Комбінований частотомір

Особливість пропонованого частотоміра в тому, що він крім основної функції дозволяє визначити індуктивність різних котушок, резонансну частоту контурів, ємність конденсаторів. Ось чому частотомір названий комбінованим.
Хорошим помічником радіоаматорові-конструктору стане комбінований прилад, принципова схема якого показана на мал.1. Для його виготовлення не потрібні дефіцитні деталі, він простий в налагодженні і в експлуатації. Приладом можна виміряти частоту сигналів амплітудою 0,1 … 5 У синусоїдальної або прямокутної форми в діапазоні від 50 Гц до 500 кГц, а також індуктивність від 4 мкГн до 1 Гн.

Клацни мишей по екрану
Рис. 1. Принципова схема

Для зручності відліку показань робочий діапазон значень розбитий на чотири піддіапазону. Перший з них встановлюють при вимірюванні частоти до 500 Гц. Другий – при вимірюванні частоти від 500 Гц до 5 кГц або індуктивності від 40 мГн до 1 Гн. Третій – при частоті сигналу від 5 до 50 кГц, значеннях індуктивності 0,4 … 40мГн. І четвертий піддіапазон-при частоті сигналу від 50 до 500 кГц і значеннях індуктивності 4 … 400 мкГн. Необхідний піддіапазон встановлюють перемикачем SA2, а режим вимірів (частота або індуктивність)-SA1. Похибка вимірювання частоти не перевищує 5%.
Всі деталі розміщені на односторонній друкованій платі з фольгованого текстоліту.

Клацни мишей по екрану Клацни мишей по екрану
Рис. 2. Друкована плата

Принцип роботи частотоміра заснований на перетворенні вхідного сигналу в послідовність прямокутних імпульсів із стабільною тривалістю і амплітудою і подальшому вимірі мікроамперметра середнього значення струму цієї послідовності. Спрощено роботу частотоміра пояснюють епюри, наведені на рис.3.


Рис. 3. Епюри

Досліджуваний сигнал (мал.3, а) подають на вхід буферного вузла, який виконаний на транзисторі VT1. Призначення вузла – забезпечити велику вхідний опір і мінімальну вхідну ємність частотоміра. З виходу вузла сигнал надходить через секцію SA1.1 перемикача SA1 на перетворювач, виконаний на елементах DD4.1, DD4.2. Він служить для формування з вхідного сигналу довільної форми послідовності прямокутних імпульсів, які з виходу елемента DD4.2 (рис.3, б) роблять або безпосередньо на вхід інвертора на транзисторі VT2 (якщо встановити перший піддіапазон), або на вхід дільника частоти (При роботі на інших піддіапазонах), виконаного на лічильниках DD1 – DD3. Кожен з лічильників ділить частоту вхідного сигналу на 10, тому, незалежно від того, який встановлений піддіапазон, частота послідовності імпульсів на вході транзисторного інвертора буде не більше 500 Гц.
На инвертор DD4.3 і DD4.4 елементі виконаний формувач стабільних по амплітуді і тривалості імпульсів. Напруга високого рівня з колектора транзистора VT2 (рис.3, в) надходить на вхід інвертора DD4.3 і на інтегруючу ланцюг R8 R9 C6.
На верхньому за схемою вході елемента DD4.4 встановлюється напруга низького рівня (рис.3, г), а на його нижньому вході – високого (рис.3, д), але з тимчасовою затримкою, яка залежить від знамення постійної часу інтегруючої ланцюга. тривалість затримки регулюють підлаштування резистором R8, а її значення визначає тривалість імпульсів t на виході елемента DD4.4 (рис.3, е).
Середнє значення струму послідовності цих імпульсів вимірюють за допомогою мікроамперметра РА1. Значення струму пропорційно частоті вхідного сигналу.

А як же працює вимірювач індуктивності? Для цього режиму перемикач SA1 переводять у положення "L". Перетворювач на елементах DD4.1, DD4.2 перетворюється на генератор, частота якого визначається значенням ємності конденсатора С2 і індуктивністю котушки Lх – її підключають до гнізд Х2, Х3.
Значення частоти вимірюють частотоміром (його робота описана вище), а індуктивність обчислюють за формулою: Lх = 1 / f ^ 2, де Lх – у мкГн, af – у МГц.
Для зручності відліку шкалу приладу можна додатково проградуіровать в значеннях індуктивності або виготовити окремо для кожного піддіапазону пересчетную шкалу (наприклад, як показано на мал.4) і наклеїти шкали на корпус приладу.


Рис. 4. Перерасчетная шкала

Точність вимірювань залежить від стабільності амплітуди імпульсів на виході елемента порівняння DD4.4. Амплітуда, у свою чергу, залежить від стабільності напруги живлення. Ось чому прилад живлять через параметричний стабілізатор напруги, виконаний на транзисторах VT3, VT4. Як стабілітрон використаний емітерний перехід транзистора VT4, а в якості основного джерела живлення – Батарея "Крона" (підійде "Корунд" або акумуляторна батарея 7Д-0, 115).
Можливості приладу можна розширити, взявши до уваги здатність роботи мікросхем 561ІЕ14 на частотах до 2 МГц і встановивши ще один дільник частоти (на мал.1 він не показаний). Тоді збільшиться верхня межа вимірювань частотоміра до 1,5 … 2 МГц і відповідно розшириться діапазон вимірювань індуктивності – до 1 мкГн. Число поддіапаеонов збільшиться до п'яти.
Також неважко передбачити можливість вимірювання резонансної частоти невідомого контуру або значення ємності конденсатора. Для цього необхідно замінити перемикач SA1 на трипозиційний і встановити додаткові вхідні гнізда (на мал.1 ці доповнення показані штриховою лінією). Підключивши до гнізд Х4, Х5 контур, знаходять його резонансну частоту-за показаннями частотоміра. За відомою (Або заздалегідь виміряної) індуктивності котушки обчислюють значення ємності за формулою: Сх = 25,33 / f ^ 2 * L, де f – в кГц, L – в мГн і СX – у мкФ.
У приладі можна застосувати наступні деталі. Транзистори: VТ1-КП303А-КП303В; VТ2-VТ4-КТ315А-КТ315І або КТ312А-КТ312В. Конденсатор С2-К73МБМ (якщо немає можливості підібрати конденсатор такої ємності з наявних у наявності, його складають з декількох паралельно включених конденсаторів різної ємності). Підстроєні резистор R8 – СП3-3. Перемикач SA2 – ПГ-2 або П2К.
При відсутності мікроамперметра можна використовувати магнітоелектричні вимірювальну головку авометра, наприклад, Ц20 або ТЛ-4 (режим вимірювань авометра-постійний струм). У цьому випадку сам прилад можна виконати у вигляді приставки. Необхідно тільки, щоб сполучні дроти були мінімально можливої довжини. Для підключення котушок індуктивності можна застосувати затискачі типу "крокодил".
Монтують деталі приладу (за винятком перемикачів SA1, SA2, конденсатора С2 і вхідного вузла) на друкованій платі (рис.2) з фольгованого склотекстоліти.

Деталі вхідного вузла розміщують у корпусі виносного щупа. Це зроблено з метою зменшити значення ємності, яку вносить прилад у вимірюване ланцюг. Щуп з'єднують з приладом екранованим проводом. Гнізда для підключення щупа – від мікротелефонних. Конденсатор С2 кріплять безпосередньо між висновками гнізд Х2, Х3.
Налагодження приладу починають з того, що встановлюють движок резистора R8 в крайнє нижнє за схемою положення, після чого включають харчування. Вольтметром контролюють напругу на конденсаторі С5. Воно повинно бути в межах 5,5 … 7 В і не змінюватися при збільшенні напруги живлення приладу від 9 до 12 В. Потім відключають внесений щуп, а перемикач SA1 переводять у положення "F" – вимірювання частоти. Якщо стрілка приладу помітно відхилиться від нульової позначки, то це свідчить про порушення перетворювача (елементи DD4.1, DD4.2). Причиною його можуть бути паразитні наведення через близько розташовані з'єднувальні дроти перемикачів SA1, SA2. Для усунення порушення слід розвести провідники або встановити між виходом елемента DD4.2 і загальним проводом конденсатор ємністю до 100 ПФ.
Далі підключають вимірювальний щуп і, замкнувши між собою його висновки, знову контролюють роботу перетворювача. Тільки переконавшись у відсутності порушення, приступають до калібрування частотоміра.
Перемикач SA2 переводять на перший піддіапазон, а на вхід вимірювального щупа подають синусоїдальний сигнал амплітудою 1 … 2 В і частотою 500 Гц. Підлаштування резистором R8 встановлюють стрілку мікроамперметра на кінцеву позначку шкали. Змінюючи амплітуду вхідного сигналу від 0,2 до 5 В, переконуються в стабільності показань частотоміра. В іншому випадку вирівнюють чутливість вхідного вузла підбором резистора R2.
Для налагодження вимірювача індуктивності перемикач SA1 переводять у положення "L", а SA2 – на четвертий піддіапазон. До гнізд Х2, Х3 підключають котушку, індуктивність якої відома (4 … 10 мкГн). За першою з вищенаведених формул обчислюють значення частоти, а потім підбіркою конденсатора С2 домагаються, щоб свідчення частотоміра відповідали цьому значенню.

    І. НЕЧАЄВ, м. Курськ, Радіо № 9, 1993, стор.22