Схема, описание. Частотомер на микросхемах серии К176. Схема, описание г. Таганрог, Ростовская обл

Большинство конструкций цифровых частотомеров, описанных в литературе, содержит немало дефицитных компонентов, а в качестве источника стабильной частоты в таких приборах применяется дорогостоящий кварцевый резонатор. В итоге частотомер получается сложным и дорогим.

Предлагаем читателям описание простого частотомера с цифровым отсчетом, источником стабильной (эталонной) частоты в котором служит сеть переменного тока 50 Гц. Прибор найдет применение при различных измерениях в радиолюбительской практике, например в качестве калиброванных шкал в генераторах звуковой частоты, повышающих их достоверность, или вместо громоздких конденсаторных частотомеров. Со светодиодными или магнитными датчиками данный прибор можно применять для контроля числа оборотов электродвигателей и т. д.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ЦИФРОВОГО ЧАСТОТОМЕРА:

диапазон измеряемых частот, Гц…….. 10-999.9Х10 3

действующее значение входного напряжения, В…….0,02-5

время измерения, с …. 0,01; 0,1; 1

потребляемая мощность, Вт …. 3

погрешность измерения,счета……..±4Х10 -3 ±1.

Суммарная относительная погрешность измерения частоты определяется соотношением:

б1=±бэт± 1/N,

где бэт - частотная погрешность эталонной частоты;

1/N - погрешность дискретности (не зависит от измеряемой частоты и равна ±1 счета младшего разряда).

Из приведенной формулы видно, что погрешность измерений находится в прямой зависимости от стабильности частоты сети 50 Гц. Согласно ГОСТу нестабильность частоты сети 50 Гц составляет ±0,2 Гц за 10 минут. Следовательно, относительную погрешность частотомера можно считать равной ±4Х10 -3 ±1 счета. При практических измерениях относительная погрешность частотомера составила ±2Х Х10 -3 ±1 счета.

Действие частотомера основано на подсчете количества периодов измеряемого сигнала за эталонные (0,01; 0,1; 1 с) промежутки времени. Результаты измерений отображаются на цифровом табло и автоматически повторяются через определенные промежутки времени.

Частотомер (рис. 1) включает в себя: усилитель-формирователь входного сигнала, временной селектор, декадный счетчик, цифровой индикатор, формирователь сети, формирователь эталонных временных интервалов, устройство управления и сброса, блок питания.

В усилителе-формирователе происходит усиление и преобразование сигнала измеряемой частоты fx в прямоугольные импульсы той же частоты, которые поступают на один из входов временного селектора. На другой его вход подают с устройства управления и сброса прямоугольные импульсы эталонных временных интервалов. В формирователе сети вырабатываются прямоугольные импульсы частотой 100 Гц.

Время измерения, в течение которого открыт селектор, выбирают переключателем SA. В момент прихода эталонного импульса временной селектор открывается и на его выходе появляется пачка прямоугольных импульсов измеряемой частоты fx. Длительность пачки соответствует длительности эталонного импульса, «выбранного переключателем SA. Далее происходит подсчет импульсов в пачке и индикация их на цифровом табло.

По истечении времени индикации импульс сброса (с устройства управления и сброса) воздействует на временной селектор и декадный счетчик- табло очищается, а селектор подготавливается к новому циклу измерений.

Принципиальная схема частотомера - на рисунке 2. Входной сигнал измеряемой частоты усиливается резис-тивным усилителем на транзисторе VT1 и окончательно формируется элементами DD4.1, DD4.2 в последовательность прямоугольных импульсов измеряемой частоты. Входная цепь VT1 имеет защиту по току (R3) и напряжению (VD1). С вывода 6 DD4.2 импульсы прямоугольной формы входного сигнала поступают на один из входов (вывод 9 DD4.3) временного сейектора. На второй вход (вывод 10 DD4.3) подают прямоугольные импульсы эталонных интервалов времени. По окончании действия эталонного импульса временной селектор блокируется, входные импульсы на счетчик не проходят.

Подсчет входных импульсов осуществляется четырехразрядным счетчиком на микросхемах DD6-DD9, а индикаторы HG1-HG4 показывают частоту входного сигнала в цифровой форме.

На диодах VD10-VD13 выполнен выпрямитель сетевого напряжения. Пульсирующее (с частотой 100 Гц) напряжение преобразуется триггером Шмитта (DD1.1, DD1.2) в прямоугольные импульсы частотой 100 Гц, которые затем поступают на двухступенчатый декадный делитель DD2, DD3. Таким образом, на выходах микросхем DD1.2 (вывод 11), DD2 (вывод 5), DD3 (вывод 5) получают импульсы эталонных временных интервалов 0,01, 0,1 и 1 с. Время измерения устанавливают переключателем SA2.

Устройство управления и сброса состоит из D-триггеров DD5.1 и DD5.2 и транзисторов VT2 и VT3. Счет частоты входного сигнала начинается, когда передний фронт эталонного импульса поступает с переключателя SA2.1 на вход D триггера DD5.1, который переключается в «единичное» состояние.

Рис. 1. Блок-схема частотомера:

1 - усилитель-формирователь входного сигнала, 2 - временной селектор, 3 - декадный счетчик, 4 - цифровой индикатор, 5 - формирователь сети, 6 - формирователь эталонных временных интервалов, 7 - устройство управления и сброса, 8 - блок питания.

На вывод 10 DD4.3 временного селектора с триггера DD5.1 (вывод 5) поступает сигнал логической 1 и разрешает проход прямоугольных импульсов входной частоты на вход счетчика DD6 (вывод 4). По истечении выбранного эталонного интервала времени (0,01, 0,1, 1 с) на вход D триггера DD5.1 вновь поступает эталонный импульс, триггер возвращается в исходное состояние, блокируя временной селектор и переключая в «единичное» состояние триггер DD5.2. Начинается процесс индикации частоты входного сигнала на цифровом табло.

На выводе 9 DD5.2 появляется сигнал логической 1, и через резистор R11 начинается процесс заряда конденсатора С5. Как только напряжение на базе транзистора VT2 достигнет напряжения примерно 1,2 В, транзистор откроется и на его коллекторе появится короткий отрицательный импульс, который через МС DD1.3, DD1.4 переключит триггер DD5.2 в исходное состояние. Конденсатор С5 через диод VD2 и микросхему DD5.2 быстро разрядится почти до нуля.

Рис. 2. Принципиальная схема прибора:

DD 1, DD 4 К155ЛАЗ; DD 3 К155ИЕ1; DD 5 К.155ТМ2; DD 6- DD 9 К176ИЕ4; VD 6- VD 9 Д226А, VD 10- VD 13 Д9Б, HG 1- HG 4 ИВ ЗА.

Рис. 3. Внешний вид частотомера.

Р ис. 5. Схема расположения элементов в корпусе частотомера:

1 - сетевой индикатор, 2 - тумблер включения сети, 3 - силовой трансформатор, 4 - держатель предохранителя, 5 - печатная плата, 6 - светофильтр, 7 - переключатель временных интервалов.

Отрицательный импульс сброса на коллекторе VT2 инвертируется транзистором VT3, воздействуя на входы R микросхем DD6-DD9 и сбрасывая показания - индикация результатов измерения прекращается. По приходу фронта следующего эталонного импульса процесс повторяется.

В частотомере применены резисторы МЛТ-0,25, конденсаторы К50-6 и КЛС. Указанные в схеме транзисторы КТ315 и КТ361 (с любым буквенным индексом) заменяются любыми кремниевыми высокочастотными транзисторами соответствующей структуры. Вместо диодов КД522Б можно использовать любые из серии КД521, КД520. Диод ГД511Б можно заменить на Д9.

Микросхемы серии К155 могут быть заменены на аналогичные серии К133. Индикаторы ИВ-ЗА заменяются на ИВ-3. Трансформатор блока питания имеет мощность 5-7 Вт. Напряжение на обмотках: II - 0,85 В (ток 200 мА), III - 10 В (ток 200 мА), IV - 10 В (ток 15 мА). Диодные мосты VD6- VD9 и VD10-VD13 можно запитать от одной 10 В обмотки (ток не менее 220 мА). Транзистор VT4 имеет радиатор 20X30X1 мм, выполненный из двух алюминиевых пластин, которые при помощи винта МЗ и гайки прикреплены к транзистору с двух сторон.

Рис. 4. Печатная плата со схемой расположения элементов.

Частотомер изготовляется с целью замены калиброванной шкалы в генераторе низкой частоты (ГНЧ). Из генератора удален оцифрованный барабан. В окне табло, закрытом прозрачным оргстеклом с зеленым светофильтром, размещены цифровые индикаторы (рис. 3).

Частотомер может быть использован и по своему прямому назначению. Для этого введен переключатель SA1, расположенный на передней панели генератора.

Печатная плата частотомера изготовлена из фольгированного гетинакса толщиной 1,5-2 мм (рис. 4). Соединение индикаторов HG1-HG4 с интегральными микросхемами DD6-DD9 производится со стороны печатных проводников.

Все соединения желательно выполнить одножильным изолированным проводом (например, 0 0,3 мм из телефонного кабеля). Цепи переменного тока - многожильным проводом 0 0,7-1,5 мм.

Рис. 6. Конструкция корпуса: нижняя (1) и верхняя (2) П-образные панели. Отверстия под органы управления сверлятся по месту.

Необходимо обратить внимание на правильную установку цифровых индикаторов HG1 - HG4. Они должны быть размещены в одной плоскости и на одном уровне и отстоять от передней кромки печатной платы на расстоянии 2-3 мм. Резистор R18 и све-тодиод VD6 расположены на передней панели прибора. Вариант расположения узлов в частотомере (без ГНЧ) показан на рисунке 5.

Рис. 7. Схема подсоединения переключателя для измерения периода сигналов.

Корпус прибора с указанием необходимых размеров - на рисунке 6. Он изготовлен из дюралюминия Д16АМ толщиной 1,5 мм. Верхняя и нижняя П-образные половины корпуса соединяются с помощью дюралюминиевых уголков 12Х 12 мм, наклепанных на нижнюю половину корпуса, в которых просверлены отверстия и нарезана резьба МЗ.

Печатная плата крепится к днищу частотомера при помощи винтов МЗ и пластмассовых втулок высотой 10 мм.

У микросхем DD2 и DD3 перед установкой на печатную плату третью и двенадцатую ножки необходимо укоротить до утолщения.

Налаживание прибора начинают с проверки монтажа, далее измеряют напряжения блока питания, которые должны соответствовать указанным на принципиальной схеме.

На цифровом табло высветятся нули. Это говорит о работоспособности частотомера. Переключают SA2 в крайнее правое (по схеме) положение, а на вход частотомера (при помощи перемычки) подают с вывода 11 DD1.2 прямоугольные импульсы частотой 100 Гц. На табло высвечивается число 0.100. В случае другой комбинации цифр, подбирая R2, добиваются правильной работы формирователя сети.

Завершающую настройку изготовленного частотомера производят при помощи генератора, осциллографа и промышленного частотомера, например Г4-18А, С1-65 (Н-313), 43-30.

На вход частотомера (R3) подают сигнал частотой 1 МГц и напряжением 0,02 В. Подбирая резистор R5, добиваются максимального усиления транзистора VT1. Изменяя частоту и амплитуду входного сигнала, контролируют работу частотомера в соответствии с техническими характеристиками, сличая показания с приборами заводского изготовления.

Если необходимо измерять низкие частоты с большой точностью, следует увеличить вр.емя счета. Для этого формирователь эталонных временных интервалов необходимо дополнить еще одним декадным делителем (включив его так же, как DD2 и DD3), увеличив время счета до 10 с.

Можно также измерять не частоту входного, сигнала, а его период. Для. этого следует ввести в частотомер дополнительный переключатель, схема которого показана на рисунке 7.

В. РАСТВОРОВ,

г. Таганрог, Ростовская обл.

«Моделист-Конструктор» 10 1990

OCR Pirat

Рис. 2. Принципиальная схема прибора:

DD 1, DD 4 К155ЛАЗ; DD 3 К155ИЕ1; DD 5 К.155ТМ2; DD 6- DD 9 К176ИЕ4; VD 6- VD 9 Д226А, VD 10- VD 13 Д9Б, HG 1- HG 4 ИВ ЗА.

Рис. 3. Внешний частотомера.

Р . 5. Схема расположения элементов в корпусе частотомера:

1 - сетевой индикатор, 2 - сети, 3 - силовой , 4 - держатель предохранителя, 5 - печатная плата, 6 - светофильтр, 7 - переключатель временных интервалов.

Микросхемы серии К155 могут быть заменены на аналогичные серии К133. Индикаторы ИВ-ЗА заменяются на ИВ-3. Трансформатор блока питания имеет 5-7 Вт. Напряжение на обмотках: II - 0,85 В (ток 200 мА), III - 10 В (ток 200 мА), IV - 10 В ( 15 мА). Диодные VD6- VD9 и VD10-VD13 можно запитать от одной 10 В обмотки (ток не менее 220 ). VT4 имеет радиатор 20X30X1 мм, выполненный из двух алюминиевых пластин, которые при помощи винта МЗ и гайки прикреплены к транзистору с двух сторон.

Рис. 4. Печатная плата со схемой расположения элементов.

Частотомер изготовляется с целью замены калиброванной шкалы в генераторе низкой частоты (ГНЧ). Из генератора удален оцифрованный . В окне , закрытом прозрачным оргстеклом с зеленым светофильтром, размещены цифровые индикаторы (рис. 3).

Частотомер может быть использован своему прямому назначению. Для этого введен переключатель SA1, расположенный на передней панели генератора.

Печатная частотомера изготовлена из фольгированного гетинакса толщиной 1,5-2 мм (рис. 4). индикаторов HG1-HG4 с интегральными микросхемами DD6-DD9 производится со печатных проводников.

Все желательно выполнить одножильным изолированным проводом (например, 0 0,3 мм из телефонного кабеля). переменного тока - многожильным проводом 0 0,7-1,5 мм.

Рис. 6. корпуса: нижняя (1) и верхняя (2) П-образные панели. Отверстия органы управления сверлятся по месту.

Необходимо обратить на правильную установку цифровых индикаторов HG1 - HG4. должны быть размещены в одной плоскости и на одном уровне и отстоять от передней кромки печатной платы на расстоянии 2-3 мм. Резистор R18 и све-тодиод VD6 расположены на передней панели прибора. расположения узлов в частотомере (без ГНЧ) показан на рисунке 5.

Рис. 7. Схема подсоединения переключателя для измерения периода сигналов.

Прибора с указанием необходимых размеров - на рисунке 6. Он изготовлен из дюралюминия Д16АМ толщиной 1,5 мм. Верхняя и нижняя П-образные половины корпуса соединяются с помощью дюралюминиевых уголков 12Х 12 мм, наклепанных на нижнюю половину корпуса, в которых просверлены отверстия и нарезана резьба МЗ.

Крепится к днищу частотомера при помощи винтов МЗ и пластмассовых втулок высотой 10 мм.

На цифровом табло высветятся нули. Это говорит о работоспособности частотомера. Переключают SA2 в крайнее правое (по схеме) , а на вход частотомера (при помощи перемычки) подают с вывода 11 DD1.2 прямоугольные импульсы частотой 100 Гц. На табло высвечивается 0.100. В случае другой комбинации цифр, подбирая R2, добиваются правильной работы формирователя сети.

Если необходимо измерять низкие частоты с большой точностью, следует увеличить вр. емя счета. Для этого формирователь эталонных временных интервалов необходимо дополнить еще одним декадным делителем (включив его так же, как DD2 и DD3), увеличив время счета до 10 с.

Можно также измерять не частоту входного, сигнала, а его . Для. этого следует ввести в частотомер дополнительный , схема которого показана на рисунке 7.

В. РАСТВОРОВ,

г. , Ростовская обл.

Настройка микропроцессорной аппаратуры, конструирование КВ трансиверов, цифровых приемников, ремонт электронных
игрушек, телевизоров, видеомагнитофонов — вот далеко неполный перечень приборов, нуждающихся в простом высокочастотном цифровом частотомере.

Основные технические характеристики

Напряжение питания………………………………5 В
Ток потребления…………………………….>150 мА
Разрядность (с возможностью расширения)…..8
Чувствительность …………………………..0,5.30 В
Диапазон измерения частоты ………..1.9999 кГц
Входное сопротивление ………………..10 МОм

Промышленность выпустила простейший цифровой счетчик (большая интегральная схема КР1044ИЕ1) для измерения частоты сигналов (pис.1). Но, к сожалению, достать эту МС нелегко, поэтому автор собрал частотомер на 9 микросхемах и 6 транзисторах (рис.2).

Сигнал, частоту которого надо измерить, через гнезда XS1, «Вход» и конденсатор С1 поступает на вход формирователя, собранного на полевом транзисторе VT1 и биполярных VT2, VT3. Непосредственная связь биполярных транзисторов разной структуры с истоковой и стоковой цепями полевого транзистора обеспечивает формирователю триггерный режим работы. В результате на коллекторе транзистора VT3 этого узла формируются импульсы прямоугольной формы, частота следования которых соответствует частоте входного сигнала. Входное сопротивление формирователя около 10 МОм, полоса частот от 1 до 30 МГц, коэффициент усиления 10 .

Для точного определения частоты до 10 МГц длительность измеряемого импульса должна быть 0,5 с, при этом погрешность измерения составит 10 в -7степени. Для формирования импульса измерения в схеме применена DD1 К176ИЕ5 с часовым кварцевым резонатором 32768 Гц.

Совместная работа DD1 и DD5 построена таким образом, чтобы интервал измерения длился 0,5 с, а интервал индикации 1,5 с (рис.3,г. счет-индикация (индикация при включении VT5); рис.3,е. импульс сброса должен опережать импульс счета, поэтому интегрирующая цепочка R6С5 сдвигает импульс счета и с помощью DD5 организуется алгоритм сброс счет/индикация с различными временными интервалами). Импульс сброса снимается с выв.5 DD5.1 и через дифференцирующую цепочку C9R13 подается на DD6.DD9. Импульс счета формируется DD3.1, на вход которой приходит импульс, сдвинутый на 0,5 с, и импульс переключения счет-индикация выв.9 DD5.2.
Делитель частоты поступаемого сигнала собран на быстродействующих счетчиках DD2.DD4 (тактовая частота 77 МГц, коэффициент деления 500, импульс счета 0,5 с, общий коэффициент деления 1000 (так как интервал счета дает деление на 2). Счетчики-дешифраторы DD6.DD9 позволяют делить частоту на 10, и результат деления отображается на ЖКИ индикаторе.

Потребление тока незначительно благодаря применению МС серии 176 (561) и ЖКИ индикатору.

Настройка частотомера.

Входной каскад VT1-VT3 необходимо собрать на отдельной экранируемой плате (можно навесным монтажом) и проверить работу в диапазоне частот от 1 кГц до 10 МГц с помощью ГСС. Регулируя емкость конденсатора С4 и подстраивая R6, устанавливают эталонную частоту 1 Гц на выв.5 DD1, а на выв.3 DD3.1 — длительность импульса 0,5 с. при этом на выв.5 DD6.DD9 должны поступать импульсы сброса достаточной длительности для сброса счетчиков. С помощью эталонной частоты и осциллографа необходимо убедиться в правильной работе делителя частоты DD2.DD4. Можно изменять параметры конденсаторов С6-С8, С10 (указанные емкости должны иметь хороший ТКЕ и малую утечку и индуктивность).
Микросхемы DD2.DD4 можно заменить на зарубежные аналоги НС4520, DD3 — на 74АС00.
Литература РАДІОАМАТОР 9.2000

Похожие статьи

Войти с помощью:

Случайные статьи

07.05.2019
На аудиопроцессоре TDA7468 совместно с Arduino можно собрать высоко качественный регулятор тембра и громкости. Аудипроцессор имеет 4 стерео входа и один стерео выход. Аудиопроцессор имеет следующие характеристики: Напряжение питания 5…10 В (9 В рекомендуемое) КНИ не более 0.01% Отношение сигнал.шум 100 дБ Разделение каналов 90 дБ Ток потребления 9 мА …
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.
Чувствительность входов 300 мВ, входные сопротивления 10 кОм. Принципиальная схема показана на рисунке. Сигналы до 1 Мгц подаются на вход НЧ, до 50 Мгц- на вход ВЧ. Выбор входов производится переключателем S1, в показанном на схеме положении включен НЧ вход, при этом импульсы с усилителя-формирователя на транзисторах VT1-VT2 поступают непосредственно на входной коммутатор на D1.1. В противоположном положении S1 включен ВЧ вход.
В этом случае импульсы с выхода формирователя на VT4-VT5 сначала поступают на высокочастотный делитель на микросхемах D2 и D3 , который делит частоту на 100, а затем уже на входной коммутатор. Частота 50 Мгц в таком режиме ограничена только граничной частотой микросхем К555ИЕ2. Если вместо этих микросхем использовать К155ИЕ2 граничная частота будет ниже - до 30 Мгц. Если сделать делитель на более высокочастотных микросхемах, то можно измерять до 100 Мгц.
Импульсы с выхода D1.1 поступают на шестиразрядный счетчик на микросхемах D4-D9 с дешифраторами на D12-D17. Каждая из микросхем D4-D9 работает в десятичном режиме счета.
Динамическая индикация реализована при помощи счетчика D19. На его вход поступают импульсы частотой 1024 Гц с выхода "F" D10. Все выходы дешифраторов D12-D17 включены параллельно, и подключены к сегментным анодам газоразрядного индикатора. Выходы дешифраторов имеют возможность переходить в отключенное состояние при подаче логической единицы на вывод 7.
Счетчик D19 поочередно на эти входы разных дешифраторов подает нули (единицы с выхода D19 инвертируются при помощи D20) , таким образом, что в любой момент времени включены выходы только одного дешифратора, а выходы всех остальных выключены. Одновременно единица (до D20) поступает на соответствующую сетку того разряда, дешифратор которого включен. Таким образом последовательно отображается шесть цифр, но благодаря инерционности зрения кажется что все цифры горят одновременно.
Из тринадцати разрядов ИВ-27М используется только шесть, по этому для индикации высокочастотного режима включаются еще два младших разряда, в которых всегда нули. В них показания не меняются, но они позволяют считывать результат измерения на ВЧ не умножая его на 100 (вместо "Х100" добавлено еще два нуля).
Для этого служит дешифратор D18, на его входы постоянно подаются нули и при включении его выходов на них имеется семисегментный код цифры "0". При этом счетчик D19 включает сетки двух младших разрядов, роль инвертора, в данном случае выполняет VT7.
Устройство управления выполнено на D10, D11, D1.2, D1.3. Микросхема D10 вырабатывает импульсы частотой 1 Гц для управления режимом измерения, и импульсы 1024 Гц для динамической индикации.
Допустим, триггер D11 находится в единичном состоянии. При этом коммутатор D1.1 закрыт и импульсы на вход счетчика не поступают. При поступлении первого импульса на вход С D11 устанавливается в нулевое положение и D1.1 открывается, идет счет входных импульсов. Затем, на D11 поступает следующий импульс и D11 устанавливается в единичное состояние.
При этом D1.1 закрывается и счет входных импульсов прекращается. Одновременно цепью C5R14 формируется короткий импульс, который поступает на выводы 1 дешифраторов D12-D17 и записывает результат измерения в их регистры.
Затем после этого импульса, через время, установленное цепью R17C10, при помощи цепи C9R16 формируется второй такой импульс, который обнуляет счетчики D4-D9. Таким образом показания частотомера меняются через каждые две секунды.
Источник питания - не стабилизированный, на трансформаторе Т1. Трансформатор взят готовый импортный (предположительно китайский) - 230V / 2X6V / 300 mА. Напряжения 8В для ИВ-27М недостаточно, поэтому катод питается отрицательным напряжением.
Индикатор ИВ-27М имеет выводы с обеих сторон баллона, поэтому выводы с торца, на котором 15 выводов обозначены на схеме без буквы, а выводы с торца на котором 11 выводов - с буквой А. Отсчет выводов как у любой лампы - повернуть к себе торцом и считать по часовой стрелке от отсутствующего вывода (большой разрыв между первым и последним выводами).

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. Одновременно установится в единичное состояние триггер D13.1 и весь, описанный процесс работы устройства управления повторится.
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.