Прибор радиолюбителя 2 генератор частотомер

Прибор радиолюбителя 2 генератор частотомер

Автор: mig958
Опубликовано 05.09.2017
Создано при помощи КотоРед.

Ты самый умный и умелый,
Один из лучших среди нас!
Я в день рожденья пожелаю —
Чтобы всё в жизни было просто — Класс!

Частотомер является одним из основных приборов радиолюбителя. Не даром этому популярному прибору посвящено столько статей. Схем радиолюбительских частотомеров, казалось бы, существует огромное множество, на любой вкус. Однако практически все они используют метод прямого счета, хотя есть достаточно простой, но значительно лучший метод обратного счета. Приятным исключением является частотомер FC-510. Есть еще один прибор использующий почти этот метод, это Простой калибратор частоты/ частотомер/ образцовые часы . Но ввиду малого диапазона измеряемой частоты и неудобного времени измерения, он как частотомер малопригоден. Я его кстати собрал и очень им доволен. И в FC-510 и в калибраторе применен метод обратного счета. Главным достоинством метода является то, что его относительная погрешность измерения не зависит от значения входной частоты. Вообще по методам измерения частоты у автора FC-510 есть прекрасный документ хотя он не закончен, но для начинающих радиолюбителей я лучшего изложения этого вопроса не встречал. У данного частотомера есть лишь единственный недостаток: он сложноват для начинающего, да даже и для радиолюбителя среднего уровня. К сожалению ничего подобного, но попроще, да и вообще больше ничего в сети я не нашел.
Попавшееся на глаза объявление о конкурсе и подвигло меня задаться вопросом: почему бы не сотворить что то подобное но попроще, а сроки конкурса не позволят растянуть этот процесс, как обычно в бесконечность. Так как обдумывал я эту тему уже очень давно, то над схемой я долго не раздумывал, как и над выбором микропроцессора. Структурная схема представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема структурная

Микропроцессор формирует сигнал управления входом D триггера (ворота), но сам подсчет импульсов начинается и заканчивается по приходу фронта измеряемого сигнала. Кстати, название Фрегат родилось от созвучия со словами free gate – свободные ворота, что как бы суть метода. Ну а далее подсчет входной и опорной частот и вычисление результата. Параметры схемы определяют возможности кварцевого генератора (VCTCXO), микропроцессора и удобства работы с прибором.

Основные характеристики частотомера:

  • Диапазон измеряемых частот: 1Гц – 100МГц ( 1ГГц с предделителем на 64) ;
  • Амплитуда измеряемого сигнала: 0.1 – 10в;
  • Опорная частота: 20МГц;
  • Время измерения: 5 сек;
  • Количество значащих цифр: 8;
  • Погрешность измерения * не более 10 -7 ;
  • До 2МГц измерение методом обратного счета, свыше методом прямого счета;
  • Потребляемый ток: 50 (80 с подсветкой) ма;
  • Модульная конструкция с выносными формирователями сигнала.

* При погрешности опорной частоты менее 2*10 -8 .

В работе частотомере предельно прост — никаких органов управления нет.

Принципиальная схема измерительной части представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема принципиальная модуля измерения.

Входной сигнал с формирователя поступает на триггер Шмидта DD1. В принципе без него можно и обойтись, он лишь помогает избавиться от помех. Далее схема ворот: микропроцессор формирует точный интервал 5 сек., который приходит на вход D DD2.1 и первый фронт входной частоты переключает его, разрешая подсчет входных импульсов с помощью DD3.1 таймером TMR1, и подсчет опорной частоты с помощью DD3.2 таймером TMR0. Триггер DD2.2 делит входную частоту на 2 позволяя поднять измеряемую частоту до 100МГц (известно, что таймеры PICов работают до частот 50-60 МГц) . По окончанию 5 сек. первый фронт входной частоты переключит триггер и закончит подсчет. Микропроцессор отслеживает формирование ворот для возможности измерения от 1Гц (ожидание окончания периода может продлиться до 1,5сек.), а также исключения нештатных ситуаций. При правильном формировании ворот далее происходит подсчет импульсов с предделителей, для этого служат DD3.3 и DD3.4. Так как время измерения довольно велико оно показывается на шкале ожидания измерения. Далее вычисления и индикация. Имеется 5 битный измеритель уровня входного сигнала. Напряжение с выпрямителя входного формирователя примерно 1-1,5 в. подается на вход RA0. Резистор R5 регулирует чувствительность. Вход RA2 определяет наличие предделителя (0 предделитель включен).

Измеряемый диапазон частот разбит на 3 части (выносных модуля):

Основной модуль: 1кГц – 100МГц. Он собран по давно отлаженной схеме и подтвердил свои высокие характеристики: реальная полоса пропускания при увеличенных проходных конденсаторах в диапазоне 0,1-10в. от 100Гц до 150МГц. Схема на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема принципиальная формирователя 1кГц – 100МГц.

Следующие модули я не макетировал, ввиду отсутствия микросхем у меня и в магазинах. Заказал их на Али Экспресс. Но так как они тоже разработаны не мной и применяются широко, думаю особых проблем не должно быть. Впрочем схемотехника выносных модулей, их разбивка по частотам и конструкция (внешний или внутренний) может быть самая разнообразная. При измерении сигналов ТТЛ уровней можно вообще обойтись без них.

Рисунок 4. Схема принципиальная формирователя 70МГц – 1ГГц.

Читайте также:  Какой нужен редуктор для газовой пушки

Рисунок 5. Схема принципиальная формирователя 0Гц – 1МГц.

Схему блока питания не привожу (Трансформатор, 4 диода и электролит, можно добавить 7809 или 7812 или . ).

Конструкция и детали:

Так как мне нравятся SMD компоненты (от остальных я уже давно избавился), то конструктив получился довольно компактный. Я прекрасно понимаю, что повторить один в один, маловероятно. Поэтому моя конструкция лишь один и примеров возможного решения. Ввиду незначительного энергопотребления (при отсутствии термостата), возможно изготовить его даже в виде пинцета с аккумуляторным питанием. Никаких особых требований к конструкции не предъявляется. Единственные рекомендации: ввиду высокой чувствительности к помехам, дорожки по которым проходит сигнал должны быть минимальной длинны и не использовать импульсные стабилизаторы и преобразователи для его питания.

Что касается деталей: Заменить PIC16F876A можно на 877,886,887 в любых корпусах: DIP, SOIC, TQFP. Основным элементом, даже более значимым чем процессор является кварцевый генератор, он в конечном счете и определяет погрешность измерения. К сожалению применить другую частоту, без ухудшения параметров точности, погрешности или времени измерения нельзя. Генератор может быть типа VCTXCO (термокомпенсированный с подстройкой напряжением) или TXCO (термокомпенсированный с механической подстройкой). Выходной сигнал генератора должен быть ТТЛ или КMOП. Если будет синус понадобится триггер Шмидта, так как сигнал идет не только на МК но и на логику. Возможно и применение самодельного термостатированного генератора с обычным кварцем, собранного на логике или на транзисторе (понадобится триггер Шмидта на выходе). При очень сильном желании можно применить кварцевый генератор на другую частоту (с некоторым ухудшением погрешности), например на 10МГц. При этом разумеется будет необходимо внести исправления в программу. Вместо 74AC74 и 74AC00 можно применить другие серии например F,ACT,VHC с соответствующим изменением максимальной частоты. Возможно применение и серий К1554, К1594, К1531. Вместо 74LVC1G14 возможно применить любые триггеры Шмидта соответствующих серий, опять таки смотрите на частоту. Трансформатор питания любой на 2-5 Вт. с выпрямленным напряжением 7 — 12в.

Настройку частоты кварцевого генератора можно выполнить двумя методами:

  • Измерением известной точной частоты и подстройкой генератора с помощью R4 добиться индикации такой же частоты на индикаторе.
  • Измерением частоты опорного генератора частотомером имеющим нужную погрешность, ну и соответствующая подстройка частоты опорного генератора до частоты ровно 20МГц.

Так как разработка проводилась в сжатое время, естественно не все вопросы тщательно продуманы, тем более это мой первый опыт программирования на C для PIC, буду благодарен за конструктивную критику, указанию на ошибки и неточности, другие недоработки, а также предложениям по совершенствованию прибора.

В заключении видео работы макета после окончания отладки программы. Ну и несколько фотографий готового устройства. Прошу прощения за качество.

Подвигло меня на разработку:

Радиолюбительские приборы-помощники

В процессе изготовления радиолюбительских схем, при её настройке, а также при регулировке аппаратуры радиолюбителю необходим целый набор измеритель­ных приборов. В первую очередь понадобятся: мультиметр, ос­циллограф, генераторы высокой и низкой (звуковой) частот , цифровой часто­томер , универсальный высокочастотный вольтметр с высокоомным входом…

Сейчас многие приборы можно купить, а некоторых и можно не найти в продаже. Их самостоя­тельное изготовление не отличается большой трудностью и вполне доступно радиолюбителям.

В число таких приборов-помощников входят:

  • индика­тор высокочастотного поля,
  • индикатор излучения,
  • прибор для проверки транзисторов,
  • ВЧ и универсальный вольтметр.

Схемы приборов построены на старой советской элементной базе, поэтому многие компоненты можно заменить на современные аналоги.

Принципиальная схема индикатора поля

На рисунке показана схема простого индикатора напряженно­сти поля. Индикатор высокочастотного поля используют для обнаружения излучения-передатчика и грубого измерения частоты колебаний, а также как индикатор на­пряженности поля при согласовании выхода передатчика с сопротивлением из­лучения антенны. Индикатор представляет собой детекторный приемник, нагрузкой ко­торого служит микроамперметр на ток полного отклонения стрелки 100 мкА.

Главная особенность этого индикатора — отсутствие питания. Стрелка индикаторной головки отклоняется от наводящего в антенне ВЧ поля.

Прибор собирают на изоляционной плате. Антенна — тонкий металлический штырь длиной 20 — 30 см. Для диапазона 25 — 31 МГц контурную катушку L1 заматывают на каркасе диаметром 12 мм. Она содержит 12 — 14 витков прово­да ПЭВ-1, Конденсатор С1 — подстроечнный с воздушным диэлектриком. Ось ротора выводят на переднюю панель и снабжают лимбом с нанесенной шкалой, проградуированной в Мегагерцах.

Принципиальная схема индикатора излучения

На рисунке, выше представлена схема индикатора излучения передатчи­ка с визуальным контролем. Для контроля использована небольшая лампочка, рассчитанная на напряжение 1 В или светодиод. В случае использования светодиода, нужно последовательно подключить сопротивление 30-100Ом.

Индикатор представля­ет собой детекторный приемник с двухкаскадным усилителем постоянного тока на транзисторах МП16Б (или им аналогичных отечественных или зарубежных). В цепь коллектора выходно­го транзистора VT3 включена индикаторная лампа.

Индикатор смонтирован на изоляционной плате и вместе с батареями питания размещен в пластмассовом футляре подходящих размеров. Каждую батарею питания можно составить из 3-x аккумуляторов по 1,2в.

Читайте также:  Как подготовить малину таруса к зиме

Приближенно проградуировать шка­лу индикатора поля можно по сиг­налу от измерительного генератора высокой частоты. К его выходу подклю­чают отрезок провода длиной 30 см. Вблизи этого провода располагают шты­ревую антенну градуируемого индикато­ра поля.

Схема вольтметра постоянного напряжения

Вольтметр измеряет постоянные напряжения величиной до 100 В. Он выполнен по мостовой схеме на транзисторах — Т1 и Т2. В одну диагональ моста включен измерительный прибор, в другую — источник питания.

Регулировка вольтметра состоит из двух этапов. Сначала, изменяя значения резисторов R4 и R5, добиваются равенства напряжений на коллекторах транзисторов Т1 и Т2. Затем с помощью переменного резистора R6 устанавливают стрелку измерительного прибора на ноль.

Измеряемое напряжение через резисторы R1, R2 и R3 подается на базу транзистора Т1. При этом нарушается равновесие моста, и через миллиамперметр начинает протекать ток, пропорциональный напряжению.

Резисторы R1 — R3 подбирают с точностью ±5%.

Эту схему можно использовать как приставку к авометру с малым входным сопротивлением.

Схема универсального вольтметра

Универсальный вольтметр, схема которого изображена на рисунке прост изготовлении и налаживании.

Входное сопротивление его около 2 МОм на пределе измерения постоянного напряжения 1 В и 4,5 МОм на остальных пределах (10, 100, 1000 В). Напря­жение высокой и звуковой частот можно измерять в пределах от 0,1 до 25 В. Транзисторы VT1 и VT2 образуют парафазный истоковый повторитель. Измеря­емое напряжение приложено к затворам транзисторов и одновременно к цепи R5, R14. В результате между затвором и истоком каждого транзистора действу­ет половина измеряемого напряжения, но с разной полярностью. Это приводят к тому, что в одном плече ток стока уменьшается, в другом — увеличивается я между точками а и б появляется разность потенциалов, отклоняющая стрелку микроамперметра РА1 пропорционально приложенному напряжению.

Детекторная цепь C1,VD1,R7, C2 предназначена для измерения напряжения ЗЧ. А напря­жение ВЧ измеряют с помощью выносной головки, схема которой показана на рисунке слева. Питают прибор от батареи с напряжением 9 В.

Транзисторы для вольт­метра должны быть подобраны близкими по параметрам. Для подборки тран­зисторов можно воспользоваться устройством, схема которого изображена на рисунках, ниже.

Схема проверки маломощных биполярных транзисторов

Одно из условий безотказной работы аппаратуры радиоуправления — применение в ней проверенных радиоэлементов и особенно транзисторов. Известно, что разброс параметров транзисторов одного типа может быть трехкратным и более. Например, у транзистора значение коэффициента передачи по постоянному току h21Э может находиться в пределах 40—160. В ряде случаев при изготовлении аппаратуры устанавливают ограничения на параметры применяемых транзисторов. Обычно это относится к значениям h21Э.

Часто при построении схем необходимо подобрать пары одинаковых по параметрам транзисторов.
У маломощных транзисторов обычно проверяют обратный или так называемый неуправляемый ток коллектора Iкбо при отключенном эмиттерном выводе, а также h21э в схеме с заземленным эмиттером.

На рисунке, ниже приведена схема стенда для проверки маломощных транзисторов как с р-n-р, так и с n-р-n переходами. I кбо измеряется непосредственно микроамперметром ИП-1 с пределом до 100 мкА. У микроамперметра ИП-1 должна быть шкала с нулем посередине. h21э определяется как отношение измеренного тока коллектора Iк к установленному по прибору ИП-1 значению тока Iо в цепи базы транзистора. Ток в цепи базы устанавливается с помощью переменных резисторов R3, («грубо») и R2 («точно»). При точном измерении шунт прибора отключают кнопкой Kн1.

Схема проверки биполярных транзисторов средней мощности

Транзисторы средней мощности необходимо проверять при рабочем коллекторном токе (0,5 — 1,0 А и более). При подборе пар одинаковых транзисторов, необходимых для качественной работы оконечных каскадов усилителей и других схем. Эти измерения можно сделать с помощью простого стенда (см. схему ниже).

Чтобы не усложнять коммутацию, подключение измерительных приборов осуществляют гибкими проводами с одиночными штыревыми разъемами. На схеме (в скобках) показана полярность подключения батареи и приборов при проверке транзисторов со структурой типа p-n-р.

Подключение к выводам транзистора следует осуществлять с помощью зажимов «крокодил», подпаянных к гибким проводам. Транзисторы проверяют в течение короткого промежутка времени в связи с тем, что при больших токах коллектора происходит нагрев транзистора, а это ведет к изменению его параметров и увеличению погрешности измерений.

Проверяемый транзистор можно крепить на теплоотводящий радиатор, но это усложнит процесс проверки. В качестве источника питания следует применить мощный стабилизированный источник низковольтного напряжения или составить батарею из аккумуляторов.

Схема проверки полевых транзисторов

Проверку полевых транзисторов можно проводить на стенде, схема которого приведена на рисунке ниже. С помощью этого стенда осуществляют подбор пар одинаковых транзисторов.

Полярность подключения батарей Б1, Б2 и измерительных приборов показана для случая проверки полевых транзисторов с р-каналом и п-р переходом (например, КП103). При проверке полевых транзисторов с n-каналом и р-п переходом (например КП303) необходимо указанную полярность изменить на обратную.

Читайте также:  Какой толщины осп на потолок

С помощью такого стенда можно снять выходные и проходные характеристики полевых транзисторов. На рисунках приведена выходная характеристика полевого транзистора КП303Д и проходные характеристики этого же транзистора. Пунктирной линией изображена динамическая проходная характеристика при включенном в цепь истока резисторе с сопротивлением 560 Ом. Рабочая точка находится в средней части линейного участка этой характеристики.

ВНИМАНИЕ! При проверке полевых транзисторов с МОП-структурой необходимо соблюдать осторожность, поскольку они подвержены влиянию статического электричества! Их следует подключать с предварительно закороченными (гибким неизолированным проводником) выводами, которые подсоединяют к стенду при выключенном питании. Затем с вывода транзистора снимают закорачивающие проводники и включают питание.

После этого проверяют транзистор. Отключение такого транзистора ведут в обратном порядке, а именно, выключают питание, закорачивают выводы и после этого отсоединяют его от стенда.

Конструкции стендов для проверки транзисторов могут быть произвольными. Рекомендуется монтировать их на панелях из стеклотекстолита или другого изоляционного листового материала. На стенде следует поместить его принципиальную схему. Для удобства пользования производят гравировку у выводов гнезд и других элементов стенда или вместо гравировки можно приклеить бумажные полоски с надписями.

Используемая литература: М.Е.Васильченко, А.В.Дьяков «Радиолюбительская телемеханика» и журнал «Моделист конструктор»

В жизни каждого радиолюбителя рано или поздно встает вопрос об увеличении парка измерительных приборов. Профессиональное оборудование очень точное, качественное, но стоит дорого. Для большинства радиолюбительских работ достаточно менее сложного, но более функционального прибора, который бы сочетал в себе генераторы синусоиды (ВЧ и НЧ), частотомера и ВЧ-вольтметра. С помощью комбинаций этих функций можно получить гетеродинный искатель резонанса (ГИР), волномер и амплитудный детектор с выходом на наушники. Таких разработок существует довольно большое количество, но я свой выбор остановил на разработке одного из лучших конструкторов радиолюбительской техники Якова Семёновича Лаповка (UA1FA) [1]. К сожалению, его уже больше двух лет нет в живых, но память о нем живет в каждом приборе, разработанном при его участии. Я даже смог немного расширить функционал прибора, о чем будет подробно рассказано в своей статье. Полную её версию можно увидеть тут.

Принципиальная схема конструкции приведена на рис.2. Т.к. в те годы с элементной базой была напряженка, то любую конструкцию приходилось переделывать под то, что удавалось достать. 3D6 К131ТК1 достать не удалось, зато получилось достать К193ИЕ1 со значительно лучшими частотными параметрами. К155ЕИ2 тоже были в дефиците, потому часть их пришлось заменить на К155ИЕ1 (2D1, 3D3-3D5). Схема ВЧ-генератора тоже претерпела незначительные изменения. Оказалось, что на истоке полевого транзистора 1V1 присутствует искажение синусоиды, вызванное переходными процессами при переключении транзистора. По этой причине верхний по схеме вывод конденсатора 1С3 необходимо переключить на затвор 1V1 немного уменьшив его номинал (у меня получилось 240 пФ). Также были заменены индикаторы 3H1-3H5 на более подходящие по внешнему виду ИН-2.
Блок питания (БП) был полностью переработан. На основе транзисторов КТ807 были выполнены схемы параметрических стабилизаторов на напряжение +5 и +9 Вольта.
Внешний вид прибора представлен на рис.1. В качестве корпуса был использован подходящий по размерам корпус промышленного производства. Разбивка по модулям тоже была изменена. Блок 1 принципиальной схемы конструктивно был объединен с переключателем диапазонов на основе П2К, состоящем из пяти переключателей с зависимой фиксацией и одним с зависимой (использован для переключения режима частотомера "кГц"/"Гц"). Его можно увидеть на рис.4. В генератор был добавлен еще один диапазон 465 +-20 кГц для настройки связных радиоприёмников. Он включается при полностью отжатом переключателе диапазонов. Блок индикации ( Рис.6), состоящий из неоновых ламп, триггеров-защелок и счетчиков, оказалось удобней закрепить на передней панели прибора ( Рис.3). Чуть левее его размещен самодельный верньер, шестерня которого видна на том же рисунке. Блок 4 принципиальной схемы, содержащий амплитудный детектор, был объединен с БП. Использование игольчатых радиаторов на мощных транзисторах позволяет не беспокоиться об их размещении внутри корпуса. Все остальные схемные модули размещены на одной плате, торец которой виден на Рис.3. Оказалось что К155ЕИ1 довольно сильно греются. По этой причине к их корпусу был приклеен П-образный радиатор, хорошо видный на Рис.6.

Рис.3

Измерительная головка ВЧ-вольтметра в корпус не убирается. По этой причине она подключается через разъем, в который планировалось вставлять печатную плату, на которой должна была крепиться измерительная головка. В верхней части корпуса для этих целей был предусмотрен лючок. Но руки до этого так и не дошли, потому головку до сих пор подключаю проводами.
Несмотря на относительную простоту, прибор выдает довольно чистую синусоиду как с режиме ГСС, так и в режиме ЗГ. Об этом свидетельствует спектрограмма на рис.7.

Видео о работе прибора можно будет увидеть чуть позже.

Литература:
Я.С.Лаповок "Универсальный прибор коротковолновика", журнал "Радио" №11 1979 г., стр 19

Ссылка на основную публикацию
Правильная кормушка для синиц
Люблю когда приятно и полезно. Одно из таких занятий - подкормка птичек зимой. Любимицы мои - это конечно же синички....
Почему желтеют листья у тещиного языка
Цветок «тещин язык» – достойный кандидат, с которого можно начинать занятие цветоводством. Он обладает высокими декоративными качествами, неприхотлив, очищает воздух...
Правильная кормушка для синиц
Люблю когда приятно и полезно. Одно из таких занятий - подкормка птичек зимой. Любимицы мои - это конечно же синички....
Прибор радиолюбителя 2 генератор частотомер
Автор: mig958 Опубликовано 05.09.2017 Создано при помощи КотоРед. Ты самый умный и умелый, Один из лучших среди нас! Я в...
Adblock detector