МАЛОГАБАРИТНА Частотомір

В. Скрипник

Прилад призначений для вимірювання частоти періодичних сигналів частотою до 40 МГц при вхідній напрузі 50 мВ і вище. Його особливістю є пофрагментная індикація вимірюваної частоти на четирехразрядном індикаторі. Залежно від необхідної точності вимірювання проводиться в три етапи.

Для грубої оцінки частоти зазвичай достатньо знати ціле число мегагерц і сотні і десятки кілогерц. При цьому увагу вимірює не розсіюється на прочитання всього восьмирозрядного числа – йому важливі лише числа в старших розрядах. З іншого боку, зустрічаються вимірювання, коли важливі значення частоти в молодших розрядах, наприклад, при підготовці частоти кварцових резонаторів, дослідженні вузькосмугових фільтрів і т. д. Припустимо, вимірювана частота дорівнює 28152,658 кГц. Якщо потрібна тільки груба оцінка частоти, виражена в мегагерцах, то натискаємо кнопку "МГц". На індикаторі при цьому буде число 28,15. У тому ж випадку, коли потрібна велика точність, натискаємо кнопку "кГц" – на індикаторі буде показана число 152,6. У даному випадку число 28, відповідне цілого числа мегагерц, "йде" в переповнення і не індиціюється. Якщо знову необхідно уточнення значення частоти, то натискаємо кнопку "Гц". При цьому на індикаторі буде висвічуватися число 2658, що представляє собою залишок вимірюваної частоти в герцах. Це дуже зручно при вимірюванні великого числа близьких частот. Крім того, така побудова частотоміра дозволяє скоротити число мікросхем і знакових індикаторів у порівнянні зі звичайним восьмирозрядний частотоміром.

Принципова схема частотоміра зображена на рис. 1. Напруга вимірюється частоти надходить через роз'єм XI і конденсатор С1 на вхід формувача прямокутних імпульсів. На транзисторах V3, V5 і V6 зібраний широкосмуговий підсилювач-обмежувач. Польовий транзистор V3 забезпечує приладу високу вхідний опір. Діоди VI і V2 охороняють транзистор V3 від пошкодження при випадковому попаданні на вхід приладу високої напруги. Ланцюжком C2R2 здійснюють частотну корекцію входу підсилювача.

Транзистор V7, включений емітерний повторювачем, погодить вихід підсилювача-обмежувача з входом логічного елемента D1.1 мікросхеми D1, що забезпечує подальше формування прямокутних імпульсів. Сигнал проходить послідовно через чотири елементи 2И-НЕ D1.1 … D1.4. З виходу елемента D1.4 сформовані імпульси надходять на лічильний вхід (<) – тригера D2. Вхідна частота ділиться на 2 і не перевищує 20 МГц, що дозволяє наступні ступені ділення виконати на мікросхемах серії К133.

З виходу тригера D2 вимірювана частота подається на вхід 4 елементи заборони D23.4. На вхід 5 цього елемента надходять імпульси дозволу рахунку з вузла керування, а з його виходу 6 імпульси йдуть на перший декадної дільник частоти D12. З виходів цієї мікросхеми число в двійково-десяткового формі надходить на тригери пам'яті D13, які запобігають мигтіння цифр на індикаторі в процесі рахунку. З виходів мікросхеми D13 двійково-десяткове число подається на входи дешифратора D14, до виходів якого підключений десятковий знаковий індикатор Н4, індиціюється молодший розряд числа.

З виходу 11 декадної лічильника D9 імпульс переносу надходить на вхід лічильника старшого розряду. На входи 3 і 12 тригерів пам'яті D4, D7, D10, D13 надходять імпульси перезапису з вузла керування, а на вхід 3 декадних дільників D3, D6, D9, D12 – імпульси скидання.

Датчик тимчасового інтервалу зібраний на мікросхемах D15 … D21. Запросах тактовий генератор зібраний на мікросхемі D15 і кварцові резонатори Z1 на частоту 5 МГц. Корекція частоти здійснюється конденсаторами С6 і С7. Декадні подільники частоти зібрані на мікросхемах D16 … D21. Нижні (за схемою) секції кнопкових перемикачів S1 і S2, а також перемикач S3 служать для встановлення точності вимірювання частоти, а верхні секції перемикачів S1 і S2 для перемикання відповідної комою. Індикація ком здійснюється светодіо-дами V8 і V9. З виходу 11 декадної дільника D21 на вхід вузла керування надходять тактові імпульси частотою проходження 50 кГц при натиснутій кнопці S1 "МГц", 500 Гц – при натиснутій кнопці S2 "кГц" та 5 Гц – якщо натиснута кнопка S3 "Гц".

Вузол управління зібраний на мікросхемах D22 … D25. Він виробляє імпульси дозволу рахунку, перезапису числа в тригерах пам'яті і імпульси скидання декадних лічильників. Весь цикл рахунку відбувається протягом дванадцяти тактових імпульсів і становить 240 мкс, 24 мс або 2,4 с на межах вимірювання "МГц", "кГц" і "Гц" відповідно. Причому протягом перших десяти тактових імпульсів дозволено проходження імпульсів вимірюваної частоти на вхід декадних лічильників. Протягом одинадцятого тактового імпульсу виробляється імпульс перезапису, а протягом дванадцятого – імпульс скидання.

На мікросхемі D22 зібраний дільник на 12. Протягом перших десяти тактів на її висновках 9 я 11 діє логічний 0, а на виведення 3 елементи D23.1-логічна 1, роздільна проходження сигналу через елемент D23.4.

Імпульси перезапису виробляються на виході елемента ЗІ-НЕ D24.2, а імпульси скидання – елементом D24.3. Через відповідні інвертори мікросхеми D25 і D24.1 ці імпульси надходять до тригера пам'яті і декадних лічильниками.

Схема блоку живлення, що забезпечує частотоміри напруга +5 В для живлення мікросхем і +200 – для живлення знакових індикаторів Н1 … Н4, показана на рис. 2. Стабілізатор напруги +5 В зібраний на мікросхемі А1 і транзисторі V10. Змінним резистором R20 встановлюють вихідна напруга 5В. Для зменшення потужності, розсіюваною транзистором V10, в його емітерний ланцюг включений дротяний резистор R23. Ланцюжок R22C11 знижує пульсації напруги на виході стабілізатора.

Без зміни параметрів частотоміра замість мікросхем К130ЛАЗ (D1) і К130ТВ1 (D2) можна використовувати аналогічні їм мікросхеми серії К131, а замість мікросхем D3 … D25 відповідні їм із серії К155. У формувачі імпульсів польовий транзистор КПЗОЗД (V3) можна замінити на КПЗОЗ або КП307 з будь-яким буквеним індексом, транзистор КТ347 (V5) – на КТ326, а КТ368 (V6, V7)-на КТ306.

Дросель L1 типу Д-0, 1 або саморобний – 45 витків дроту ПЕВ-2 0,17, намотаних на каркасі діаметром 8 мм. Всі перемикачі типу П2К.

Знакові індикатори Н1 … Н4 можуть бути будь-якого іншого типу. Причому, якщо вони мають вбудовану "кому", то світлодіоди V8, V9 і резистори R18, R19 можна виключити і перемикати відповідні катоди "Ком".

У стабілізаторі напруги блоку харчування можна застосувати мікросхему К142ЕН1 з будь-яким буквеним індексом. Транзистор П202 можна замінити будь-яким іншим із серій П213 … П217. Для випрямляча придатні інші діоди, розраховані на прямий струм не менше 1 А, Діод КД105В можна замінити на Д226Б або Д7Ж.

Трансформатор блоку живлення виконаний на магніто-керівництві Ш16Х32. Обмотка I містить 1830 витків дроту ПЕВ-1 0,15, обмотка II-1800 витків дроту ПЕВ-1 0,1, обмотка III – 90 витків дроту ПЕВ-1 0,8.

Зовнішній вигляд частотоміра показано на рис. 3, а розташування плат всередині корпусу – на рис. 4. Цифрові індикатори та кнопкові перемикачі S1 … S4 розташовані на верхній панелі. Вхідний роз'єм встановлений на бічній стінці поруч із платою формувача імпульсів. На бічних стінках корпусу встановлена відкидна металева ручка для перенесення частотоміра і встановлення його в похилому положенні. На рис. 5 наведено малюнок токонесущіх провідників і розташування деталей на друкованій платі формувача імпульсів. Креслення основний, плати тут не дається, тому що він залежить від використовуваних в частотоміри мікросхем.

Рис. 5. Плата формувача імпульсів:
а – друкований монтаж; 6 – розташування елементів (дзеркально)

Правильно зібрана цифрова частина частотоміра регулювання зазвичай не вимагає. У незначної корекції частоти потребує задає кварцовий генератор. Це здійснюється Конденсатори підлаштування С7. Контроль частоти ведеться з якого-небудь промислового частотоміри або за KB приймача, налаштованому на частоту 5, 10 або 15 МГц, де працюють станції точної частоти, і часу. Установку частоти задаючого генератора проводять згідно з нульовим биттям з сигналом зразкової частоти.

Для регулювання формувача прямокутних імпульсів треба до гнізда XI підключити генератор сигналів типу Г4-102, а до емітером транзистора V7 – високочастотний осцилограф, наприклад типу С1-65. Підбором резисторів R3 і R4 треба домогтися, щоб у діапазоні частот до 40 МГц відбувалося формування прямокутних імпульсів. Ці операції повторюють кілька разів, поступово знижуючи рівень вхідної напруги.

На закінчення регулювання треба перевірити роботу частотоміра, спостерігаючи за показаннями індикатора.