Категория: Частотомеры 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. В связи с этим был разработан простой цифровой частотомер, использующий в качестве образцовой частоту электросети 50 Гц. Безусловно, точность получится ниже чем при кварцевой стабилизации (достаточно вспомнить «легендарные» радиобудильники, синхронизируемые от сети переменного тока, «уходящие» за сутки на 10-15 минут), но укладывается в класс погрешности 1%, что в большинстве случаев в радиолюбительской практике, достаточно. Частотомер измеряет частоту электрических колебаний в двух поддиапазонах: до 10 кГц и до 100 кГц. Индикация четырехразрядная, светодиодная. Уровень минимального входного сигнала 1 В, максимального 30 В. Входное сопротивление 20 кОм. Принципиальная схема показана на рисунке 1. Частотомер построен по классической схеме, когда после времени измерения (мелькания цифр) следует время индикации. Такая схема работает медленно (на пределе 10 кГц весь процесс занимает около 3 секунд), но зато она значительно проще «быстрых» частотомеров, не требует дополнительных ячеек памяти или специальных дешифраторов. Функционально прибор состоит из четырех узлов (не считая источника питания): входного формирователя импульсов на транзисторах VT1-VT4, четырехдекадного счетчика на микросхемах D5-D8, устройства управления на микросхемах D1 и D2, и формирователя опорной частоты на элементах VD3, VD4, D3, D4 и обмотке 3 Т1. Формирователь образцовой частоты работает таким образом : переменное напряжение с обмотки 3 сетевого трансформатора Т1 поступает на выпрямительный мост VD3. Таким образом на выходе моста имеется 100 Гц. Это напряжение значительно выше напряжения логической единицы для К176 и составляет, взависимости от трансформатора 20-30В. Оно поступает на параметрический стабилизатор на R16 и VD4, который ограничивает его до 8-9В и придает ему более прямоугольную форму. В результате на стабилитроне имеются короткие отрицательные импульсы, частота следования которых 100 Гц. Эти импульсы поступают на вход десятичного делителя частоты, состоящего из двух, включенных последовательно счетчиков — D3 и D4. На выходе D3 имеются импульсы частотой 10 Гц, а на выходе D4 — 1 Гц. Переключателем S2 выбирается предел измерения. Входной сигнал через разъем ХР1 поступает на дифференциальный усилитель-ограничитель на транзисторах VT1 и VT2. С нагрузки этого усилителя — R5 сигнал поступает на инвертор на VT3. Резистор R8 создает между этими каскадами положительную обратную связь, обеспечивая им триггерный характер работы. Макет печатной платы 1 Далее импульсы поступают через ключ на элементе D1.1 на вход четырехдекадного счетчика. D1.1 пропускает импульсы только тогда, когда на его вывод 13 поступает низкий логический уровень. Устройство управления работает таким образом: на вход С триггера D2.2 непрерывно поступают импульсы от формирователя образцовой частоты, а на вход С D2.1 — импульсы от генератора запуска на элементах D1.2 и D1.3 (от периода этих импульсов зависит время индикации, устанавливается время индикации резистором R14). Допустим, оба триггера находятся в нулевом состоянии. В это время уровень логической единицы на инверсном выходе D2.2 поступает на вывод 13 D1.1 и закрывает D1.1. В этот момент прохождение импульсов на счетчик через D1.1 прекращается. С появлением на входе С D2. Одновременно на вывод 9 D1.4 поступает логический нуль. Очередной импульс от формирователя образцовой частоты обнуляет счетчики D5-D8 (через элемент D1.4) и переключает триггер D2.2 в единичное состояние, при этом ключ на D1.1 открывается и пропускает импульсы на четырехдекадный счетчик. |
| Поделитесь с друзьями ссылкой на схему: |
На его выходе получается импульсное напряжение удвоенной частоты (отрицательная полуволна развернута в сторону положительной).
Схема частотомера на цифровых микросхемах (до 1МГц)
Частотомеры, построенные по «медленной» схеме популярны среди радиолюбителей потому, что их схема проще и не требует применения регистров или триггеров для запоминая данных предыдущего измерения. Но, недостаток таких частотомеров вих медленности. Многоразрядный частотомер без переключателя пределов на процесс измерения тратит не менее секунды, плюс еще несколько секунд на время индикации.
Такое продолжительное время измерения не только неудобно по тому что можно заснуть, но и тем, что если вы устанавливаете частоту генератора подстройкой контуров или резисторов и одновременно измеряете частоту, то на показания прибора оказывает влияние так же и сам процесс регулировки частоты, поскольку, если во время измерения частота изменяется, то показания частотомера вообще непредсказуемы. То есть, нужно подстроить частоту и ждать как минимум два цикла измерения чтобы посмотреть результат. А можно просто забыть о этом и получить неправильный результат.
Будет удобнее, если процессом измерения управлять вручную, — при помощи кнопки «Пуск», после нажатия которой начинается измерение. Таким образом, каждый раз, желая измерить частоту нужно нажимать эту кнопку.
Принципиальная схема частотомера по такой схеме показана на рисунке. Это низкочастотный шестиразрядный частотомер, измеряющий частоту до 999999 Гц. Конечно, используя входной делитель можно измерять и более высокие частоты.
Чувствительность прибора около 50 mV. Входной сигнал подается на разъем Х1. На микросхеме D1 выполнен усилитель-ограничитель и управляемый формирователь логических импульсов. Блокировка . прохождения импульсов производится подачей единицы на вывод 13 D1.4. При этом триггер Шмитта фиксируется.
Рис. 1. Принципиальная схема частотомера на микросхемах.
Измерительный счетчик выполнен на шести счетчиках — дешифраторах D4-D9 и шести семисегментных индикаторах Н1-Н6.
Устройство управления и генератор образцовой частоты выполнено на 02 и 03. Микросхема D2 — К176ИЕ12, она предназначена для часов и имеет множество функций, но здесь работает только кварцевый мультивибратор (на резонаторе 01) и счетчик-формирователь импульсов частотой 1 Гц . Вход обнуления этого счетчика (вывод 5) служит для его блокировки по завершению цикла измерения. Триггер D3.1 делит частоту 1 Гц на два, а триггер D3.2 — управляет запуском и остановкой измерения.
В исходном состоянии на выходе D3.
2 будет логическая единица. В этом положении входной триггер Шмитта закрыт и схема находится в режиме индикации результата предыдущего измерения.
Нажав на кнопку S1 мы устанавливаем D3.2 в обратное положение. Цепь С10-R8 формирует коротенький импульс, который быстро обнуляет счетчики. Импульс коротенький, но все же, на частоте измерения около 1 МГц он может дать некоторую погрешность (порядка 1-2 младших разрядов), поэтому, открывание триггера Шмитта задержано на более длительный период при помощи цепи R10-R7-С9 (резистор R7 пришлось ввести при экспериментальной проработке схемы, так как, возникали сбои в работе узла D2-D3.1).
Далее, происходит запуск D2 и на его выводе 4 формируется один импульс периодом 1 Гц. В течении этого времени идет измерение так как триггер Шмитта открыт. После завершения импульса триггер D3.1 переходит в единичное состояние, которое длится недолго, так как, единица с прямого выхода D3.1 поступает на вход S D3.2 и переключает его в единичное состояние.
Единица, возникшая на выводе 13 D3.2 блокирует триггер Шмитта, возвращает D3.1 в нулевое положение и обнуляет и фиксирует счетчик D2. Диод VD5 ускоряет этот процесс.
В результате, подсчет импульсов прекращается и на индикаторах Н1-Н6 отображается результат измерения.
Питается прибор от сетевого адаптера для «Денди». L1 — 50 витков ПЭВ 0,23 на ферритовом кольце диаметром 10 мм. Собрана схема на макетной плате. Налаживания, практически, не требуется. Если будут сбои в обнулении D4-D9 нужно немного увеличить емкость С10. Установка точности — конденсаторами С6 и С7.
Рк2005, 1.
Простой цифровой частотомер
Простой цифровой частотомер Введение: Простой цифровой частотомер имеет множество применений. Это может быть эксперимент для начинающих, лабораторное оборудование
или счетчик, встроенный в какое-то устройство. Идеален везде, где необходимо измерять и отображать частоту в цифровом виде.
Основой является двойной десятичный счетчик 74390 (74HC390 — CMOS, 74LS390 — биполярный). Генератор с IO1 (555) определяет время счета.
При номиналах компонентов, перечисленных на схематической диаграмме ниже, время счета составляет 1 с. Поэтому частотомер измеряет с разрешением 1 Гц.
Дисплеи DIS1417 или TIL311. Они уже построили схемы LATCH и декодеры от BCD до 7 сегментов.
Это избавляет от необходимости использовать внешние. Если вы хотите использовать стандартный 7-сегментный дисплей, необходимо использовать
внешние LATCH (например, 4-битные 7475/74HC75/74LS75, 8-битные или 74373) и декодеры (например, 7447 или 4543).
Схема 555 (IO1) формирует на своем выходе (вывод 3) прямоугольный сигнал, сохраняющийся в лог. 1 в течение 1 секунды, после чего следует короткий импульс лог. 0.
Во время лога 1 счетчики подсчитываются, во время отрицательного импульса обновляются данные на дисплеях и сбрасываются счетчики.
Это делается в два этапа: при спадающем фронте функция LATCH отключается, и значения счетчиков передаются на дисплеи.
Затем установите триммер P1 для отображения правильного значения. Схема простого цифрового частотомера.
Частотомер в макетной плате.
Частотомер испытывается на макетной плате.
Добавлено: 13.02.2012
дом
Простые схемы частотомеров – аналоговые конструкции
Следующие простые схемы аналоговых частотомеров можно использовать для измерения частот, которые могут быть синусоидальными или прямоугольными. Измеряемая входная частота должна быть не менее 25 мВ RMS для оптимального обнаружения и измерения.
Конструкция обеспечивает относительно широкий диапазон измерения частоты, от 10 Гц до максимум 100 кГц, в зависимости от положения селекторного переключателя S1. Каждая из 20 тыс. предустановленных настроек, связанных с S1a, может быть индивидуально отрегулирована для получения других диапазонов отклонения полной шкалы частоты на измерителе по желанию.
Общее потребление этой цепи частотомера составляет всего 10 мА.
Значения R1 и C1 определяют отклонение на полную шкалу соответствующих используемых измерителей и могут быть выбраны в зависимости от используемого в цепи измерителя. Значения можно зафиксировать соответствующим образом с помощью следующей таблицы:
Ссылаясь на принципиальную схему простого измерителя частоты, 3 биполярных транзистора на входе работают как усилитель напряжения для усиления частоты низкого напряжения в прямоугольные волны 5 В, для питания входа микросхемы SN74121
ИС SN74121 представляет собой моновибратор с триггерными входами Шмитта, который позволяет преобразовать входную частоту в однократные импульсы правильной размерности, среднее значение которых напрямую зависит от частоты входного сигнала.
Диоды и цепь R1, C1 на выходном выводе ИС работают как интегратор для преобразования вибрирующего выхода моностабильного в достаточно стабильный постоянный ток, значение которого прямо пропорционально частоте входного сигнала.
Следовательно, по мере увеличения входной частоты значение выходного напряжения также пропорционально возрастает, что интерпретируется соответствующим отклонением на измерителе и обеспечивает прямое считывание частоты.
Компоненты R/C, связанные с селекторным переключателем S1, определяют моностабильную синхронизацию однократного включения/выключения, а это, в свою очередь, определяет диапазон, для которого синхронизация становится наиболее подходящей, чтобы обеспечить соответствие диапазона на измерителе и минимальную вибрацию на стрелке метра.
Диапазон переключения
- a = от 10 Гц до 100 Гц
- b = от 100 Гц до 1 кГц
- c = от 1 кГц до 10 кГц
- d = от 10 кГц до 100 кГц
Многодиапазонный точный частотомер Схема
Улучшенная версия схемы первого частотомера показана на рисунке выше. Входной транзистор TR1 представляет собой полевой транзистор с переходным затвором, за которым следует ограничитель напряжения.
Концепция позволяет использовать прибор с большим входным сопротивлением (диапазон одного мегаома) и защитой от перегрузок.
Группа переключателей S1 b просто удерживает положительную клемму счетчика ME1 «заземленной» для 6 конфигураций диапазона, обозначенных на S1 a, и, таким образом, обеспечивает выходной путь для соответствующего конденсатора диапазона, как показано в примечаниях к рис. 1. При этом, на седьмом месте измеритель и заданное сопротивление VR1 переключаются вокруг эталонного диода стабилитрона D7.
Этот пресет настраивается во время настройки, чтобы обеспечить отклонение полной шкалы измерителя, которое затем точно калибруется для этого конкретного опорного уровня. Это важно, поскольку диоды Зенера сами по себе имеют допуск 5%. Когда эта калибровка зафиксирована, она, наконец, управляется потенциометром VR2 на приборной панели, который обеспечивает управление для всех частотных диапазонов.
Наибольшая амплитуда входной частоты на ф.э.т. Затвор ограничивается примерно ± 2,7 В через стабилитроны D1 и D2 вместе с резистором R1.
В случае, если входной сигнал выше этого значения в обеих полярностях, соответствующий стабилитрон заземлит избыточное напряжение, стабилизируя его на уровне 2,7 В. Конденсатор C1 обеспечивает некоторую компенсацию высоких частот.
Полевой транзистор сконфигурирован как истоковый повторитель, а истоковая нагрузка R4 работает как синфазный режим входной частоты. Транзистор TR2 работает как простой усилитель возведения в квадрат, выход которого вызывает включение и выключение транзистора TR3 в соответствии с приведенным ранее пояснением.
Зарядные конденсаторы для каждых 6 частотных диапазонов определяются блоком переключателей S1a. Эти конденсаторы должны быть чрезвычайно стабильными и высококачественными, такими как тантал.
Хотя на схеме конденсаторы обозначены как одиночные, их можно собрать из пары соединенных параллельно частей. Конденсатор C5, например, построен с использованием 39n и 8n2, общая емкость 47n2, в то время как C10 состоит из 100p и триммера 5-65p.
Схема печатной платы
Конструкция дорожек печатной платы и наложение компонентов для показанной выше схемы частотомера показаны на следующих рисунках
Простой измеритель частоты с использованием микросхемы 555
Следующее аналоговое устройство для измерения частоты, вероятно, самое простое, но при этом имеет достаточно точные показания частоты на прикрепленном измерителе.
Измеритель может быть с подвижной катушкой определенного типа или цифровым измерителем, настроенным на диапазон 5 В постоянного тока.
IC 555 подключается как стандартная моностабильная схема, время включения выходного сигнала которой фиксируется с помощью компонентов R3, C2.
Для каждого положительного полупериода входной частоты моностабильный сигнал включается на определенное время, определяемое элементами R3/C2.
Детали R7, R8, C4, C5 на выходе микросхемы работают как стабилизатор или интегратор, чтобы обеспечить достаточно стабильный постоянный ток для моностабильных импульсов ВКЛ/ВЫКЛ, чтобы счетчик мог считывать их без вибраций.
Это также позволяет выходу производить среднее непрерывное значение Dc, которое прямо пропорционально частоте входных импульсов, подаваемых на базу T1.
Однако предустановка R3 должна быть правильно отрегулирована для разных диапазонов частот, чтобы стрелка измерителя была достаточно стабильной, а увеличение или уменьшение входной частоты вызывало пропорциональное отклонение в этом конкретном диапазоне.
Аналоговый частотомер IC 555
На приведенном ниже рисунке показана схема 555 IC, выполненная в виде аналогового частотомера с линейной шкалой, имеющей полную шкалу чувствительности 1 кГц. Питание схемы осуществляется через стабилизированный источник питания 6 В.
Входные сигналы для этого аналогового частотомера могут быть в форме импульсов или сигналов прямоугольной формы с размахом до 2 вольт или выше.
Транзистор Q1 усиливает этот импульсный входной сигнал, достаточный для срабатывания IC 555 на выводе № 2. Выход IC на выводе № 3 подключен к полномасштабному измерителю M1 с подвижной катушкой отклонения 1 мА.
Диод D1 работает как каскад компенсации смещения с помощью умножающего резистора R5.
Всякий раз, когда IC 555, сконфигурированный как моностабильный мультивибратор, запускается входным импульсом, он создает импульс фиксированной длительности и амплитуды. Когда каждый отдельный импульс включает пиковое напряжение 6 вольт и период 1 мс, и он запускает вывод № 2 микросхемы с частотой 500 Гц, на выводе № 3 создается высокий логический сигнал 500 миллисекунд каждые 1000 миллисекунд.
Кроме того, среднее значение выхода IC 555, оцененное за этот интервал времени, может быть рассчитано как
500 миллисекунд/1000 миллисекунд x 6 вольт = 3 вольта или половина 6 вольт.
Аналогично, если входная частота составляет 250 Гц, создается высокий импульс длительностью 250 мс через каждые 1000 мс. В результате среднее выходное напряжение микросхемы теперь равно 250 мс/1000 мс x 6 вольт = 1,5 вольт или четверть 6 вольт.
Это показывает, что среднее значение выходного напряжения схемы, испытанное в рамках реального общего количества импульсов, прямо пропорционально повторяющейся частоте моностабильного мультивибратора.
