывает число импульсов, поступивших на этот вход. При поступлении десятого импульса счетчик обнуляется и счет начинается снова, при этом на выходе переноса Р (вывод 2) появляется импульс, который подается на счетный вход следующего счетчика (на вход более старшего разряда). При подаче единицы на вход R счетчик в любой момент можно установить в нулевое положение.

Таким образом, включенные последовательно четыре микросхемы К176ИЕ4 образуют четырехразрядный десятичный счетчик с семисегментными светодиодными индикаторами на выходе.

Принципиальная схема формирователя опорных частот и устройства управления показана на рисунке 3. Задающий генератор выполнен на элементах D6.1 и D6.2, его частота (100 кГц) стабилизирована кварцевым резонатором Q1. Затем эта частота поступает на пяти-декадный делитель, выполненный на счетчиках D7-D11, микросхемах К174ИЕ4, семисегментные выходы которых не используются.

Каждый счетчик делит частоту, поступающую на его вход, на 10. Таким образом, при помощи переключателя S2.2 можно выбрать временной интервал в котором будет происходить подсчет входных импульсов и, таким образом. изменять пределы измерения. Предел измерения 2 МГц ограничен функциональными возможностями микросхем К176, которые на более высоких частотах не работают. На этом пределе можно пытаться измерять и более высокие частоты (до 10 МГц), но погрешность измерения будет слишком высокой, а на частотах более 5 МГц измерение вообще будет невозможным.

Рис.2
Устройство управления выполнено на четырех D-триггерах на микросхемах D12 и D13. Работу устройства удобно рассматривать с момента появления импульса установки нуля («R»), который поступает на входы R счетчиков частотомера (рисунок 2). Одновременно этот импульс поступает на вход S триггера D13.1 и устанавливает его в единичное состояние.

Единичный уровень с прямого выхода этого триггера блокирует работу триггера D13.2, а нулевой уровень на инверсном выходе D13.1 разрешает работу триггера D12.2, который по фронту первого же импульса, поступившего с выхода D12.1 вырабатывает измерительный стробирующий импульс («S»), который открывает элемент D1.3 входного устройства (рисунок 1). Начинается цикл измерения, в течении которого импульсы с выхода входного устройства поступают на вход «С» четырехразрядного счетчика (рисунок 2), и он их считает.

По фронту следующего импульса, поступающего с выхода D12.1, триггер D12.2 возвращается в исходное положение и на его прямом выходе устанавливается нуль, который закрывает элемент D1. 3 и подсчет входных импульсов прекращается. Поскольку время, в течении которого длился подсчет импульсов кратно одной секунде, то в этот момент на индикаторах будет истинное значение частоты измеряемого сигнала. В этот момент фронт импульса с инверсного выхода триггера D12.2 триггер D13.1 переводится в нулевое состояние, и разрешается работа триггера D13.2. На вход С триггера D13.2 поступают импульсы частотой 1 Гц с выхода D11, и он последовательно устанавливается сначала в нулевое, затем в единичное состояние.

Во время счета триггером D13.2 триггер D12.2 заблокирован единицей, поступающей с инверсного выхода триггера D13.1. Идет цикл индикации, который длится одну секунду на нижнем пределе измерения, и две секунды на остальных пределах измерения. Как только на инверсном выходе D13.2 будет единица, положительный перепад напряжение на этом выходе пройдет через цепочку C10R43, которая сформирует короткий импульс, он поступит на входы «R» счетчиков D2-D5 и установит их в нулевое состояние.

Триггер D12.1 устраняет влияние флуктуаций фронта низкочастотных импульсов, соответствующих времени, в течении которого происходит подсчет входных импульсов. Для этого импульсы, поступающие на вход D триггера D12.1, проходят на выход этого триггера только по фронту синхронизирующих импульсов с частотой следования 100 кГц, снимаемым с выхода мультивибратора на D6.1 и D6.2, и поступающих на вход С D12.1.

Частотомер можно собрать и на других микросхемах. Микросхемы К176ЛА7 можно заменить на К561ЛА7, микросхемы К176ТМ2 — на К561ТМ2, при этом схема прибора никак не изменяется.

Рис.3
Светодиодные семисегментные индикаторы можно использовать любые (отображающие одиночные цифры), если они с общим анодом, что более предпочтительно, поскольку выходы микросхем К176ИЕ4 развивают больших ток при зажигании сегментов нулями, и в результате получается больше яркость свечения, то изменения схемы касаются только цоколевки индикаторов. Если имеются только индикаторы с общим катодом, можно использовать и их, но в этом случае нужно на выводы 6 микросхем D2-D5 подавать не нуль, а единицу, отключив их от общего провода и подключив к шине + питания.

При отсутствии микросхем К176ИЕ4 каждую микросхему D2-D5 можно заменить двумя микросхемами, — двоично-десятичным счетчиком и дешифратором, например в качестве счетчика — К176ИЕ2 или К561ИЕ14 (в десятичном включении), а в качестве дешифратора — К176ИД2. Вместо К174ИЕ4 в качестве D7-D11 тоже можно использовать любые десятичные счетчики серий К176 или К561, например К176ИЕ2 в десятичном включении, К561ИЕ14 в десятичном включении, К176ИЕ8 или К561ИЕ8.

Кварцевый резонатор может быть на другую частоту, но не более 3 МГц, при этом придется изменить коэффициент пересчета делителя на микросхемах D7-D11, например если резонатор будет на 1 МГц, то между счетчиками D7 и D8 нужно будет включить еще один такой же счетчик.

Питается прибор от стандартного сетевого адаптера или от лабораторного источника питания, напряжение питания должно быть в пределах 9. ..11 В.

Настройка.

Настройка входного узла. К входному гнезду Х1 подключают генератор синусоидальных сигналов, а к выходу элемента D1.2 — осциллограф. На генераторе устанавливают частоту 2 МГц и напряжение 1В, и постепенно уменьшая выходное напряжение генератора, подбором сопротивления R4 добиваются максимальной чувствительности входного устройства, при которой сохраняется правильная форма импульсов на выходе элемента D1.2.

Цифровая часть частотомера, при исправных деталях и безошибочном монтаже в настройке не нуждается. Если не будет запускаться кварцевый генератор нужно подобрать сопротивление резистора R42.

Большинство радиолюбительских частотомеров строятся на основе микросхем серий К176 и К561. Играет роль то, что среди этих серий имеются микросхемы наиболее подходящие, по своему функциональному составу, для построения частотомера, и то, что микросхемы этих серий потребляют минимальный ток. Но неприятность состоит в том, что такие микросхемы не могут работать на частотах более 3-5 МГц и, практически, частотомер получается низкочастотным, работающим до 1 МГц.

Читать далее…

 Существует несколько методов построения частотомеров, наиболее простой из которых — метод прямого счета, который заключается в подсчете числа периодов измеряемого сигнала за установленный промежуток времени. Для измерения частоты с точностью 1 Гц этот временной промежуток должен быть равен одной секунде.

Читать далее…

В широкой продаже часто встречаются многоразрядные электролюминесцентные индикаторы, рассчитанные на динамическую индикацию. Преимущество таких индикаторов, главным образом, в их цене и в доступности (стоимость тринадцатиразрядного ИВ-27М равна стоимости светодиодного индикатора на один разряд). Предлагаемая схема частотомера разработана именно под ИВ-27М. Частотомер шестиразрядный, имеет два предела измерения : до 1 Мгц, с точностью 1 Гц , и до 50 Мгц с точностью 100 Гц.

Читать далее…

Практически все цифровые частотомеры имеют кварцевый генератор опорной частоты. Причем кварцевый резонатор требуется на какую-то определенную частоту, и найти необходимый резонатор оказывается значительно сложнее чем все остальные детали. К тому-же наиболее доступные резонаторы на 4 или 8 Мгц (от систем ДУ телевизоров) плохо работают с микросхемами КМОП и МОП и требуют строить генератор образцовой частоты на нескольких счетчиках ТТЛ, что значительно увеличивает ток потребления и общую стоимость устройства.

Читать далее…