Делитель частоты для программного частотомера

Адаптеры для частотомеров

ЗОНД НА ПОЛЕВОМ МОП ТРАНЗИСТОРЕ ДЛЯ ЧАСТОТОМЕРА

Рис. 24.1

Зонд может работать на частоте до 100 МГц с усилением, по меньшей мере равным 1. Транзистор BF981 используется благодаря своей ма­лой входной емкости (2,1 пФ).

Защита полевого транзистора T1 обес­печивается большими сопротивлениями резисторов в его входной цепи.

При необходимости следует подобрать сопротивление резистора в цепи истока таким образом, чтобы получить напряжение 7-8 В на стоке транзистора Т1.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 40 МГЦ ДЛЯ ЧАСТОТОМЕРА

В этом устройстве за двумя каскадами усиления установлен триггер. С помощью переменного резистора сопротивлением 470 Ом удается оптимизировать смещение в режиме холостого хода.

M. Perner, Funkamateur, Berlin, No. 4/98, p. 417                                 Рис. 24.2

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА МИКРОСХЕМЕ NE952

Funkamateur, Berlin, No. 10/98, p. 1152                                                Рис. 24.3

Предварительный усилитель, соответствующий приведенной схеме, имеет полосу пропускания 50 МГц, коэффициент усиления пример­но 40 и может быть использован в милливольтметре или в качестве входного каскада частотомера.

Резистор сопротивлением 10 Ом, под­ключенный между выводами 4 и 11 микросхемы, позволяет получить коэффициент усиления 100 при немного уменьшенной ширине по­лосы пропускания.

Устраняя связь между выводами 3 и 12, а также с резистором сопротивлением 100 Ом, включенным между вывода­ми 4 и 11, можно достичь коэффициента усиления, равного 10. Вы­ходной импеданс составляет примерно 20 Ом.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ 64/1000 ДЛЯ ЧАСТОТОМЕРА

F. Sichla, Funkamateur, Berlin, No. 1 /96, p. 44, 45                         Рис. 24.4

Предварительный делитель U813 может применяться для работы на частотах в диапазоне от 80 до 1000 МГц.

Он делит частоту входного сигнала на 64, если вывод 5 никуда не подключен, на 128, если послед­ний соединен с положительным выводом источника питания, и на 256, если вывод связан с общей шйной.

Также можно использовать предварительный делитель U664B, устаревший по сравнению с U813 и предназначенный только для деления на 64. Три декады 74LS90 соединены таким образом, чтобы каждая обеспечивала деление на 2,5. На частотах 100 МГц – 1 ГГц чувствительность составляет 10 мВ.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ 140-1000 МГЦ НА МИКРОСХЕМЕ РМВ2312

Documentation Siemens                                                                                Рис. 24.5

Ток потребления устройства не превышает 6 мА при напряжении пи­тания 5 В или 0,3 мА в дежурном режиме. Вывод 8 можно использо­вать как симметричный вход совместно с выводом 1. Микросхема РМВ 2312 применяется также в цифровой радиотелефонии.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ДЕЛИТЕЛИ НА 256 НА МИКРОСХЕМАХ U816 И U847

Область входных частот соответствует 70 МГц – 1,1 ГГц и 70 МГц – 1,3 ГГц для микросхем U816 и U847.

CD-ROM TEMIC Рис. 24.6                            CD-ROM TEMIC Рис. 24.7

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ 70 МГЦ – 1,3 ГГЦ НА МИКРОСХЕМЕ U833BS

CD-ROM TEMIC Рис. 24.8                            CD-ROM TEMIC Рис. 24.9

Микросхема U833BS представляет собой вариант с корпусом DIL. На схеме (рис. 24.8) виден симметричный выход (выводы 6 и 7), в версии SIP (рис. 24.9) выход один (вывод 3). В обоих случаях уро­вень сигнала на выходах составляет 0,8 В (размах) под нагрузкой сопротивлением 500 Ом.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ 3-6 ГГЦ

Микросхемы U6024 и U6028, используемые в устройстве такого рода, делят частоту входного сигнала соответственно на 4 и 8. Второй каскад

CD-ROM TEMIC                                                                                           Рис. 24.10

на микросхеме U893 может использоваться на частотах до 1,3 ГГц. Его делительное отношение программируется через вывод 5.

Если он остается неподключенным, делительное отношение – 1 /64, если вы­вод 5 соединен с положительным выводом питания, отношение ста­новится 1/128 и, если он подключен к общей шине, – 1/256.

При от­ключении резистора от вывода 3 первой микросхемы входной каскад первого делителя становится автоколеблющимся. Это увеличивает чувствительность, особенно на частотах между 5 и 6 ГГц.

УДВОИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ НА КМОП СХЕМАХ

Рис. 24.11

Цифровое измерение частоты может идти в два раза быстрее, если вдвое увеличить частоту входного сигнала. В синусоидальном и тре­угольном режимах переменные резисторы позволяют получить на вы­ходах формирования циклические отношения 1/4 и 4/1.

Третий эле­мент «ИЛИ» микросхемы выдает двойную входную частоту, которая может достигать по меньшей мере 25 МГц.

Постоянная составляю­щая на выходе зависит от входной амплитуды, следовательно, ее можно использовать для управления усилением предыдущего уси­лителя.

Широкополосный делитель частоты для мультиметра

В некоторых цифровых мультиметрах, например, MY64, MY68, М320, M266F имеется встроенная функция измерения частоты, благодаря чему мультиметр может использоваться как цифровой частотомер.

К сожалению, недорогие мультиметры обычно могут измерять частоту не выше 2 кГц…1 МГц, кроме того, имеют низкую чувствительность.

Чтобы расширить диапазон измеряемых частот и повысить чувствительность прибора в режиме работы частотомером, можно изготовить несложное устройство на современных КМОП микросхемах.

На сайте radiochipi.ru представлена принципиальная схема активного входного щупаделителя частоты, способного корректно работать в диапазоне входных частот 5 Гц…20 МГц. При построении таких узлов приходится сталкиваться с двумя противоречиями.

Для измерения низких частот устройство должно содержать формирователь сигналов прямоугольной формы из сигналов произвольной формы (компаратор), за которым следует триггер Шмитта.

Иначе частотомер может работать некорректно, из-за затянутых фронтов сигналов могут возникнуть ложные переключения логических элементов, счётчиков — частотомер будет показывать завышенные значения измеряемых частот.

Но формирователь сигналов прямоугольной формы и триггер Шмитта обычно плохо работают на частотах выше единиц…десятков МГц, поэтому в режиме измерения сигналов высоких частот входной сигнал подают на делитель частоты с выхода усилителя-ограничителя.

На вход устройства, о котором пойдёт речь, можно подавать сигнал амплитудой до 300 В при частоте до 30 кГц и амплитудой до 30 В при частоте сигнала 20 МГц (кратковременно) или амплитудой до 15 В, частота 20 МГц, непрерывно.

В случае необходимости измерять частоту сигнала большей амплитуды, на вход активного щупа можно подключить дополнительный резистор. Диоды VD1 VD8 ограничивают амплитуду входных сигналов до 2 В, защищая VT1 от пробоя изолятора затвора высоким входным напряжением или статическим электричеством.

Таким образом, при измерении частоты сигналов амплитудой до 2 Вольт, щуп имеет входное сопротивление, примерно равное сопротивлению резистора R5 — 1,2 МОм.

Полевой транзистор с изолированным затвором VT1 усиливает амплитуду входного сигнала примерно в 4 раза. Входная ёмкость щупа определяется ёмкостью монтажа и ёмкостью затвора VT1, около 7 пФ. Конденсатор СЗ разделительный. Усилительный каскад на VT1 получает питание через LC фильтр L1C4.

На высокочастотных транзисторах VT2 VT4 собран предварительный формирователь сигналов прямоугольной формы. Минимальная амплитуда входного сигнала, при которой начинает работать формирователь, около 0,2 В. Для сравнения, мультиметр М320 начинает измерять частоту при амплитуде более 1,1 В. Режим работы формирователя устанавливают подстроечным резистором R16.

Конденсатор С10 повышает усиление каскада на VT3, VT4. Узел на транзисторах VT2 VT4 получает питание через LC фильтр L2C8C11.

С вывода коллектора VT4 сигнал, формой близкой к прямоугольной, поступает на триггер Шмитта, реализованный на двух логических элементах 2ИНЕ DD1.1, DD1.2 и резисторах R6, R4. Корректирующая цепочка R3, С1 предотвращает ложные срабатывания триггера. Через буферный элемент DD1.

3 сигнал прямоугольной формы поступает на вход «+1» двоичнодесятичного счётчика DD2. Счётчик DD2 в этой схеме работает как делитель частоты на 10. Сигнал частотой в 10 раз меньшей снимается не с выходов переноса, выводы 12 или 13, а с выхода «Q4» — вывод 6.

Такое решение связано с тем, что сигнал на выводах 12, 13 очень короткий, что может негативно сказаться на работе подключенного к выходу щупа частотомера.

На выходе «Q4» форма сигнала близка к меандру. Резистор R10 и диоды VD9, VD10 защитные.
На логическом элементе DD1.

4, ограничительном резисторе R12, диодах VD11, VD12, конденсаторах С9, С16 и красном кристалле светодиода HL1 собран индикатор наличия входного сигнала амплитудой более 0,2 В.

При включении питания, HL1 светит зелёным цветом, при подаче на вход устройства входного сигнала цвет свечения HL1 меняется на жёлтый. Диод VD13 защищает конструкцию от переполюсовки напряжения питания.

При напряжении питания 5 В устройство потребляет ток около 12 мА при отсутствии сигнала на входе и около 35 мА при частоте входного сигнала 15 МГц. Для сравнения, аналогичный щуп-делитель частоты на двух ТТЛ микросхемах К155ЛА3, К155ИЕ9, собранный четверть века назад, потреблял ток 240 мА.

При напряжении питания 3,3 В верхняя граница измеряемых частот
снижается до 4 МГц. Большинство деталей устройства установлены на монтажной плате размером 124×22 мм, монтаж двусторонний навесной.

Общий минусовый провод идёт по бокам с обеих сторон платы по всей ёё длине, через каждые 15…20 мм между продольными шинами общего провода установлены проволочные перемычки, таким образом, топология общего провода напоминает «лесенку».

КМОП микросхемы серии ***74АС*** при напряжении питания 5 В работоспособны на частотах до 120 МГц. В этом устройстве вместо микросхемы IN74AC00N можно применить КР1554ЛАЗ или любую из серий ***74АС00*, ***74НС00*, ***74НСТ00*.

Вместо микросхемы IN74AC192 подойдёт КР1554ИЕ6 или любая из серий ***74АС192*, ***74НС192*, ***74НСТ192*. Для удобства монтажа предпочтительнее устанавливать микросхемы в корпусах DIP. Вместо полевого транзистора КП305Д подойдёт любой из серий КП305, 2П305.

На время монтажа обязательно закорачивайте выводы этого транзистора проволочной перемычкой, иначе транзистор будет повреждён.

Резистором R8 устанавливают режим работы этого транзистора, при напряжении питания 5 В на выводе стока нужно установить напряжение 2…3 В относительно общего провода.

Чтобы не повредить этот транзистор во время подбора R8 на его место можно установить резистор сопротивлением 1 кОм, к которому потом будет параллельно установлен добавочный резистор.Транзистор КПЗОЗИ можно заменить на 2П303И, 2П303Д, КПЗОЗД.

При выборе транзистора на место VT2 учитывайте, что транзисторы серий 2П303, КПЗОЗ с буквенными индексами А, Б, В относятся к низкочастотным.

Подбором сопротивления резистора R10 устанавливают режим работы этого транзистора. Вход щупа на время подбора сопротивлений резисторов R8, R10 должен быть закорочен. Транзисторы 2SC9018 можно заменить на любые из SS9018, SS9016, КТ6113.

Вместо 5 диодов 1 N914 подойдут любые из 1 N4148, 1SS176, 1SS244, КД503, КД509, КД510, КД521, КД522. Диод 1N5393 можно заменить любым из 1 N5391 1 N5399, FR151 FR157, КД258, КД257, КД226.

Двукристальный
светодиод L59SURKNGKW можно заменить любым аналогичным краснозелёным из серий L59, L119, L239.

Конденсатор С14 любой алюминиевый оксидный или тантало вый на напряжение не ниже 6 В. Конденсатор С2 высоковольтный керамический. Остальные конденсаторы керамические для навесного и поверхностного монтажа, не экономьте на блокировочных конденсаторах.

Резисторы любые малогабаритные соответствующей мощности, в том числе SMD для поверхностного монтажа. Дроссели готовые малогабаритные промышленного изготовления, намотанные на Нобразных ферритовых сердечниках.

Чем больше индуктивность и чем меньше сопротивление обмоток этих дросселей, тем лучше.

Для конструкции использован корпус размерами 180x27x20 мм от генератора сетчатого поля для телевизоров УЛПЦТИ.

Корпус частично экранирован самоклеящейся алюминиевой фольгой, электрически соединённой с общим проводом, точка подключения к общему проводу — резистор R5.

Если вам потребуется, чтобы этот щупделитель частоты работал на более высоких частотах, то в него необходимо установить дополнительный переключатель, который бы отклю
чал входы DD1.3 от выхода DD1.2 и подключал их к выводу стока VT2.

Также может потребоваться установка на место VT2 транзистора с большим начальным током стока. Установка на место VT2 более высокочастотного транзистора из серий КП307, 2П307 может потребовать установки резистора R10 значительно меньшего сопротивления, что увеличит ток потребления, но также увеличит чувствительность щупа на высоких частотах.

При наличии на монтажной плате свободного места, вместо восьми диодов VD1 VD8, включенных параллельнопоследовательно, можно установить 16 таких же диодов, что до 4 В увеличит напряжение, при котором источник сигналов не шунтируется защитными диодами. Выводы этих диодов должны быть как можно короче, чтобы уменьшить индуктивность защитной цепи.

Делитель частоты 25 МГЦ…1 ГГц

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 [1, 2]), предназначенных для использования с низкочастотным частотомером.

Делитель, описанный в [1], при относительной простоте позволяет увеличить верхнюю частотную границу прибора всего лишь в 10 раз.

Делитель частоты из [2] 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 [3].

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 [4], и показал отличные результаты.

Рис.5

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.

Схемы делителей частоты

     Схема пробника-делителя частоты для частотомера.

Схема пробника-делителя ( Рис.1 ) хорошо подходит для измерения высокочастотных сигналов в схемах, где требуется малое вмешательство из-за возможного ухода частоты.

Предлагаемый пробник-делитель к частотомеру предназначен для измерения частоты в диапазоне 60 – 2300 МГц. Входной сигнал через ФВЧ С2L1 с частотой среза Fc = 55 МГц поступает на вход СВЧ усилителя на VT1.

Его исток заземлён по переменному току конденсаторами С7, С8.

  Диоды VD1, VD2 защищают вход VT1 от перегрузки по напряжению. Усиленный сигнал подаётся на первый счётчик-делитель DD1 (коэффициент деления 4), второй делитель DD2 (4) и на третий делитель DD3 (10). Далее сигнал через преобразователь ЭСЛ/ТТЛ на транзисторах VT2, VT3 поступает на выход (ХР2).

  Катушка L1 – бескаркасная, имеет 8 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,5 мм и наматывается на оправке 5 мм. В качестве DD2 можно применить микросхему К193ИЕ7. Если в качестве DD1 использовать К193ИЕ5, верхний диапазон измеряемых частот снизится до 1,5 – 1,7 ГГц.

   Отдельные экземпляры ИМС К193ИЕ7 устойчиво работают на частотах 2,7 – 2,9 ГГц. Делитель выполнен поверхностным монтажом и заключён в латунный экран, однако возможно применение обычного монтажа.

При использовании фольгированного текстолита (е = 4,7) ширина печатных дорожек входных сигнальных цепей (сток-исток VT1, вход DD1) должна быть примерно 1,5 мм, а для фольгированного фторопласта (е = 2,9) – 3 мм (при толщине материала подложки 1 мм).

  Делитель рассчитан на низкоомную нагрузку и имеет низкое входное сопротивление (50 ом).

Для измерения сигналов высокоомных источников элементы R1, R2, C1, VD1, VD2 необходимо исключить, а ёмкость С2 – уменьшить до 1 пФ.

При этом во избежание пробоя  VT1 не рекомендуется измерять СВЧ колебания большой амплитуды. Делитель для удобства работы можно оснастить съёмными низкоомным и высокоомным зондами.

  Данная схема хорошо демонстрирует построение высокочастотного делителя. В ней можно применять в качестве первых делителей микросхемы:

                   *К193ИЕ5 ( на 4 с максимальной частотой 1 – 1,5 ГГц );

                   *SP8610 ( на 4 предел 1 ГГц );

                  *К193ИЕ7 ( на 4 предел 2 – 2,5 ГГц );

                  *К193ИЕ2 ( на 10 предел 500 МГц );

                  *SP8685 ( на 10 предел 600 МГц ).

  В качестве последующих делителей могут быть применены следующие микросхемы:

                 *К500ИЕ137 ( на 10 предел 125 МГц );

                *К500ИЕ136 ( на 16 предел 125 МГц );

                *К531ИЕ14 ( на 10 предел 80 МГц ).

  Их следует компоновать для получения требуемого коэффициента деления и максимальной частоты счёта. Только необходимо при соединении каскадов на ЭСЛ микросхемах с каскадами на ТТЛ и КМОП после ЭСЛ включить буферный каскад, подобный каскаду на VT2 ( Рис.1 ) для согласования логических уровней.

      Схема высококачественного пробника-делителя.

Ещё лучшим вариантом для высокочастотного делителя будет применение специализированной микросхемы фирмы Phillips SAB6456 (Рис.2).

   Этот делитель имеет следующие параметры:

                                 *  коэффициент деления  …………………………………….  64/256;

                                 *  напряжение питания  ……………………………….….  4,5 – 5,5В;

                                 *  ток потребления  ……………………………………………….. 21 мА;

                                 *  входная частота  ……………………………………  70 – 1000 МГц;

                                 *  чувствительность  ……………………………………………………  1 В;

Если оставить вывод 5 микросхемы SAB6456 свободным, её коэффициент деления будет 64, при заземлённом выводе – 256.

  Делитель обладает очень высокой чувствительностью, частотомер с этим делителем можно также использовать как индикатор частоты для обнаружения ВЧ передатчиков, принимая сигнал на телескопическую антенну.

В. Г.  Белолапотков, А. П. Семьян  «500 схем для радиолюбителей  ШПИОНСКИЕ ШТУЧКИ И НЕ ТОЛЬКО» Наука и техника, Санкт-Петербург, 2007г, стр. 240 — 243.

Похожее

СВЧ-делитель для частотомера

» Схемы » Измерения · Цифровые

20-09-2005

В. Федоров
РЛ 3/2000

Предлагаемый пробник-делитель к частотомеру предназначен для измерения частоты в диапазоне 60…2300 МГц. Входной сигнал через ФВЧ C2-L1 с частотой среза fc=55 МГц поступает на вход СВЧ-усилителя на VT1. Его исток заземлен по переменному току конденсаторами С7, С8.

Диоды VD1, VD2 защищают вход VT1 от перегрузки по напряжению. Усиленный сигнал подается на первый счетчик-делитель DD1 (коэффициент деления – 4), второй делитель DD2 (4) и на третий делитель DD3 (10).

Далее сигнал через преобразователь ЭСЛ/ТТЛ на транзисторах VT2, VT3 поступает на выход делителя (ХР2).

Поскольку коэффициент деления пробника равен 16, показания частотомера нужно соответственно умножать на 16.

Для частотомера на основе микроЭВМ нужно доработать программное обеспечение,чтобы результирующая частота перед выводом на индикатор умножалась на 16.

При этом на 8-разрядном индикаторе левая крайняя цифра будет отображать единицы гигагерц. Для удобства отсчета целесообразно “засветить” в четвертом слева разряде точку (запятую).

Налаживание пробника производится так. Отсоединяют левый вывод С6 и подают на него от генератора сигнал частотой 1,6 ГГц с амплитудой около 1 В. Подключенный к делителю частотомер покажет частоту 1 МГц.

Если частотомер перестроен по вышеуказанной методике, он покажет частоту 16 МГц, что соответствует на самом деле 1,6 ГГц или 1600 МГц. Восстанавливают соединение С6 и подают на ХР1 сигнал той же частоты с амплитудой не более 100 мВ.

При этом частотомер должен устойчиво регистрировать искомую частоту. В противном случае подбирают R5 и устанавливают ток стока VT1 8…9 мА.

Катушка L1 – бескаркасная, имеет 8 витков провода ПЭВ-2 00,5 мм и наматывается на оправке 05 мм. В качестве DD2 можно применить микросхему К193ИЕ7. Если в качестве DD1 использовать К193ИЕ5, верхний диапазон измеряемых частот снизится до 1,5…1,7 ГГц. Отдельные экземпляры ИМС К193ИЕ7 устойчиво работают на частотах 2,7…2,9 ГГц.

Пробник выполнен поверхностным монтажом и заключен в латунный экран, однако возможно применение обычного монтажа.

При использовании фольгированного текстолита (е = 4,7) ширина печатных дорожек входных сигнальных цепей (сток-исток VT1, вход DD1) должна быть примерно 1,5 мм, для фольгированного фторопласта (е=2,9) – Змм (при толщине материала подложки 1 мм).

Пробник рассчитан на низкоомную нагрузку и имеет низкое входное сопротивление (50 Ом).

Для измерения сигналов высокоомных источников, элементы R1, R2, С1, VD1, VD2 необходимо исключить, а емкость С2 – уменьшить до 1 пФ.

При этом во избежание пробоя VT1 не рекомендуется измерять СВЧ-колебания большой амплитуды. Пробник, для удобства работы, можно оснастить съемными низкоомным и высокоомным зондами.

Входной делитель для частотомера

Большинство самодельных радиолюбительских частотомеров строятся на микросхемах серий К155 или К555 ТТЛ логики, которые не в состоянии уверенно работать на частотах более 15-20 МГц.

Отсюда и верхняя частота измерения таких приборов редко превосходит 10 МГц, хотя, следует заметить, что некоторые экземпляры микросхем К555 и К133 могут работать и на частотах до 30 МГц.

Чтобы расширить диапазон измерения таких приборов до 100-300 МГц (в зависимости от верхнего предела частотомера 10-30 МГц) необходимо на их входе включить высокочастотный делитель на десять.

Схема одного из вариантов такого делителя показана на рисунке.

Входное сопротивление приставки 75 Ом, чувствительность по входу 0,5 В. Диоды VD1 и VD2 совместно с R1 представляют собой ограничитель входного напряжения, который предохраняет вход приставки от выхода из строя от перенапряжения.

Затем следует высокочастотный диференциальный усилитель, построенный на одном из элементов микросхемы D1 (D1.1). Этот усилитель поднимает уровень входного напряжения до логического уровня и ограничивает его.

Далее следует триггер Шмидта на втором элементе D1 — D1.2. Триггер Шмидта формирует из входного сигнала произвольной формы импульсы логического уровня.

Декадный делитель собран на четырех D-триггерах, входящих в состав двух микросхем D2 и D3.

Особенность микросхем серии К500 состоит в том, что все их выходы выполнены по открытой схеме и для их функционирования необходимы нагрузочные резисторы, на которых и будут формироваться логические уровни. По этому, на выходах всех этих микросхем включены нагрузочные резисторы сопротивлением по 510 Ом. Без этих резисторов схема функционировать не будет.

Питается приставка от источника напряжением 5В, потребляя ток при работе на частотах до 100 МГц примерно 100 мА, а на частотах до 300 МГц потребление может доходить до 200-500 мА.

В связи с этим не рекомендуется длительное время работать на такой высокой частоте, поскольку это вызывает перегрев микросхем.

Заявленная чувствительность 0,5 В тоже действительна только на частотах до 100-150 МГц, на максимальных частотах (до 300 МГц) чувствительность падает до 1-2 В.

Приставка монтируется полуобъемным способом в коробчатом корпусе спаянным из пластин фольгированного стеклотекстолита.

На одном торце располагается коаксиальный высокочастотный входной разъем, а с противоположного торца выводится коаксиальный кабель с штекером, предназначенным для включения во входной разъем частотомера, а также отдельный проводник по которому подается +питания 5В (минус поступает по оплетке выходного кабеля).

Роль согласующего устройства выполняет входной усилитель-формирователь исходного частотомера.

Еще интересно почитать:

Делитель частоты для программного частотомера

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:

Делитель частоты для программного частотомера

Делитель частоты для программного частотомера

При использовании программного частотомера и осциллографа измерение частот сигналов ограничено, обычно, границами частотного спектра звуковой карты компьютера.

Чтоб иметь возможность измерить частоты выше 20 кГц, также поглядеть их форму и диапазон на осциллографе, можно применить простой делитель частоты. Проще всего его можно воплотить при помощи цифровых микросхем – десятичных счетчиков.

Каждый таковой счетчик выдает на соответственном выходе сигнал, наименьший входного по частоте в 10 раз. На рис.1 представлена схема такового делителя частоты.

При использовании 2-ух микросхем-счетчиков входной сигнал можно поделить на 10 дважды, другими словами получить на выходе сигнал, частота которого будет меньше входного в 10 и 100 раз. Коммутация кратности деления частоты делается с помощью обычного тумблера S1 на два положения.

В качестве счетчиков можно применить любые МС (десятичные счетчики), лучше КМОП-технологии, так как такие микросхемы некритичны к питающему напряжению и отлично работают с различными уровнями сигналов, как цифровых, так и аналоговых.

В приведенной схеме использованы микросхемы К164ИЕ2, можно использовать и другие, функционально аналогичные, к примеру 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), чтоб исключить возможность возникновения на их наведенного напряжения помех.

Конструкция делителя показана на фото ниже (прошу извинить за низкое разрешение рисунки, на этот момент нет наилучшего фото!). Схема собрана на печатной плате, на которой протравлены только контактные площадки под ножки микросхем. Все соединения изготовлены одножильным проводом в изоляции, так как схема обычная и соединений минимум.

Щуп делителя изготовлен из отрезка провода в экране. В качестве наконечника щупа можно использовать, к примеру, узкий гвоздь длиной 4 – 5 см.

Провод паяется к гвоздю хоть каким обыденным припоем на таблетке аспирина (обычного «советского»). Аспирин отлично подменяет паяльную кислоту при пайке железа.

Потом провод с наконечником-гвоздем можно воткнуть, к примеру, в корпус пустой шариковой ручки.

Экран входного провода необходимо 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 маленькими 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, к примеру от батареи типа «Крона», то следует соединить общий провод делителя с общим проводом измеряемой схемы отдельным проводником.

Для наилучшего согласования входа делителя с измеряемой схемой и для уменьшения обоюдного влияния можно на входе данного делителя добавить какой-нибудь обычный согласующий каскад с как можно более высочайшим входным сопротивлением. К примеру таковой:

Подстроечным резистором VR1 выставляют режим работы транзистора, чтоб не было ограничения («срезки») входного сигнала по амплитуде снизу и сверху (можно держать под контролем форму сигнала при помощи программного осциллографа на выходе делителя частоты). Транзистор – хоть какой маломощный, к примеру КТ315, КТ342, КТ3102….

Для наглядной демонстрации работы делителя ниже приводится снимок экрана, где измеряется ВЧ сигнал с частотой порядка 900 кГц (тумблер S1 в положении «1/100»). Показания частотомера в данном случае, естественно, Необходимо помножить на 100:

Многофункциональный частотомер на PIC16F84A

Частотомер на PIC16F84A , с изменением времени измерения (0,1; 1 и 10 с),

диапазон измерения частоты от 0,1 Гц.. далее в статье подробней

После собранного мной простого  частотомера на PIC 16F628A . Попалась мне на глаза схема еще одного частотомера на PIC16F84A (спасибо пользователю Seal с радиокота) . По своим параметрам этот частотомер гораздо интересней, при этом он также очень простой.

Основные технические характеристи­ки частотомера следую­щие: диапазон измерения частоты — 0,1 Гц.. .60 МГц (реально верхняя граница выше); порог чувствительности по вход­ному напряжению — 0,08…0,15 В (амп­литудное значение); минимальное на­дежно фиксируемое прибором значение частоты синусоидального сигнала — 2 Гц (амплитудой 0,15 В); максимальная амп­литуда входного сигнала — 3 В.

Питается прибор от батареи типа “Крона” (воз­можно использование внешнего источ­ника напряжением 7… 16 В), потребляе­мый ток — 10…12 мА.

Предусмотрено изменение времени измерения (0,1; 1 и 10 с), умножение показаний на 1000 (при применении внешнего делителя ча­стоты), удержание показаний, запись од­ного значения частоты в энергонезави­симую память и возможность последую­щего считывания.

Схема

Цена младшего разряда — 10,1 или 0,1 Гц соответственно. При вре­мени измерения 0,1; 1 и 10 с макси­мально на ЖКИ может отображаться семь, восемь или девять разрядов, т. е. максимальное отображаемое значение равно соответственно 99,999.99, 99,999.999 или 99,999.999.9 МГц.

После сборки схемы остается только откалибровать по образцовому генератору, частоту кварцевого генератора конденсатором С10 (рис.1)

Входной формирователь имеет низкое входное сопротивление, что является его небольшим недостатком.Для повышения входного сопротивления частотомера, между входом частотомера и входом формирователя, необходимо включить некое буферное устройство с высоким входным и низким выходным сопротивлением.

На транзисторах VT1 и VT2 собрано буферное устройство, а на транзисторе VT3 – входной формирователь. Входное сопротивление буферного устройства – около 500 ком.

Схема буферного устройства приведена на рисунке:(подробней на http://progcode.narod.ru  )

Соедините правый по схеме вывод резистора R11 с точкой соединения 2-го и 3-го выводов ПИКа, и Вы получите ЧМ/ЦШ с входным сопротивлением около 500 ком.

Автор этого многофункционального частотомера  А. ШАРЫПОВ, г. Владимир. 

Архив статьи здесь Frec.rar

Печатная плата с буферным устройством без автоотключения.

Печатная плата от пользователя Seal с автоотключением.

От пользователя Bobruska, архив файлов, в котором имеется прошивка с латинскими буквами для этого частотомера.

В архив добавлены: Правленные Исходник (ASM) и Прошивка (HEX), комилятор (PIC-MPASM), кодовые таблицы контроллеров HD44780 (En-Ru) и ST7066U (En-Jp), фото дисплея с английским шрифтом.
Размер архива ~1.3M 

You have no rights to post comments.
Недостаточно прав для комментирования

ЧАСТОТОМЕР

Каталог принципиальных схем – Измерительная техника ЧАСТОТОМЕР

Параметры предлагаемого частотомера приведены в табл. 1.

Режим работы
Частотомер

Частотомер

Цифровая шкала

Диапазон измерений

1 Гц..20 МГц

1 МГц..200 МГц

1 МГц..200 МГц

Дискретность

1Гц

10 Гц

100 Гц

Чувствительность

40 мВ

100 мВ

100 мВ

Данный частотомер, на мои взгляд, обладает целым рядом преимуществ по сравнению с предшествующими:

– современная дешевая и легко доступная элементная база; – максимальная измеряемая частота – 200 МГц; – совмещение в одном приборе частотомера и цифровой шкалы; – возможность увеличения максимальной измеряемой частоты до 1,2 ГГц при незначительной доработке входной части прибора; – возможность коммутации во время работы до 4 ПЧ. Измерение частоты осуществляется классическим способом: подсчет количества импульсов за фиксированный

интервал времени.

Принципиальная схема представлена на рис.1.

Входной сигнал через конденсатор С4 поступает на базу транзистора VT1, который усиливает входной сигнал до уровня, необходимого для нормальной работы микросхемы DD2. Микросхема DD2 193ИЕЗ представляет собой высокочастотный делитель частоты, коэффициент деления которого равен 10.

Ввиду того что в используемое микроконтроллере К1816ВЕ31 максимальная частота счетного входа Т1 f=Fкв/24, где Fкв – частота используемого кварца, а в частотомере Fкв=8,8672 МГц, сигнал с высокочастотного делителя поступает на дополнительный делитель частоты, представляющий собой десятичный счетчик DD3. Процесс измерения частоты начинается с обнуления делителя DD3, сигнал сброса которого поступает с вывода 12 микроконтроллера DD4. Сигнал разрешения прохождения измеряемого сигнала на десятичный делитель поступает с вывода 13 DD4 через инвертор DD1.1 на вывод 12 DD1.3.

По окончании фиксированного интервала времени измерения на выводе 13 DD4 появляется высокий уровень, который через инвертор DD1.1 запрещает прохождение измеряемого сигнала на делитель DD3, и начинается процесс преобразования накопленных импульсов времени в частоту, а также подготовка данных для вывода на индикацию.

/img/f-me

tr1.gif

Данный прибор имеет возможность работы как в высокочастотном, так и в низкочастотном диапазонах. При работе в низкочастотном диапазоне переключатель S1 необходимо установить в верхнее положение и сигнал подавать на вход 2 (вывод 9) платы частотомера. Для измерения частоты от 1 Гц до 20 МГц необходимо использовать формирователь, предложенный в [1].

Программа работы микроконтроллера находится в ПЗУ DD8, микросхема DD5 используется для мультиплексирования адресов микроконтроллера. Прошивка ПЗУ для работы прибора в качестве частотомера приведена в табл.2.

Для получения максимальной эффективности использования микроконтроллера в приборе применена динамическая индикация.

При использовании данного прибора в качестве цифровой шкалы на вывод 22 DD8 необходимо с помощью переключателя S2.3 подать высокий уровень. Выбор значения ПЧ производится путем соединения выводов 10,11 микросхемы DD4 с землей.

Вход 3 (вывод 5) платы частотомера предназначен для включения выбранной промежуточной частоты (например при переходе с приема на передачу). Во время работы прибора в режиме цифровой шкалы младшие разряды индикатора показывают сотни герц.

Работе прибора в режиме цифровой шкалы соответствует иная прошивка ПЗУ.

Печатная плата (рис.2, рис.3, рис.4) изготовлена из двухстороннего стеклотекстолита размерами 100х130 мм. Индикатор крепится непосредственно на печатной плате двумя хомутами из обычного монтажного провода. Для установки микросхемы DD8 предусмотрена панелька.

При разводке платы предусматривалась необходимость размещения транзистора VT1 в максимальной близости к DD2. Вокруг VT1 и DD2 оставлено возможно большее количество фольги с обеих сторон с целью экранирования высокочастотных цепей.

В конструкции в качестве индикатора HL1 применен ИВ-18 как наиболее популярный в радиолюбительских конструкциях. В случае необходимости миниатюризации конструкции индикатор ИВ-18 может быть заменен на ИВ-21, который имеет значительно меньшие габаритные размеры.

В этом случае необходимо уменьшить напряжение накала и отрицательное напряжение на катоде согласно паспортным данным. Микросхему DD1 желательно применять серии 1533 как более высокочастотную.

Для питания частотомера можно использовать блок питания, подробно описанный в [2]. Нужно только увеличить напряжение от -20 В до -30 В и напряжение накала – до 4,8 В при использовании индикатора ИВ-18. В указанной схеме блока питания желательно диод КД503 заменить на стабилитрон КС133, что исключает ложную подсветку сегментов индикатора.

Наладку частотомера следует начинать с проверки на обрыв всех без исключения соединительных проводников печатной платы, затем проверить на отсутствие замыкания соседних на печатной плате соединительных проводников.

Сразу же после подачи питания на частотомер проконтролируйте ток потребления по напряжению +5 В. Он не должен превышать 250 мА. Затем измерьте напряжение на коллекторе VT1, оно должно находиться в пределах 2,0 В…3,0 В.

Установка указанного напряжения осуществляется подбором резистора R3. При безошибочном монтаже,

исправных деталях и отсутствии ошибок в программе окончательное налаживание прибора заключается в точной установке частот задающего генератора микроконтроллера с помощью конденсатора С7 в соответствии с показаниями образцового частотомера.

Благодаря программно-управляемому процессу измерения можно путем незначительного изменения программы микроконтроллера применять недесятичные высокочастотные дели-. тели. Автором были опро-бованы в данном приборе микросхемы 193ПП1 (коэффициент деления – 704), 193ИЕ6 (коэффициент деления – 256).

Испытания показали, что максимальная частота измеряемого сигнала достигает значения 1 ГГц. Наиболее предпочтительной оказалась микросхема 193ПЦ1,т.к. она имеет входной усилитель. Микроконтроллер К181ВЕ51 можно заменить на К1816ВЕ31, К1830ВЕ31, К1830ВЕ51 или их зарубежные аналоги – 8031, 80С31.

При отсутствии микросхемы 193ИЕЗ можно заменить ее микросхемой К500ИЕ137, включив ее по типовой схеме.

Литература

1. Бирюков С. Цифровой частотомер//Радио. – 1981.-N10.-C.44. 2.. Хлюпин Н. Цифровой частотомер//Радиолюби-тель.- 1994.- N 11.

3. Сташин В.В. Проектирование цифровых устройств. – 1990.