Частотомер своими руками на 176 серии. Цифровой частотомер. Частотомер - цифровая шкала. Схема и инструкция по монтажу

Сегодня рассмотрим пошагово создание частотомера своими руками. Первым делом поговорим о характеристиках и особенностях прибора на pic16f628a, рассмотрим схему и особенности монтажа. Вторая схема частотомера - цифровой шкалы. Уделим внимание подбору необходимых комплектующих и остановимся детальнее на сборке. Третья схема представляет простой частотомер на микросхемах. Но обо всём по порядку.

• Смотрите также 3 рабочие схемы для сборки

Частотомер на PIC16F628 своими руками

Первым делом рассмотрим простую и дешевую схему частотомера. Он может измерять сигналы от 16 до 100Гц с максимальной амплитудой 15В. Чувствительность высокая, разрешение - 0,01 Гц. Входной сигнал может быть синусоидальной, прямоугольной или треугольной волной.

Частотомер может использоваться во многих приложениях. Например, для наблюдения за точностью генератора, для измерения частоты сети или нахождения оборотов двигателя, соединенного с датчиком.

Схема частотомера и необходимые детали для монтажа

Файл печатной платы представлен в формате PDF, архив можно скачать ниже. Вы можете сделать плату используя метод ЛУТ.

CCP (Capture(Захват)/Compare(Сравнение)/PWM(ШИМ)) модуль PIC-микроконтроллера считывает входной сигнал. Используется только функция захвата.

Необходимые детали для сборки частотомера:

• МК PIC 8-бит - PIC16F628A (PIC16F628-04/P).
• 4 биполярных транзистора - BC547.
• 2 керамических конденсатора - 22 пФ.
• 12 резисторов - 1х4.7 кОм, 4х1 кОм, 7х330 Ом.
• Кварц - 4 МГц.
• 4 семисегментных индикатора (общий катод).

Радиоэлементы для изоляции:

• Биполярный транзистор - BC547.
• Выпрямительный диод - 1N4148
• Оптопара - 4N25M.
• 4 резистора - 2х1 кОм, 1х10 кОм, 1х470 Ом.

Необходимые комплектующие для сборки питания:

• Линейный регулятор - LM7805.
• 2 электролитических конденсатора - 100 мкФ, 16В.
• 2 полиэфирных конденсатора - 220 нФ.

Дисплеи - красные, 7-сегментные светодиодные, 14,2 мм с общим катодом.

Перед измерением частоты входного сигнала, он должен быть преобразован в прямоугольный. Для этой цели используется схема оптической развязки с оптроном 4N25. Таким образом, входной сигнал надежно изолирован от микроконтроллера и превращается в меандр. Амплитуда сигнала не должна превышать 15В. Если это произойдет, резистор 1кОм может сгореть. Если вы хотите измерить частоту сети, вы должны использовать 220В/9В трансформатор.

Видео о сборке частотомера на PIC16F628A:

Частотомер - цифровая шкала. Схема и инструкция по монтажу

Рассматриваемое устройство выполняет функции:

• частотомера с выводом измеренного значения частоты в герцах (до 8 разрядов);
• цифровой шкалы с АПЧ генератора плавного диапазона (ГПД) для радиолюбительского трансивера;
• электронных часов.

Основу устройства составляет программируемый контроллер PIC16F84 фирмы Microchip. Быстродействие и широкие функциональные возможности этого контроллера позволяют подавать сигнал частотой до 50 МГц прямо на его счетный вход, то есть можно обойтись без предварительного делителя, обычно применяемого в устройствах подобного типа.

Основные характеристики цифрового частотомера

1. Диапазон измеряемых частот - 0–50 МГц.
2. Диапазон программируемых значений ПЧ - 0–16 МГц.
3. Минимальный уровень входного сигнала - 200 мВ.
4. Время измерения частоты - 1 с.
5. Погрешность измерения - ±1 Гц.
6. Напряжение питания - 5±0,5 В.
7. Ток потребления устройства - не более 30 мА.

Наличие электрически перепрограммируемой памяти данных внутри PIC16F84 позволило без специального оборудования перепрограммировать значение промежуточной частоты (ПЧ). Это дает возможность оперативно встраивать цифровую шкалу в трансивер с любым (0–16 МГц) значением промежуточной частоты.

Смотрите также видео, как собрать частотомер своими руками:

Простой частотомер на микросхеме своими руками - характеристики и схема

Параметры предлагаемого частотомера приведены в следующей таблице:

Режим работы	Частотомер	Частотомер	Цифровая шкала
Диапазон измерений	1 Гц…20 МГц	1–200 МГц	1–200 МГц
Дискретность	1 Гц	10 Гц	100 Гц
Чувствительность	40 мВ	100 мВ	100 мВ

Данный частотомер 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.

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 используемом 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 окончанию 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.

Принципиальная схема частотомера и необходимые детали

Список необходимых радиоэлементов:

• 6 микросхем - DD1 (К555ЛА3); DD2 (К193ИЕ3); DD4 (КР1816ВЕ31); DD5, DD7 (2хК555ИР22); DD6 (К555ИД7); DD8 (К573РФ2).
• Логическая ИС (DD3) - К555ИЕ19.
• 17 биполярных транзисторов (VT1, VT2–VT17) - КТ368А и 16хКТ361В
• Стабилитрон (VD1) - КС113А.
• 7 конденсаторов - С1 (0.01 мкФ); С2, С8 (2х0.1 мкФ); С3 (56 пФ); С4 (1000 пФ); С5 (22 пФ); С6 (12 пФ).
• Подстроечный конденсатор (С7) - 5-20 пФ.
• Электролитический конденсатор (С9) - 3.3 мкФ.
• 41 резистор - R1 (51 Ом); R2, R25–R40 (17х68 кОм, R2 по ошибке в схеме указана как R3); R3 (10 кОм); R4, R6 (2х560 Ом); R5 (33 Ом); R6, R7 (2х1 кОм, в схеме по ошибке два резистора R6); R8–R23 (16х20 кОм); R24 (2 кОм).
• Кварцевый резонатор (ZQ1) - 8.86 МГц.
• Вакуумно люминисцентный индикатор (HL1) - ИВ-18.
• Переключатель (S1)
• Блок переключателей (S2)

Данный прибор может работать 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.

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

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

При использовании частотомера 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 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 используется блок питания с напряжением от -20 В до -30 В и напряжением 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 2,0–3,0 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 делители. Были опробованы 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, поскольку 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 К500ИЕ137, включив ее по типовой схеме.

Видео, как собрать частотомер на одной микросхеме:

Схема простого стрелочного частотомера показана на рисунке. Основу частотомера составляет триггер Шмитта и формирователь импульсов. Триггер Шмитта, будучи потенциальным реле, преобразует сигналы синусоидальной или другой формы в прямоугольные импульсы. Эти импульсы нельзя использовать для измерения, так как их длительность зависит от амплитуды входного сигнала. Их применяют для запуска формирователя импульсов на элементах DD1.3, DD1.4, которые в совокупности с R3 и одним из конденсаторов С2-С4 образуют линию задержки с фиксированной длительностью и амплитудой. Выходные импульсы подаются на прибор, отклонение стрелки которого из-за инертности подвижной системы пропорционально среднему току, протекающему через его рамку.

Схема стрелочного частотомера 20Гц-20кГц

VD1 VD2 ограничивают выходное напряжение. длительность выходного импульса формирователя определяется постоянной времени цепочки R3,C2-C4 и должна быть примерно в 5-10 раз меньше периода наивысшей измеряемой частоты. При указанных номиналах в схеме, наивысшая измеряемая частота равна 20 кГц. Подстроечные резисторы R5-R7 используются при калибровке частотомера на полное отклонение стрелки индикатора. Калибровку частотомера можно осуществлять по образцовому генератору или частотомеру. Шкала частотомера во всем диапазоне практически вся равномерная, поэтому надо только определить начальную и конечную границы шкалы.

Источник - Партин А.И. Популярно о цифровых микросхемах (1989)

• Похожие статьи

Войти с помощью:

Случайные статьи

• 22.09.2014

  Принципиальная схема ус-ва показана на рис.1, ус-во предназначено для управления коллекторным электродвигателем — дрель, вентилятор и так далее. На однопереходном транзисторе VT1 собран генератор коротких положительным импульсов для управления вспомогательным тринистором VS1. Питается генератор трапецеидальным напряжением, получаемым благодаря ограничению стабилитроном VD1 положительной полуволн синусоидального напряжения(100Гц). С появлением каждой полуволны такого …

• 02.10.2014

  Этот источник питания предназначен для питания различных уст-в от напряжения 25-30В при токе 70мА от бортовой сети автомобиля. Мультивибратор на транзисторах с мощным выходом вырабатывает импульсы с частотой около 10кГц. Далее импульсы проходя через С3 С4 далее выпрямляются, при этом происходит обрезка импульсов с помощью VD1 VD2 для стабилизации выходного …

Первой конструкцией на цифровых ИС, которую изготовляли радиолюбители в 80-90 годах, как правило, были электронные часы или частотомер.
Такой частотомер и сегодня можно применять при градировке приборов, или использовать в качестве отсчетного устройства в генераторах и любительских передатчиках, при налаживании различных радиоэлектронных устройств. Прибор может заинтересовать тех, у кого без дела лежат микросхемы серии К155, либо начинающих знакомиться с устройствами автоматики и вычислительной техники.

Описываемый прибор позволяет измерять частоту электрических колебаний, период и длительность импульсов, а также может работать как счетчик импульсов. Рабочая частота от единиц Герц до нескольких десятков МГц при входном напряжении до 50 мВ. Предельная частота работы счетчиков на интегральных микросхемах К155ИЕ2 - около 15 МГц. Однако следует иметь в виду, что фактическое быстродействие триггеров и счетчиков превышает указанное значение 1,5... 2 раза, поэтому отдельные экземпляры TTL микросхем допускают работу на более высоких частотах.

Минимальная цена младшего разряда составляет 0,1 Гц при измерении частоты и 0,1 мкс при измерении периода и длительности.
Принцип действия частотомера основан на измерении числа импульсов, поступающих на вход счетчика в течение строго определенного времени.

Принципиальная схема показана на рис.1

Исследуемый сигнал через разъем X1 и конденсатор С1 поступает на вход формирователя прямоугольных импульсов.

Широкополосный усилитель-ограничитель собран на транзисторах V1, V2 и V3. Полевой транзистор V1 обеспечивает прибору высокое входное сопротивление. Диоды V1 и V2 предохраняют транзистор V1 от повреждения при случайном попадании на вход прибора высокого напряжения. Цепочкой C2-R2 осуществляют частотную коррекцию входа усилителя.

Транзистор V4, включенный как эмитерный повторитель, согласует выход усилителя-ограничителя с входом логического элемента D6,1 микросхемы D6, обеспечивающей дальнейшее формирование прямоугольных импульсов, которые через электронный ключ поступают на устройство управления на микросхеме D9, сюда же поступают и импульсы образцовой частоты, открывающие ключ на определенное время. На выходе этого ключа появляется пачка импульсов. Число импульсов в пачке подсчитывает двоично-десятичный счетчик, его состояние после закрывания ключа отображает блок цифровой индикации.

В режиме счета импульсов управляющее устройство блокирует источник образцовой частоты, двоично-десятичный счетчик ведет непрерывный счет поступающих на его вход импульсов, а блок цифровой индикации отображает результаты счета. Показания счетчика сбрасываются нажатием кнопки «Сброс».

Задающий тактовый генератор собран на микросхеме D1 (ЛА3) и кварцевом резонаторе Z1 на частоту 1024 кГц. Делитель частоты собран на микросхемах К155ИЕ8; К155ИЕ5 и четырех К155ИЕ1. В режиме измерения точность установки «МГц», «кГц» и «Гц» задается кнопочными переключателямиSA4 и SA5.

Блок питания частотомера (рис.3) состоит из трансформатора Т1, с обмотки II которого после выпрямителя VDS1, стабилизатора напряжения на микросхеме DА1 и фильтра на конденсаторах С4 – С11, напряжение +5V подается для питания микросхем.

Напряжение 170V с обмотки III трансформатора Тр1 через диод VD5 используется для питания газоразрядных цифровых индикаторов Н1..H6.

В формирователе импульсов полевой транзистор КП303Д (V3) можно заменить на КП303 или КП307 с любым буквенным индексом, транзистор КТ347 (V5) -на КТ326, а КТ368 (V6, V7) - на КТ306.

Дроссель L1 типа Д-0,1 или самодельный - 45 витков провода ПЭВ-2 0,17, намотанных на каркасе диаметром 8 мм. Все переключатели типа П2К.

Налаживание прибора сводится к проверке правильности монтажа и измерении питающих напряжений. Правильно собранный частотомер уверенно выполняет свои функции, «капризным» узлом является лишь входной формирователь, настройке которого надо уделить максимум старания. Заменив R3 и R4 переменными резисторами 2,2 кОм и 100 Ом, надо на резисторе R5 установить напряжение примерно 0,1...0,2V. Подав от генератора сигналов на вход формирователя синусоидальное напряжение амплитудой около 0,5V, и заменив резистор R6 переменным резистором с номиналом 2,2 кОм, надо его подстроить так, чтобы на выходе элемента D6.1 появились прямоугольные импульсы. Постепенно понижая входной уровень и повышая частоту, надо подбором элементов R6 и СЗ добиться устойчивой работы формирователя во всем рабочем диапазоне. Возможно, при этом придется подобрать сопротивление резистора R9. В процессе налаживания все переменные резисторы должны иметь выводы длиной не более 1...2 см.

Когда налаживание будет завершено, следует их выпаивать по одному и заменять постоянными резисторами подходящего номинала, каждый раз проверяя работу формирователя.

В конструкции вместо индикаторов ИН-17 можно применить газоразрядные индикаторы ИН-8-2, ИН-12 и т. п.

В формирователе импульсов транзисторы КТ368 можно заменить на КТ316 или ГТ311, вместо КТ347 можно использовать КТ363, ГТ313 или ГТ328. Диоды V1, V2 и V4 можно заменить на КД521, КД522.

Схема и плата в формате sPlan7 и Sprint Layout - schema.zip *

* Данная схема была собрана мной в далеком 1988 году в одном корпусе со звуковым генератором и использовалась как цифровая шкала.

Как самостоятельный прибор оформлен недавно, поэтому возможно, где-то в схему и рисунок печатной платы могла закрасться ошибка..

Список Литературы:

В помощь радиолюбителю №084, 1983 г.

Цифровые Устройства на Интегральных Микросхемах - © Издательство «Радио и связь», 1984.

Журнал «Радио»: 1977, № 5, № 9, № 10; 1978, № 5; 1980, № 1; 1981, № 10; 1982, № 1, № 11; № 12.

Радиолюбительские цифровые устройства. - М.: Радио и связь, 1982.

Конструирование этого измерительного прибора (рис. 46) должно стать для вас обобщением, сведением воедино и практическим применением знаний и навыков по основам цифровой техники. Прибор позволит измерять синусоидальные гармонические и импульсные электрические колебания частотой от единиц герц до 10 МГц и амплитудой от 0,15 до 10 В, а также считать импульсы сигнала.

Рис. 46. Внешний вид цифрового частотомера
Рис. 47. Структурная схема частотомера

Структурная схема описываемого частотомера показана на рис. 47. Его образуют: формирователь импульсов сигнала измеряемой частоты, блок образцовых частот, электронный ключ, двоично-десятичный счетчик импульсов, блок цифровой индикации и управляющее устройство. Питается частотомер от сети переменного тока напряжением 220 В через двухполупериодный выпрямитель со стабилизатором выпрямленного напряжения (на рис. 47 не показаны).

Действие прибора основано на измерении числа импульсов в течение определенного-образцового-интервала времени. Исследуемый сигнал подают на вход формирователя импульсного напряжения. На его выходе формируются электрические колебания прямоугольной формы, соответствующие частоте входного сигнала, которые поступают на электронный ключ. Сюда же через управляющее устройство, открывающее ключ на определенное время, поступают и импульсы образцовой частоты. В результате на выходе электронного ключа появляются пачки импульсов, которые далее следуют к двоично-десятичному счетчику. Логическое состояние двоично-десятичного счетчика, в котором он оказался после закрывания ключа, отображает блок цифровой индикации, работающий в течение времени, определяемого управляющим устройством.

В режиме счета импульсов управляющее устройство блокирует источник образцовых частот, двоично-десятичный счетчик ведет непрерывный счет поступивших на его вход импульсов, а блок цифровой индикации отображает результат счета.

Принципиальная схема частотомера показана на рис. 48. Многие узлы в нем вам уже знакомы. Поэтому рассмотрим более подробно лишь новые цепи и узлы прибора.

Формирователь импульсного напряжения представляет собой усложненный триггер Шмитта, собранный на микросхеме К155ЛД1 (DD1). Резистор R1 ограничивает входной ток, а диод VD1 защищает микросхему от перепадов входного напряжения отрицательной полярности. Подбором резистора R3 устанавливают нижний (наименьший) предел напряжения входного сигнала.

С выхода формирователя (вывод 9 микросхемы DD1) импульсы прямоугольной формы поступают на один из входов логического элемента DD11.1, выполняющего функцию электронного ключа.

В блок образцовых частот входят: генератор на элементах DD2.1-DD2.3, частота импульсов которого стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1, и семиступенный делитель частоты на микросхемах DD3-;DD9. Частота кварцевого резонатора равна 8 МГц, поэтому микросхема К155ИЕ5 (DD3) первой ступени делителя включена так, чтобы частота генератора делилась на 8. В результате частота импульсов на ее выходе (вывод 11) будет 1 МГц. Микросхема каждой последующей ступени делит частоту на 10. Таким образом, частота импульсов на выходе микросхемы DD4 равна 100 кГц, на выходе микросхемы DD5-10 кГц, на выходе DD6-1 кГц, на выходе DD7-100 Гц, на выходе DD8- 10 Гц и на выходе всего делителя (вывод 5 микросхемы DD9)-1 Гц.

Участок измеряемых частот устанавливают переключателем SA1 "Диапазон". В крайнем правом (по схеме) положении этого переключателя трехразрядный блок цифровой индикации фиксирует частоту до 1 кГц (999 Гц), во втором от него положении-до 10 кГц (9999 ГцХ в третьем-до 100 кГц (99999 Гц) и далее до 1 МГц (999 кГц), до 10 МГц (9,999 МГц). Для более точного определения частоты сигнала приходится выбирать переключателем соответствующий поддиапазон измерения, постепенно переходят от более высокочастотного участка к низкочастотному. Так, например, чтобы измерить частоту звукового генератора, надо установить переключатель сначала в положение "х!0 кГц", а затем переводить его в сторону меньших образцовых частот.

Рис. 49. Графики, иллюстрирующие работу управляющего устройства цифрового частого, мера

Управляющее устройство, работу которого иллюстрируют графики, приведенные на рис. 49, состоит из.В-тригге-ров DD10.1 и DD10.2, микросхемы DD10, инверторов DD11.3, DD11.4 и транзистора VT1, образующих усложненный ждущий мультивибратор. На вход С D-триггера DD10.1 поступают импульсы с блока образцовых частот (рис. 49, а). По фронту импульса образцовой частоты, установленной переключателем SA1, этот триггер, работающий в режиме счета на 2, переключается в единичное состояние (рис. 49, 6) и напряжением высокого уровня на прямом выходе (вывод 5) открывает электронный ключ DD11.1. С этого момента импульсы напряжения измеряемой частоты проходят через электронный ключ, инвертор DD11.2 и поступают непосредственно на вход С1 (вывод 14) счетчика DD12. По фронту следующего импульса триггер DD10.1 принимает исходное состояние и переключает в единичное состояние триггер DD10.2 (рис. 49, в). В свою очередь триггер DD 10.2 низким уровнем напряжения на инверсном выходе (вывод 8) блокирует вход управляющего устройства от воздействия импульсов образцовой частоты, а высоким уровнем напряжения на прямом выходе (вывод 9) запускает ждущий мультивибратор. Электронный ключ закрывается напряжением низкого уровня на прямом выходе триггера DD10.1. Начинается индикация числа импульсов в пачке, поступивших на вход двоично-десятичного счетчика.

С появлением напряжения высокого уровня на прямом выходе триггера DD10.2 через резистор R5 начинает заряжаться конденсатор С3. По мере его зарядки увеличивается положительное напряжение на базе транзистора VT1 (рис. 49, г). Как только оно достигнет примерно 0,6 В, транзистор открывается, напряжение на коллекторе уменьшается почти до 0 (рис. 49, д). Появляющееся при этом на выходе элемента DD11.3 напряжение высокого уровня воздействует на входы RO микросхем DD12, DD14 и DD16, в результате чего двоично-десятичный счетчик импульсов сбрасывается в нулевое состояние, отчего результат измерения прекращается. Одновременно напряжение* низкого уровня, появившееся коротким импульсом на выводе 11 инвертора DD11.4 (рис. 49, е), переключает триггер DD10.2 и ждущий мультивибратор в исходное состояние и конденсатор СЗ разряжается через диод VD2 и элемент DD10.2. С появлением на входе триггера DD10.1 очередного импульса образцовой частоты начинается следующий цикл работы прибора в режиме измерения (рис. 49, ж).

Счетчик DD12, дешифратор DD13 и газоразрядный цифровой индикатор HG1 образуют младшую счетную ступень частотомера. Последующие счетные ступени называют старшими. В законченной конструкции частотомера индикатор HG1-крайний справа, влево от него следуют индикаторы HG2 и HG3. Первый из них высвечивает единицы, второй-десятки, третий-сотни частот данного поддиапазона измерения, выбранного переключателем SA1.

Рис. 50. Схема блока питания

Чтобы частотомер перевести в режим непрерывного счета импульсов, переключатель SA2 устанавливают в положение "Счет". В этом случае триггер DD10.1 по входу S переключается в единичное состояние-на его прямом выходе действует напряжение высокого уровня. При этом электронный ключ DD11.1 оказывается открытым и через него на вход двоично-десятичного счетчика непрерывно поступают импульсы входного сигнала. Показания счетчика в этом случае прекращаются при нажатии на кнопку SB1 "Сброс".

Блок питания частотомера (рис. 50) образуют сетевой трансформатор Т1, двухполупериодный выпрямитель VD3, конденсатор С9, сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения, и стабилизатор напряжения на стабилитроне VD5 ч транзисторе VT2. Конденсатор СЮ на выходе стабилизатора дополнительно сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Конденсатор СП (как и конденсаторы С4-С8 прибора) блокирует микросхемы частотомера по цепи питания, резистор R16 поддерживает режим стабилизатора при отключенной от него нагрузке.

Напряжение обмотки III трансформатора (около 200...220 В) подается через диод DV4 в цепи питания анодных, цепей газоразрядных цифровых индикаторов частотомера.

Рис. 51. Корпус прибора

Рис. 52. Размещение блоков и деталей цифрового частотомера в корпусе

Конструкция. С внешним видом частотомера вы уже знакомы. Его корпус (рис. 51) состоит из двух П-образных частей, согнутых из мягкого листового дюралюминия толщиной 2 мм. Нижняя часть выполняет функцию сборочного шасси. В ее передней стенке, являющейся лицевой панелью прибора, выпилено прямоугольное отверстие, прикрываемое спереди пластинкой красного органического стекла, через которое видны газоразрядные индикаторы. Справа от него- отверстия для крепления входного высокочастотного разъема XS1, переключателя SA1 на пять положений, тумблера SA2 "Измерение-счет" и кнопки SB1 "Сброс". Три отверстия на задней стенке служат для выключателя питания SA3, арматуры плавкого предохранителя FU1 и ввода сетевого шнура. Верхнюю часть - крышку - привертывают винтами МЗ к дюралюминиевым уголкам, приклепанным к шасси вдоль боковых сторон. Снизу к шасси прикреплены резиновые ножки. Монтаж. Детали частотомера смонтированы на четырех печатных платах из фольгированного стеклотекстолита -толщиной 2 мм. представляющих собой функционально законченные блоки прибора. Размещение плат и других деталей частотомера в корпусе показано на рис. 52. Платы винтами с гайками укреплены на пластине листового пластика, а она-на дие шасси. Соединения между платами и другими деталями прибора выполнены гибкими проводниками в надежной изоляции.

Первым монтируйте и испытывайте блок питания. Его внешний вид и печатная плата со схемой размещения деталей показаны на рис. 53. Сетевой трансформатор Т1 самодельный, выполнен на магнитопроводе ШЛ20х32. Обмотка I, рассчитанная на напряжение сети 220 В, содержит 1650 витков провода ПЭВ-1 0,1, анодная обмотка III-1500 витков такого же провода, обмотка II-55 витков провода ПЭВ-1 0,47. Вообще же для блока питания можно использовать подходящий готовый трансформатор мощностью более 7...8 Вт, обеспечивающий на обмотке II переменное напряжение 8... 10 В при токе нагрузки не менее 0,5 А, на обмотке III - около 200 В при токе не менее 10 мА.

Регулирующий транзистор VT2 стабилизатора напряжения укреплен на Г-образной дюралюминиевой пластинке размером 50x50 и толщиной 2 мм, выполняющей функцию теплоотвода. Выводы базы и эмиттера транзистора пропущены через отверстия в плате и припаяны непосредственно к соответствующим печатным проводникам. Электрический контакт коллектора транзистора с выпрямительным блоком VD3 осуществлен через его теплоотвод, крепежные винты с гайками и фольгу платы.

Рис. 53 (а). Блок питания

Рис. 53 (б). Блок питания

Сверив монтаж со схемой блока (см рис. 50), подключите к выходу стабилизатора напряжения эквивалент нагрузки-резистор сопротивлением 10... 12 Ом на мощность рассеяния 5 Вт. Подключите блок к сети и тут же измерьте напряжение на резисторе-оно должно быть в пределах 4,75...5,25 В. Более точно это напряжение можно установить подбором стабилитрона VD5. Оставьте блок включенным на 1,5...2 ч. За это время регулирующий транзистор может нагреться до 60...70° С, но напряжение на нагрузке должно оставаться практически неизменным. Так вы испытаете блок питания при работе в условиях, близких к реальным.

Счетчик импульсов и блок цифровой индикации смонтированы на одной общей плате размером 100x80 мм (рис.54). Шины цепи питания размещены на плате со стороны микросхем, что позволило обойтись лишь двумя проволочными перемычками в местах пересечения цепей счетчиков DD12, DD14; DD16. К этим же шинам припаяны блокировочные конденсаторы С7 и С8. Выводы газоразрядных индикаторов пропущены через отверстия в плате и припаяны к токонесущим площадкам, которые затем соединены отрезками монтажного провода с соответствующими им выходами дешифраторов DDI3, DD15 и DD17 (чтобы не усложнять эскиза платы, эти соединения на рис. 54 не показаны).

Рис. 54 (а). Плата счетчика импульсов с блоком цифровой информации

Рис. 54 (б). Плата счетчика импульсов с блоком цифровой информации

Тщательно проверив монтаж и надежность паек, соедините плату с блоком питания и, соблюдая осторожность, под-1фючите блок к сети. Индикаторы должны высвечивать нули. Если теперь общий проводник RO-входов счетчиков, который должен соединяться с выводом 8 элемента DD11.3 устройства управления, замкнуть временно на "заземленный" проводник и на вход С1 (вывод 14) счетчика DD12 подать от испытательного генератора импульсы, следующие с частотой повторения 1...3 Гц, этот узел частотомера будет работать в режиме счета импульсов: индикатор HG1 станет высвечивать единицы, HG2-десятки, a HG3- сотни импульсов. После 999 импульсов на индикаторах высветятся нули и начнется счет следующего цикла импульсов.

Рис. 55 (а). Блок образцовых частот

Рис. 55 (б). Блок образцовых частот

В случае неполадок в этом узле проверяйте и испытывайте каждый разряд блока индикации раздельно с помощью индикаторов или, что лучше, электронного осциллографа.

После проверки монтажа подайте на шины питания этого блока напряжение 5 В и, пользуясь светодиодным или транзисторным индикатором, проверьте егс работоспособность. При подключения индикатора к выходу микросхемы DD5 он должен мигать с частотой 1 Гц, к выходу микросхемы DD8-с частотой 10 Гц, а к выходу DD7-с частотой 100 Гц (на глаз незаметно). Затем сигналы с выходов этих микросхем подайте поочередно на вход С1 счетчика DD12 блока цифровой индикации. Работая в режиме счета, он будет индицировать число импульсов, поступающих на него с выходов трех ступеней делителя. Если все будет так, можно считать, что и генератор блока образцовых частот работает исправно.

Формирователь импульсного напряжения, электронный ключ и устройство управления смонтированы на одной общей плате (рис. 56). Испытание этого узла частотомера начинайте с проверки работоспособности формирователя импульсов сигнала измеряемой частоты совместно с другими узлами и элементами прибора. Для этого вход S (вывод 4) триггера DD10.1 временно соедините с "заземленным" проводником (что равнозначно установке переключателя SA2 в положение "Счет"), вывод 6 инвертора DD11.2- с выводом 14 входа С1 счетчи-. ка DD12 и подайте на разъем XS1 сигнал с выхода микросхемы DD9 блока образцовых частот. Индикаторы должны высвечивать последовательно цифры от 1 до 999. При частоте импульсов 10 Гц, снимаемых с выхода микросхемы DD8, скорость счета импульсов возрастает в 10 раз.

Затем проводник, соединяющий вход S триггера DD10.1 с "заземленной" шиной питания, удалите (что соответствует установке переключателя SA2 в положение "Измерение"), вывод 8 инвертора DD11.3 соедините с шиной сброса счетчиков DD12, DD14, DD16 (предварительно удалив перемычку, которой эту шину ранее замыкали на "заземленный" проводник), вход С (вывод 3) триггера DDIO. I соедините непосредственно с выходом блока образцовых частот (вывод 5 DD9), что равнозначно установке переключателя SA1 в положение "xl Гц", и одновременно с разъемом XS1. Теперь индикатор HG1 будет периодически, примерно через 1,5...2 с (в зависимости от длительности зарядки времязадающего конденсатора СЗ), высвечивать цифру 1 (1 Гц).

Рис. 56 (а). Плата формирователя импульсного напряжения и устройств! управления

Рис. 56 (б). Плата формирователя импульсного напряжения и устройств! управления

При соединении разъема с выходом микросхемы DD8 блока образцовых частот индикаторы HG1 и HG2 должны высвечивать число 10 (10 Гц). Если же разъем соединить с выходом микросхемы DD7, индикаторы станут высвечивать число 100 (100 Гц).

После этого подайте на вход частотомера переменное напряжение сети, пониженное трансформатором до 1...3 В,- индикаторы зафиксируют частоту 50 Гц. После испытания блоков частотомера прикрепите платы к пластине листового гетинакса (можно текстолита или другого изоляционного материала) в соответствии с рис. 52, а пластину укрепите на дне шасси. Соедините платы между собой и с другими деталями частотомера, установленными на лицевой и задней стенках шасси, многожильными монтажными проводниками в поливинилхлорид-ной изоляции.

Окончательно проверьте работу прибора в режимах "Счет" и "Измерение". Источниками сигнала по-прежнему могут служить импульсы, снимаемые с разных ступеней делителя блока образцовых частот. Какие изменения, дополнения можно внести в цифровой частотомер!?

Начнем с формирователя импульсного напряжения, от которого в значительной степени зависят чувствительность и четкость работы измерительного прибора в целом. Может случиться, что в вашем распоряжении не окажется микросхемы К155ЛД1, представляющей собой два че-тырехвходовых расширителя по ИЛИ, которые во входном блоке частотомера работают в триггерном режиме. Эту микросхему можно заменить одним из триггеров Шмитта микросхемы К155ТЛ1, если дополнить его однотранзисторным усилительным каскадом. Без предварительного усиления напряжения измеряемой частоты чувствительность частотомера будет хуже, чем с формирователем на микросхеме К155ЛД1.

Схему такого варианта входного блока частотомера вы видите на рис. 57. Переменное напряжение измеряемой частоты через резистор R1 и конденсатор С1 подается на базу транзистора VT1 усилительного каскада, а с его нагрузочного резистора R4 - на вход триггера Шмитта DD1.1. Формируемые триггером импульсы, частота следования которых соответствует -частоте входного сигнала, снимаются с его выходного вывода 6 и далее поступают на входной вывод 2 электронного ключа DD11.1 управляющего устройства частотомера.

Какова роль кремниевого диода VD1 и резистора R1 на входе прибора? Диод ограничивает отрицательное напряжение на эмиттерном переходе транзистора. Пока напряжение входного сигнала не превышает 0,6...0,7 В, диод практически закрыт и не оказывает никакого влияния на работу транзистора как усилителя. Когда же амплитуда измеряемого сигнала оказывается больше этого порогового напряжения, диод при отрицательных по-лупернодах открывается и таким образом поддерживает на базе транзистора напряжение, не превышающее 0,7...0,8 В.- А резистор R1 предотвращает протекание через диод опасного для него тока лри входном сигнале повышенного напряжения.

Конденсатор С2 блокирует усилительный каскад и микросхему формирователя по цепи питания. Налаживание формирователя сводится к подбору резистора R2. Добиваются, чтобы на коллекторе транзистора (относительно общего провода) было напряжение 2,5...3 В.

Рис. 57. Формирователь импульсного напряжения на триггере Шмитта микросхемы К155ТЛ1

Чувствительность частотомера с таким формирователем импульсного напряжения будет не менее 50 мВ, что более чем на порядок лучше, чем с формирователем на микросхеме К155ЛД1.

Схема другого варианта формирователя, обеспечивающего частотомеру примерно такую же чувствительность, показана на рис. 58. Его входная цепь и усилитель-такие же, как в формирователе предыдущего варианта. А функцию самого формирователя импульсного напряжения из усиленного сигнала выполняет триггер Шмитта на логических элементах DD1.1 я DD1.2 микросхемы К155ЛАЗ. Подобный триггер Шмитта уже использовался вами в простом частотомере со стрелочным индикатором на выходе (см. рис. 24). Инвертор DD1.3 улучшает форму импульсов, подаваемых на вход электронного ключе устройства управления.

Итак, еще два возможных варианта формирователя импульсного напряжения, отличающихся один от другого используемыми в них микросхемами, но практически одинаковых по чувствительности. На каком из них остановиться, если не окажется микросхемы К155ЛД1 и, *роме того, пожелаете улучшить чувствительность частотомера? Решить этот вопрос можно опытным путем: испытать в работе оба варианта и монтировать тот из них, с которым частотомер работает четче. Выбору может помочь электронный осциллограф, на экране которого можно наблюдать формируемые импульсы. Предпочтение следует отдать формирователю, фронты и спады выходных импульсов которого круче, имеющие одинаковые длительности самих импульсов и пауз между ними.

Может случиться, что при измерении частоты более нескольких килогерц будут наблюдаться мерцания светящихся цифр индикаторов и, кроме того, прибор иногда будет показывать в два раза большую частоту. В чем причины этих явлений и как их устранить, если, конечно, они наблюдаются в готовом частотомере или появятся позже?

В описанном частотомере время индикации результата измерения зависит от положения переключателя SA1 "Диапазон". При частоте тактовых импульсов более 1 кГц, поступающих от блока образцовых частот на вход управляющего устройства, конденсатор СЗ не всегда успевает полностью разрядиться за время между двумя соседними импульсами, из-за чего при следующем цикле работы он начинает заряжаться с более высокого напряжения на нем. В результате время индикации (см. рис. 49, в и ж) уменьшается и свечение индикаторов начинает мерцать.

Причина второго явления - некоторая нестабильность конечной длительности сигнала "сброс" (см. рис. 49,е) устройства управления в исходное состояние. По фронту этого импульса триггер DD10.2 переключается в нулевое состояние и напряжение высокого уровня на его инверсном выходе (вывод 8) разрешает работу триггера DD10.1. И если тактовый импульс образцовой частоты поступит на вход С этого триггера в промежуток времени, когда сигнал сброса еще не закончился, то триггер DD10.1 переключится в единичное состояние, начнется счет входных импульсов, на что Триггер DD10.2 своевременно не среагирует, так как после такого цикла работы сигнала сброса не будет. В итоге индикаторы будут фиксировать сумму частот измеренного сигнала и показания "внепланового" цикла работы управляющего устройства.

Оба эти недостатка нетрудно устранить введением в устройство управления еще одного D-триггера, DD10.1, выделенного на рис. 59 утолщенными линиями. В таком случае с появлением сигна-. ла "сброс" работа триггера DD10.1 еще запрещена напряжением низкого уровня, поступающим на его вход R с выхода триггера DD10.1. Разрешение на его работу дает дополнительный триггер по окончании импульса, приходящего на его вход С. Период следования этих импульсов должен быть таким, чтобы во время пауз между ними конденсатор СЗ успевал полностью разрядиться. Эта задача решается подачей на вход С триггера DD10.1 импульсов частотой следования 10 Гц, снимаемых с вывода 5 счетчика DD8 блока образцовых частот.

Анод индикатора HG4 подают, как и на аноды других индикаторов, через ограничительный резистор R15 такого же номинала.

Рис. 60. Схема дополнительной счетной ступени блока цифровой индикации

При желании и наличии деталей блок цифровой индикации можно дополнить еще одной счетной ступенью - пятой. Но, как показывает радиолюбительская практика, в этом особой необходимости нет.

Следующий вопрос, который мы предвидим: какие знаковые индикаторы, кроме ИН-8-2, подойдут для частотомера? Любые другие индикаторы тлеющего разряда, например ИН-2, ИН-14, ИН-16. Надо только при монтаже учитывать соответствующую им цоколевку. Распознать же или уточнить цоколевку используемого индикатора нетрудно опытным путем, подавая на выводы его электродов постоянное или пульсирующее напряжение 150...200 В (через ограничительный резистор сопротивлением 33...47 кОм). За исходный удобно принять вывод анода-он хорошо просматривается через стеклянный баллон индикатора. Соединив с ним плюсовой проводник источника напряжения, отрицательным проводником источника касайтесь поочередно других выводов. При этом будут светиться цифры, соответствующие цоколевке проверяемого индикатора.

И еще один вопрос, касающийся выбора- кварцевого резонатора. Генератор блока образцовых частот-"сердце" частотомера, от ритмичности которого зависит точность измерений. Поэтому его работа стабилизируется кварцевым резонатором. В принципе, частоту генератора можно стабилизировать, например, частотой переменного напряжения электроосветительной сети (как это сделано в описанном выше реле времени). Но она, к сожалению, в разное время суток может отличаться от 50 Гц на 0,5... 1 Гц. Соответственно будет "плавать" частота генератора и, следовательно, погрешность измерений. В результате цифровой частотомер утратит свои достаточно высокие качества.

Вот почему без резонатора не обойтись. А как быть, если резонатора на частоту 8 МГц, использованного в описанном частотомере, нет? Подойдет любой другой кварцевый резонатор. Конечно, лучше использовать резонатор на частоту 1 МГц, потому что в этом случае отпадает надобность в микросхеме D03 первой ступени делителя, и сигнал с выхода генератора можно подать сразу на вход микросхемы DD4. Подойдет, также кварцевый резонатор на частоту 100 кГц-тогда можно исключить и микросхему DD4. В обоих случаях делитель блока образцовых частот упростится.

Рис. 61. Схема делителя частоты генератора с кварцевым резонатором на 1,96 МГц

А если и таких кварцевых резонаторов нет? Тогда используйте любой другой с резонансной частотой от 0,1 до 10 МГц. Вот конкретный пример. Допустим, есть резонатор на частоту 1,96 МГц (1960 кГц). В таком случае делитель до целого кратного числа 10 кГц можно построить по схеме, приведенной на рис. 61. Сам генератор остается без изменений. Его частоту, равную 1960 кГц, JK-триггер 2, а счетчики DD2 и DD3 совместно с микросхемой DD4 делит на К155ЛА1 (два логических элемента 4И-НЕ) дополнительно еще на 98 (2x7x7). В результате на выходе трех ступеней делителя формируются импульсы частотой 10 кГц, которые надо подавать непосредственно на вход S микросхемы DD6 делителя конструируемого частотомера.

Как видите, при использовании практически любого кварцевого резонатора надо лишь изменить построение первых ступеней делителя частоты. В этом вам поможет \ соответствующая справочная литература.

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