Схема очень простого цифрового частотомера на зарубежной элементной базе

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ “

В этой статье на сайте Радиолюбитель мы рассмотрим очередную простую радиолюбительскую схему – частотомер . Частотомер собран на зарубежной элементной базе, которая подчас бывает доступнее отечественной. Схема проста и доступна для повторения начинающему радиолюбителю .

Схема частотомера :

Частотомер выполнен на измерительных счетчиках HFC4026BEY, микросхемах серии CD40 и семисегментных светодиодных индикаторах с общим катодом HDSP-H211H. При напряжении источника питания 12 вольт частотомер может измерять частоту от 1 Гц до 10 МГц.

Микросхема HFC4026BEY является представителем высокоскоростной КМОП логики и содержит десятичный счетчик и дешифратор для семисегментного светодиодного индикатора с общим катодом. Входные импульсы подаются на вход “С”, который имеет триггер Шмитта, что позволяет значительно упростить схему входного формирователя импульсов. Кроме того, вход счетчика “С” можно закрыть подав логическую единицу на вывод 2 микросхемы. Таким образом отпадает надобность во внешнем ключевом устройстве пропускающим импульсы на вход счетчика в период измерения. Выключить индикацию можно подав логический ноль на вывод 3. Все это упрощает схему управления частотомера.

Входной усилитель выполнен на транзисторе VT1 по схеме ключа. Он преобразует входной сигнал в импульсы произвольной формы. Прямоугольность импульсам придает триггер Шмитта, имеющийся на входе “С” микросхемы. Диоды VD1- VD4 ограничивают величину амплитуды входного сигнала. Генератор опорных сигналов выполнен на микросхеме CD4060B. В случае использования кварцевого резонатора на частоту 32768 Гц с вывода 2 микросхемы снимается частота 4 Гц, которая поступает на схему управления состоящего из десятичного счетчика D2 и двух RS триггеров на микросхеме D3. В случае использования резонатора на 16384 Гц (с китайских будильников) частоту 4 Гц нужно будет снимать не со 2 вывода микросхемы, а с 1-го.

Микросхему CD4060B можно заменить другим аналогом типа хх4060 (например NJM4060). Микросхему CD4017B можно заменить также другим аналогом типа хх4017, либо отечественной микросхемой К561 ИЕ8, К176 ИЕ8. Микросхема CD4001B прямой аналог наших микросхем К561ИЕ5, К176ИЕ5. Микросхему HFC4026BEY можно заменить ее полным аналогом CD4026, но при этом максимальная измеряемая частота будет 2 МГц. Схема входного ула частотомера примитивная, ее можно заменить каким-то более совершенным узлом.

Поводом повторения данного частотомера и приставки для определения параметров неизвестных контуров послужила конструкция приемника Р-45. В дальнейшем этот "мини комплекс" облегчит намотку и настройку ВЧ контуров, контроль опорных точек генераторов и так далее. Итак, представленный в данной статье частотомер позволяет измерять частоту от 10 Гц до 60 МГц с точностью 10 Гц. Это позволяет использовать данный прибор для самого широкого применения, например измерять частоту задающего генератора, радио приёмника и передатчика, функционального генератора, кварцевого резонатора. Частотомер обеспечивает хорошие параметры и обладает хорошей входной чувствительностью, благодаря наличию усилителя и TTL-преобразователя. Это позволяет измерять частоту кварцевых резонаторов. Если использовать дополнительный делитель частоты, максимальная частота измерения может достигать 1 ГГц и выше.

Схема частотомера довольно простая, большинство функций выполняет микроконтроллер. Единственное, для микроконтроллера необходим усилительный каскад, чтобы увеличить входное напряжения с 200-300 мВ до 3 В. Транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, обеспечивает псевдо-TTL сигнал, поступающий на вход микроконтроллера. В качестве транзистора необходим какой-нибудь "быстрый" транзистор, я применил BFR91 - отечественный аналог КТ3198В.

Напряжение Vкэ устанавливается на уровне 1.8-2.2 вольта резистором R3* на схеме. У меня это 22 кОм, однако может потребоваться корректировка. Напряжение с коллектора транзистора прикладывается к входу счетчика/таймера микроконтроллера PIC, через последовательное сопротивление 470 Ом. Для выключения измерения, в PIC задействываются встроенные pull-down резисторы. В PIC реализован 32-битный счетчик, частично аппаратно, частично софтово. Подсчет начинается после того, как выключаются встроенные pull-down резисторы микроконтроллера, продолжительность составляет точно 0.4 секунды. По истечении этого времени, PIC делит полученное число на 4, после чего прибавляет или отнимает соответствующую промежуточную частоту, для получения реальной частоты. Полученная частота конвертируется для отображения на дисплее.

Для того, чтобы частотомер работал правильно, его необходимо откалибровать. Проще всего это сделать так: подключить источник импульсов с заранее точно известной частотой и вращая подстроечный конденсатор выставить необходимые показания. Если данный метод не подходит, то можно воспользоваться "грубой калибровкой". Для этого, выключите питание прибора, а 10 ножку микроконтроллера подсоедините на GND. Затем, включите питание. МК будет измерять и отображать внутреннюю частоту.

Если вы не можете подстроить отображаемую частоту (путем подстройки конденсатора 33 пФ), то кратковременно подсоедините вывод 12 или 13 МК к GND. Возможно, что это нужно будет сделать несколько раз, так как программа проверяет эти выводы только один раз за каждое измерение (0.4 сек). После калибровки, отключите 10 ногу микроконтроллера от GND, не выключая при этом питания прибора, чтобы сохранить данные в энергонезависимой памяти МК.

Печатную плату рисовал под свой корпус. Вот что получилось, при подаче питания выскакивает кратковременно заставка и частотомер переходит в режим измерения, тут на входе нет ни чего:

Схема приставки контур

Автор статьи схему доработал относительно первоисточника, посему оригинал не прилагаю, плата и файл прошивки в общем архиве . Теперь возьмем неизвестный нам контур - приставка для измерения резонансной частоты контура.

Вставляем в не совсем пока удобную панельку, для проверки девайса сойдет, смотрим результат измерений:

Частотомер калибровался и тестировался на кварцевом генераторе 4 МГц, результат был зафиксирован такой: 4,00052 МГц. В корпусе частотомера решил вывести питание и на приставку +9 Вольт, для этого был сделан простой стабилизатор +5 В, +9 В, его плата на фото:

Забыл добавить, плата частотомера разведена немного к верху задом - для удобства съёма pic микроконтроллера, вращении подстроечного конденсатора, минимальной длины дорожек на LCD.

Теперь частотомер выглядит вот так:

Единственное, не стал исправлять пока ошибку в надписи мгГц, а так всё на 100% рабочее. Сборка и испытание схемы - ГУБЕРНАТОР .

Обсудить статью КАК СДЕЛАТЬ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

При настройке радиотелефона, описанного в , возникли проблемы с поиском недорогого корпуса трубки. Случайно под руки попался неисправный калькулятор, который ремонту не подлежал из-за особенностей электрической схемы - так называемый "пустой корпус" и БИС в виде одной плоской капли на монтажной плате. Сам по себе изящный корпус HL-812E размером 125x70x18 мм было жалостно выбросить, и после некоторых раздумий было решено попробовать собрать схему трубки радиотелефона. Довольно глубокая ниша размером 54x78x8 мм в принципе давала вероятность разместить все детали при небольшой доработке нижней крышки (пришлось просверлить и вырезать в ней два отверстия: под капсюль микрофона - в нижнем правом углу, и телефона - в верхнем правом углу). Для установки телескопической антенны просверлено отверстие в левой части верхнего торца корпуса калькулятора. Нижний конец антенны закреплен с помощью маленькой скобы к плате бывшего калькулятора. Дорожки, идущие к БИС от кнопок 0; 1; 2; 3; ...9; "OFF"; "С" и "АС" нужно перерезать и распаять к соответствующим точкам схемы трубки (рис. Схема недогрева паяльника 1 в ). При сборке применены малогабаритные резисторы УЛМ-0,12, конденсаторы КД, КМ-6, К10-17 и К50-40, электролитические конденсаторы серии К53-30. Вместо УЛМ-0,12 можно применить резисторы типа МЛТ-0,125 Вт. Батарейный отсек в верхней части калькулятора (под ЖКИ индикатором) используется по своему прямому назначению - для размещения аккумулятора питания трубки. Вся собранная схема закрыта самодельной защитной крышкой размером 105x55 мм, закрепляемой саморезами через штатные отверстия корпуса.Неиспользуемые кнопки клавиатуры, такие как "V ";"%"; "MR"; "M-"; "М+"; V; "х";"-";"+"; "=";".", можно прикрыть самодельными, из пластмассы такого же цвета, что и корпус, заглушками, приклеив их к плате калькулятора. В кнопке"+" следует просверлить несколько отверстий диаметром 1,5...2,0 мм. К плате данную кнопку не приклеивают, так как она закрывает микрофон и крепится клеем к верхней крышке. Также в верхне...

Для схемы "Цифровой ревербepaтор"

Цифровая техникаЦифровой ревербepaторГ. Брагин. RZ4HK г. ЧапаевскЦифровой ревербератор предназначается для создания эхо-эффекта за счет задержки звукового сигнала, подаваемого на балансный модулятор трансивера. Задержанный НЧ сигнал, оптимально смешанный с основным, придает передаваемому сигналу специфическую окраску, что улучшает разборчивость при проведении радиосвязи в условиях помех, делает его "накачанным" - считается, что при этом снижается пик-фактор. (Но кто-бы мне это доказал? RW3AY) (Иллюзия снижения пик-фактора речи появляется за счет заполнения интервалов между периодами основного тона речи, задержанным во времени тем же сигналом. (RX3AKT))Ревербератор, приведенный на рис.1, состоит из микрофонного и выходного суммирующего усилителей, собранных на сдвоенном операционном усилителе К157УД2, аналого-цифрового (АЦП) и цифро-аналогового (ЦАП) преобразователей - микросхемы К554САЗ и К561ТМ2 и узла задержки, выполненного на микросхеме К565РУ5. Простой терморегулятор на симисторе В схеме кодировки адресов применяются микросхемы К561ИЕ10иК561ПС2. Принцип работы подобного ревербератора довольно подробно был изложен в . Резистором R1, изменяя частоту тактового генератора, можно регулировать час задержки. Резисторами R2 и R3 подбирается глубина и уровень реверберации, соответственно. Манипулируя этими резисторами, оптимизируется работа всего ревербератора. Конденсаторами, обозначенными (*), нужно достичь наилучшего качества сигнала по минимуму шумов. Большие искажения в задержанном сигнале свидетельствуют о неисправной микросхеме в узле кодировки адресов. Ревербератор собран на печатной плате из двухстороннего стеклотекстолита 130х58 мм. После сборки и настройки плата помещается в металлическую экранирующую коробочку соответствующего размера. Литература1. "В помощь радиолюбителю" № 95, стр.29. 2. Журнал "Радио" N 1 - 86...

Для схемы "Приемник на микросхеме TDA7000 (174XA42)"

РадиоприемРадиоприемник на микросхеме >TDA7000 (174XA42)/img/tda7000.gifДиапазон частот микросхемы 1,5-150 МГц.В скобках указаны номиналы конденсаторов для узкополосной ЧМ(при этом 3-ю ножку микросхемы можно оставить свободной).Чертеж печатной платы со стороны проводниковЧертеж печатной платы со стороны элементовЛитература:1. К174ХА42 - однокристальный ЧМ приемник. N 1 1997 г.2. Однокристальные ЧМ приемники. Радио N 2 1997 г.3. Радиоприемные устройства на микросхеме К174ХА42А. N 5 1997 г....

Для схемы "VOX В ТРАНСИВЕРЕ UA3RR"

Узлы радиолюбительской техникиVOX В ТРАНСИВЕРЕ UA3RRЕ. ЖЕБРЯКОВ, г. Борислав Львовской обл. Схема устройства голосового менеджмента (VOX) трансивером конструкции И. Чуканова-UA3RR ("Радио". 1973, № 11) приведена на рисунке.Переключатель В1 при работе с VOX блокирует контакты Кн1 и подает питание на устройство, а при работе с менеджментом педалью блокирует конткаты Р8/1 реле Р8 и отключает питание. № 7, 1975 г. с.15...

Для схемы "Компьютерный ТВ-тюнер в роли частотомера"

Так уж случилось, что у меня нет с возможностью измерения частот выше 100 МГц. И проблема отнюдь не в том. что не из чего собрать необходимый делитель частоты и прибавить ещё один разряд в уже имеющийся самодельный частотомер на микропроцессоре 1030ВЕ31. Дело в том. что частоты выше 100 МГц приходится измерять не чаще раза в несколько лет. и необходимости в гаком приборе, как будто бы, нет. Но все же, нет-нет, да и понадобится, а как же тогда быть?Как-то в одном из журналов для радиолюбителей рассказывалось о том. что частоту можно измерять с помощью УКВ-приемника с цифровой индикацией частоты. Речь шла о популярных в 90-х годах прошлого века карманных "китайских" радиоприемниках с низкой ПЧ и автосканированием УКВ диапазона (65. .110 МГц). 8 настоящее пора для измерения существенно большего диапазона частот можно использовать компьютерный ТВ-тюнер, предназначенный для приема аналоговых сигналов эфирного или кабельного телевидения.Если имеется внутренний PCI или PCI-Express тюнер, то чтобы превратить его в частотомер, довольно изготовить простейший переходник по схеме, показанной на рис.1. Укв схема Переходник состоит из отрезка коаксиального кабеля длиной до 2 м, резистора, конденсатора, стандартного антенного штекера, зажима "крокодил", иглы-щупа и 4-5 ферритовых цилиндриков 600НН от контуров ПЧ старых радиоприемников. Цилиндрики нанизываются на кабель со стороны подключения к тюнеру. Коаксиальный кабель подключается к антенному гнезду тюнера, "крокодил" - к общему проводу ("массе") тестируемого устройства, а щуп - к местам прохождения ВЧ-сигнала. благодаря высокой чувствительности ТВ-тюнеров, иглу щупа в большинстве случаев более того не придется подключать, например, к выводам обмоток контура, выводам транзистора или кварца. Достаточно просто поднести шуп на расстояние 2...10 мм, и он, как антенна, "поймает" измеряемую частоту.Чтобы провес...

Для схемы "УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТРАНСИВЕРА UW3DI"

Радиопередатчики, радиостанцииУСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТРАНСИВЕРА UW3DIА. ЖУКОВСКИЙ (UB5UWI), г. КиевДля повышения оперативности и удобства при работе в режиме CW целесообразно в лампово-полупроводниковом трансивере UW3D1 уменьшить пора задержки системы VOX по сравнению с режимом SSB. Для этого в режиме CW параллельно резистору 1-R4 включают прибавочный резистор. Изменения, которые нужно ввести в VOX трансивера (см. Ю. Кудрявцев. Лампово-полупроводниковый трансивер. - "Радио", 1974, № 4), отмечены на рисунке штриховыми линиями.РАДИО11. 1982 г. с.20....

Для схемы "Усилители на основе логических ИМС"

Радиолюбителю-конструкторуУсилители на основе логических ИМСУ многих радиолюбителей скопились микросхемы старых типов, которые и выбросить жалостно, и приспособить некуда. Так вот цифровый интегральные микросхемы (простая логика) могут с успехом применяться в качестве аналоговых усилителей. Схемы включения и параметры усилителей для некоторых серий микросхем приведены ниже на рисунке и в таблице.Серия П а р а м е т рРис.КFизм, МГцFmax, МГцР, мВт Uвых, В Rвх, КомRвых, КомR1, КомR2, КомR3, КомKp, дб11311417817613613413113713315546,025,015,012,58,018,020,04,88,08,00,0010,10,10,11,03,01,020,01,01,00,060,350,250,22,55,540,050,040,040,00,2520,2535,065,05,02,0125,050,020,020,02,02,78,05,01,21,52,00,51,21,224,07,0--0,60,40,20,50,60,620,05,03,06,00,050,050,030,050,050,051,61,68,06,20,687,51,00,750,680,68--2,04,00,685,11,01,60,680,68-------1,0--30583650303030253025ааггбббвбб "Радиотехника" N 8, 1980 г....

Для схемы "Высокоэффективный балансный модулятор-детектор"

Узлы радиолюбительской техникиВысокоэффективный балансный модулятор-детекторМ.Саттаров. пос.Иноземцево Ставропольского краяМир состоит из парадоксов - открытия делают те, кто просто не знает, что так совершать нельзя, и делают... и открывают! Может в изложенной в этом месте идее что-то есть? Теоретики! Найдите объяснение факту. И, пожалуйста, будьте снисходительны. RX3AKT.Для повышения эффективности смесителей на полевых транзисторах в пассивном режиме просторно используется прямоугольная форма управляющих импульсов. Более эффективным способом повышения разборчивости, на мои взгляд, является использование узких импульсов, когда длительность единичного состояния составляет сотые и более того тысячные доли нулевой длительности. (Красиво сказано, не правда-ли?) На слух это воспринимается как подъем высоких частот. Резко повышается разборчивость речевого сигнала. Частотная характеристика становится более равномерной. Балансный модулятор-детектор, рис.1, собран по известной схеме А.Погосова (см. Схемы конвертера радиолюбителя "Радио" №10-81). менеджмента содержит кварцевый генератор, собранный на микросхеме DD1, делитель частоты на 4 (он же фазовращатель) - на МС DD2 и фазовый дискриминатор на МС DD3 и DD4. Сигнал прямоугольной формы с кварцевого генератора 1 МГц поступает на цифровой фазовращатель (делитель на 4). С его выхода снимаются два противофазных сигнала с частотой 250 кГц. Известно, что в противофазном сигнале вечно имеется некоторая ошибка в разности фаз, связанная с нестабильной работой фазовращателя, которая и выделяется фазовым дискриминатором. Выделенный фазовым дискриминатором сигнал, пропорциональный ошибке фазовращателя, является опорной частотой для балансного модулятора-детек-тора, с...

Для схемы "ЧАСТОТОМЕР"

Измерительная техникаЧАСТОТОМЕР Параметры предлагаемого частотомера приведены в табл. 1.Режим работыЧастотомерЧастотомерЦифровая шкалаДиапазон измерений1 Гц..20 МГц1 МГц..200 МГц1 МГц..200 МГцДискретность1Гц10 Гц100 ГцЧувствительность40 мВ100 мВ100 мВДанный частотомер, на мои взгляд, обладает целым рядом преимуществ по сравнению с предшествующими:- современная дешевая и легко доступная элементная база;- максимальная измеряемая частота - 200 МГц;- совмещение в одном приборе и цифровой шкалы;- вероятность увеличения максимальной измеряемой частоты до 1,2 ГГц при незначительной доработке входной части прибора;- вероятность коммутации во час работы до 4 ПЧ.Измерение частоты осуществляется классическим способом: подсчет количества импульсов за фиксированныйинтервал времени.Принципиальная схема представлена на рис.1.Входной сигнал через конденсатор С4 поступает на базу транзистора VT1, который усиливает входной сигнал до уровня, необходимого для нормальной работы микросхемы DD2. Автоматическое отключение радиоаппаратуры Микросхема DD2 193ИЕЗ представляет собой высокочастотный делитель частоты, коэффициент деления которого равен10. Ввиду того что в используемое 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 прибавочный 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 окончании фиксированного интервала времени и...

Для схемы "ЧАСТОТОМЕР - ЦИФРОВАЯ ШКАЛА"

Измерительная техникаЧАСТОТОМЕР - ЦИФРОВАЯ ШКАЛАУстройство выполняет следующие функции: - 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. Большое быстродействие и широкие функциональные возможности этого контроллера позволяют подавать сигнал частотой до 50 МГц прямо на его счетный вход, т.е. можно обойтись без предварительного делителя, обычно применяемого в устройствах подобного типа. Основные параметры Диапазон измеряемых частот, МГц 0...50 Диапазон программируемых значений ПЧ, МГц 0...16 Минимальный уровень входного сигнала, мВ 200 Время измерения частоты, с 1 Погрешность измерения, Гц ±1 Напряжение питания, В 5±0,5 Ток потребления устройства, мА, не более 30Наличие электрически перепрограммируемой памяти данных внутри PIC16F84 позволило без специального оборудования перепрограммировать роль промежуточной частоты (ПЧ). Симистор тс112 и схемы на нем Это дает вероятность оперативно встраивать цифровую шкалу в трансивер с любым (О... 16 МГц) значением промежуточной частоты. В качестве устройства индикации применен модуль ЖКИ от телефонных аппаратов типа "PANAPHONE". Ввод информации в модуль осуще-ствляется по двум линиям в последовательном коде. Полезной оказалась встроенная функция электронных часов. Малый ток потребления обуславливает малые помехи радиоприемной аппаратуре, в которую может встраиваться данное устройство. Схема устройства приведена на рис.1. На транзисторе VT1 и микросхеме DD1 выполнен формирователь входного сигнала. Микросхема DD2 выполняет функции контроллера частотомера, цифровой шкалы с АПЧ, менеджмента модулем ЖКИ, а также позволяет оперативно изменять режим работы устройства. Если на выводе 1 микросхемы DD2 присутствует уровень логической "1", то устрой...

На базе только одной микросхемы К155ЛАЗ, используя все ее логические элементы 2И-НЕ, можно построить сравнительно простой прибор, способный измерять частоту переменного напряжения примерно от 20 Гц до 20 кГц. Входным элементом такого измерительного прибора колебаний звуковой частоты служит триггер Шмитта - устройство, преобразующее подаваемое на его вход переменное напряжение синусоидальной формы в электрические импульсы такой же частоты. Без такого преобразования аналогового сигнала логические элементы работать не будут, причем триггер Шмитта "срабатывает" при определенной амплитуде входного сигнала. Если она меньше порогового значения, импульсного сигнала на выходе триггера не будет.

Начнем с опыта.

Триггер Шмитта. Пользуясь схемой, показанной на рис. 23, а, смонтируйте на макетной панели микросхему К155ЛАЗ, включив в работу только два ее логических элемента. Здесь же, на панели, разместите батареи GB1 и GB2, составленные из четырех гальванических элементов 332 или 316, и переменный резистор R1 сопротивлением 1,5 или 2,2 кОм (желательно с функциональной характеристикой А - линейной). Выводы батарей подключайте к резистору только на время опытов.

Включите питание микросхемы и по вольтметру постоянного тока установите движок переменного резистора в такое положение, при котором на левом, по схеме, выводе резистора R2, являющемся входом триггера Шмитта, будет нулевое напряжение. При этом элемент DD1.1 окажется в единичном состоянии - на его выходном выводе 3 будет напряжение высокого уровня, а элемент DD1.2 - в нулевом. Таково исходное состояние элементов этого триггера.

Рис. 23. Опытный триггер Шмитта и графики, иллюстрирующие его работу

Теперь вольтметр постоянного тока подключите к выходу элемента DD1.2 и, внимательно наблюдая за его стрелкой, начинайте плавно перемещать движок переменного резистора в сторону верхнего, по схеме, вывода, а затем, не останавливаясь, в обратную сторону - до нижнего вывода, далее - до верхнего и т. д. Что при этом фиксирует вольтметр? Периодическое переключение элемента DD1.2 из нулевого состояния в единичное, т. е., иначе говоря, появление на выходе триггера импульсов положительной полярности.

Взгляните на графики б и в на том же рис. 23, которые иллюстрируют работу триггера. Перемещением движка переменного резистора из одного крайнего положения в другое вы имитировали подачу на вход опытного устройства переменного напряжения синусоидальной формы (рис. 23.б) амплитудой до 3 В. Пока напряжение положительной полуволны этого сигнала было меньше порогового (U пор.1), устройство сохраняло исходное состояние. При достижении же порогового напряжения, равного примерно 1,7 В (в момент t 1), оба элемента переключились в противоположные состояния и на выходе триггера (вывод 6 элемента DD1.2) появилось напряжение высокого уровня. Дальнейшее повышение положительного напряжения на входе не изменило этого состояния элементов триггера. А вот при перемещении движка в обратную сторону, когда напряжение на входе триггера снизилось примерно до 0,5 В (момент t 2), оба элемента переключились в первоначальное состояние. На выходе триггера вновь появился высокий уровень напряжения.

Отрицательная полуволна не изменила этого состояния элементов, образующих триггер Шмитта, поскольку оказалась замкнутой на общий проводник источника питания через внутренние диоды входной цепи элемента DD1.1.

При следующей положительной полуволне входного переменного напряжения на выходе триггера сформируется второй импульс положительной полярности (моменты t 3 и t 4). Повторите этот опыт несколько раз и по показаниям вольтметров, подключенных ко входу и выходу триггера, постройте графики, характеризующие его работу. Они должны получиться такими же, как и те, что на графиках рис. 23. Два разных по уровню порога срабатывания элементов - наиболее характерная особенность триггера Шмитта.

Принципиальная схема предлагаемого для повторения частотомера приведена на рис. 24. Логические, элементы DD1.1, DD1.2 и резисторы R1-R3 образуют триггер Шмитта, а два других элемента той же микросхемы - формирователь его выходных импульсов, от частоты следования которых зависят показания микроамперметра РА1. Без формирователя прибор не даст достоверных результатов измерения, потому что длительность импульсов на выходе триггера зависит от частоты входного измеряемого переменного напряжения.

Конденсатор С1 - разделительный. Пропуская широкую полосу колебаний звуковой частоты, он преграждает путь постоянной составляющей источника сигнала. Диод VD2 замыкает на общий провод цепи питания отрицательные полуволны напряжения (в принципе этого диода может и не быть, поскольку его функцию способны выполнять внутренние диоды на входе элемента DD1.1), диод VD1 ограничивает амплитуду положительных полуволн, поступивших на входы первого элемента, на уровне напряжения источника питания.

Рис. 24. Принципиальная схема простейшего частотомера

С выхода триггера (вывод 6 элемента DD1.2) импульсы положительной полярности поступают на вход формирователя. Работает формирователь так. Элемент DD1.3 включен инвертором, а DD1.4 используется по своему прямому назначению-как логический элемент 2И-НЕ. Как только на входе формирователя (выводы 9, 10 элемента DD1.3) появляется напряжение низкого уровня, элемент DD1.3 переключается в единичное состояние и через него и резистор R4 заряжается один из конденсаторов С2-С4. По мере зарядки конденсатора положительное напряжение на выводе 13 элемента DD1.4 повышается до высокого уровня. Но этот элемент остается в единичном состоянии, так как на втором его входном выводе 12, как и на выходе триггера Шмитта, низкий уровень напряжения. В таком режиме через микроамперметр протекает незначительный ток. Как только на выходе триггера Шмитта появляется напряжение высокого уровня, элемент DD1.4 переключается в нулевое состояние и через микроампер-метр начинает протекать значительный ток. Одновременно элемент DD1.3 переключается в нулевое состояние, и конденсатор формирователя начинает разряжаться. Когда напряжение на нем снизится до порогового, элемент DD1.4 вновь переключится в единичное состояние. Таким образом, на выходе формирователя появляется импульс отрицательной полярности (см. рис. 23,г), в течение которого через микроамперметр протекает ток, значительно больший, чем начальный. Угол отклонения стрелки, микроамперметра пропорционален частоте следования импульсов: чем она больше, тем на больший угол отклоняется стрелка.

Длительность импульсов на выходе формирователя определяется продолжительностью разрядки включенного времязадающего конденсатора (С2, СЗ или С4) до напряжения срабатывания элемента DD1.4. Чем меньше его емкость, тем короче импульс, тем большую частоту входного сигнала можно измерить. Так, с времязадающнм конденсатором С2 емкостью 0,2 мкФ прибор способен измерять частоту колебаний ориентировочно от 20 до 200 Гц, с конденсатором СЗ емкостью 0,02 мкФ - от 200 до 2000 Гц, с конденсатором С4 емкостью 2000 пФ - от 2 до 20 кГц. Подстроечными резисторами R5 - R7 стрелку микроамперметра устанавливают на конечную отметку шкалы, соответствующую наибольшей измеряемой частоте соответствующего поддиапазона. Минимальный уровень переменного напряжения, частоту которого можно измерить, около 1,5В.

Еще раз проанализируйте графики на рис. 23, чтобы закрепить в памяти принцип работы частотомера, а затем дополните опытный триггер Шмитта деталями входной цепи и формирователя и испытайте устройство в действии на макетной панели. На это время переключатель поддиапазонов не нужен, времязадающий конденсатор, например С2, можно подключить непосредственно к выводу 13 элемента DD1.4, а в цепь микроамперметра включить один из подстроечных резисторов или постоянный резистор сопротивлением 2,2...3,3 кОм. Микроамперметр РА1 на ток полного отклонения стрелки 100 мкА такой же, как в сетевом блоке питания.

Налаживание. Закончив монтаж, включите источник питания и подайте на входные выводы 1, 2 первого элемента триггера Шмитта импульсы положительной полярности. Их источником может быть описанный выше генератор испытательных импульсов или другой аналогичный генератор. Частоту следования импульсов установите минимальную. При этом стрелка микроамперметра должна резко отклоняться на некоторый угол и возвращаться к нулевой отметке шкалы, что будет свидетельствовать о работоспособности частотомера. Если же микроамперметр не реагирует на входные импульсы, придется подобрать точнее резистор R2: его сопротивление может быть от 1,8 до 5,1 кОм.

Далее подайте на вход прибора (через конденсатор С1) переменное напряжение 3...5 В с понижающего сетевого трансформатора. Теперь стрелка микроамперметра должна отклониться на некоторый угол, соответствующий частоте 50 Гц. Подключите параллельно времязадающему конденсатору еще один такой же или большей емкости. Угол отклонения стрелки увеличится.

Точно так же можно испытать устройство на втором и третьем поддиапазонах измерения, но при входных сигналах соответствующих частот.

После этого детали частотомера можно перенести с макетной панели на монтажную плату и укрепить на ней подстроечные резисторы R5-R7 (рис. 25), а плату укрепить в корпусе, конструкция которого может быть произвольная. Конденсаторы С2 и СЗ составлены из двух конденсаторов каждый, а С4 из трех. На лицевой стенке корпуса разместите микроамперметр, переключатель поддиапазонов (например, галетный ЗПЗН или другой с двумя секциями на три положения), входные гнезда (XS1, XS2) или зажимы.

Впрочем, возможно и другое конструктивное решение: плату частотомера можно встроить в корпус блока питания и его же микроамперметр использовать при измерении частоты электрических колебаний. Шкала частотомера - общая для всех поддиапазонов измерения и практически равномерная. Поэтому надо только определить начальную и конечную границы шкалы, применительно к одному из них - к поддиапазону "20...200 Гц", после чего подогнать под нее границы частот двух других поддиапазонов измерения. В дальнейшем, при переключении прибора на поддиапазон "200...2000 Гц" результат измерений, считанный по шкале, будете умножать на 10, а при измерении в поддиапазоне "2...20 кГц" - на 100. Техника градуировки такова. Переключатель SA1 установите в положение измерения в поддиапазоне "20...200 Гц", движок подстроечного резистора R5 - в положение наибольшего сопротивления и подайте на вход частотомера от звукового генератора, например ГЗ-33, сигнал частотой 20 Гц напряжением 1,5...2 В.

Сделайте на шкале отметку, соответствующую углу отклонения стрелки микроамперметра. Затем звуковой генератор перестройте на частоту 200 Гц и подстроечным резистором R5 установите стрелку прибора на конечную отметку шкалы. После этого по сигналам звукового генератора сделайте на шкале отметки, соответствующие частотам 30, 40, 50 и т. д. до 190 Гц. Позже эти участки шкалы разделите еще на несколько частей, каждая из которых будет соответствовать численному значению частоты измеряемого сигнала.

Затем частотомер переключите на второй поддиапазон измерений, подайте на его вход сигнал частотой 2000 Гц и подстроечным резистором R6 установите стрелку микроамперметра на конечную отметку шкалы. После этого на вход прибора подайте от генератора сигнал частотой 200 Гц. При этом стрелка микроамперметра должна установиться против начальной отметки шкалы, соответствующей частоте 20 Гц первого поддиапазона. Точнее установить ее на эту исходную отметку шкалы можно заменой конденсатора СЗ или подключением параллельно ему второго конденсатора, несколько увеличивающего их общую емкость.

Аналогично подгоняйте под шкалу микроамперметра границы третьего поддиапазона измеряемых частот 2...20 кГц. Возможно, пределы измерения частоты на поддиапазонах получатся иные, или вы захотите изменить их. Делайте это подбором времязадающих конденсаторов С2-С4.

Улучшение чувствительности. А может быть вы пожелаете повысить чувствительность частотомера? В таком случае простейший частотомер придется дополнить усилителем входного сигнала, используя для этого, например, аналоговую микросхему К118УП1Г (рис.26). Эта микросхема представляет собой трехкаскадный усилитель для видеоканалов телевизионных приемников, обладающий большим коэффициентом усиления. Ее корпус с 14 выводами такой же, как у микросхемы К155ЛA3, но положительное напряжение источника питания подают на вывод 7, а отрицательное - на вывод 14. С таким усилителем чувствительность частотомера увеличится до 30...50 мВ.

Рис. 26. Усилитель, повышающий чувствительность простейшего частотомера

Колебания измеряемой частоты могут быть синусоидальными, прямоугольными, пилообразными - любыми. Через конденсатор С1 они поступают на вход (вывод 3) микросхемы DA1, усиливаются и далее через выходной вывод 10 (соединенный с выводом 9) и конденсатор СЗ подаются на вход триггера Шмитта частотомера. Конденсатор С2 устраняет внутреннюю отрицательную обратную связь, ослабляющую усилительные свойства микросхемы.

Диоды VD1, VD2 и резистор R1 (рис. 24) теперь можно удалить, а на их месте смонтировать, микросхему и дополнительные электролитические конденсаторы. Микросхему К118УП1Г можно заменить на К118УП1В или К118УП1А. Но в этом случае чувствительность частотомера несколько ухудшится.

Данная статья предназначена для тех, кто не хочет «заморачиваться» с МК.

Каждый радиолюбитель в процессе своей творческой деятельности сталкивается с необходимостью оборудования своей «лаборатории» необходимыми измерительными приборами.
Одним из приборов - это частотомер. У кого есть возможность, тот покупает готовый, а кто-то и собирает свою конструкцию, по своим возможностям.
Сейчас много различных конструкций, выполненных на МК, но встречаются и на цифровых микросхемах (как говорится «гугл в помощь!»).
После «ревизии» в своих закромах обнаружилось, что имеются в наличии цифровые микросхемы серий 155, 555, 1533, 176, 561, 514ИД1(2) (простая логика - ЛА, ЛЕ, ЛН, ТМ, средней сложности - ИЕ, ИР, ИД, еще 80-90 г.г. выпуска, выбрасывать их - «жаба» задавила!) на которых можно собрать не сложный приборчик, из тех компонентов, которые были под рукой в данный момент.
Захотелось просто творчества, поэтому приступил к разработке частотомера.

Рисунок 1.
Внешний вид частотомера.

Блок-схема частотомера:

Рисунок 2.
Блок-схема частотомера.

Входное устройство-формирователь.

Схему взял из журнала «Радио» 80-х годов (точно не помню, но вроде как частотомер Бирюкова). Ранее повторял её, работой был доволен. В формирователе использована К155ЛА8 (уверенно работает на частотах до 15-20 мГц). При использовании в частотомере микросхем 1533 серии (счётчики, входной формирователь) рабочая частота частотомера составляет 30-40 мГц.

Рисунок 3.
Входной формирователь и ЗГ измерительных интервалов.

Задающий генератор, формирователь измерительных интервалов.

Задающий генератор собран на часовой МС серии К176, изображён на рисунке №3 вместе с входным формирователем.
Включение МС К176ИЕ12 типовое, каких-либо отличий нет. Формируются частоты 32,768 кГц, 128 Гц, 1,024 кГц, 1 Гц. Используется в ЧС только 1 Гц. Для формирования управляющего сигнала для ВУ эта частота делится на 2 (0,5 Гц) МС К561ТМ2 (CD4013A) (используется один D-триггер).

Рисунок 4.
Сигналы интервалов.

Формирователь сигналов сброса счетчиков КР1533ИЕ2 и записи в регистры хранения К555ИР16

Собран на МС К555(155)АГ3 (два ждущих мультивибратора в одном корпусе), можно использовать и две МС К155АГ1 (смотри рис.№3).
По спаду управляющего сигнала МС АГ3 первый ж/м формирует импульс Rom - записи в регистры хранения. По спаду импульса Rom формируется вторым ж/м импульс сброса триггеров счетчиков КР1533ИЕ2 Reset.

Рисунок 5.
Сигнал сброса.

Для при измерении частоты собран блок на 2-х К555ИР16 и 4-х К555(155)ЛЕ1 (схемку нашел на просторах интернета, только немного подкорректировал под себя и имеющуюся элементарную базу).
Можно упростить частотомер и не собирать схему гашения незначащих нулей (на рисунке №9 изображена схема частотомера без схемы гашения незначащих нулей), в этом случае просто будут светиться все индикаторы, смотрите сами, как Вам лучше.
Я её собрал потому, что мне просто так приятнее смотреть на табло частотомера.

Рисунок 6. Схема гашения незначащих нулей.

Включение счетчиков КР1533ИЕ2, регистров К555ИР16, дешифраторов КР514ИД2 типовое, согласно документации.

Рисунок 7.
Схема включения счётчиков и дешифраторов.

Весь ЧС собран на 5-х платах:
1, 2 - счетчики, регистры и дешифраторы (на каждой плате по 4-е декады);
3 - блок гашения незначащих нулей;
4 - задающий генератор, формирователь измерительных интервалов, формирователь сигналов Rom и Reset;
5 - блок питания.

Размеры плат: 1 и 2 - 70х105, 3 и 4 - 43х100; 5 - 50х110.

Рисунок 8.
Подключение схемы гашения незначащих нулей в частотомере.

Блок питания. Собран на двух МС 7805. Включения типовое, как рекомендует завод-изготовитель. Для принятия решения по блоку питания были проведены замеры тока потребления ЧС, так же проверялось возможность применения ИБП и БП с ШИМ стабилизацией. Проверялись: ИБП собранный на TNY266PN (5В, 2А), БП с ШИМ на основе LM2576T-ADJ (5В, 1,5А). Общее замечания - ЧС работает не корректно, т.к. по цепи питания проходят импульсы с частотой работы драйверов (для TNY266PN около 130 кГц, для LM2576T-ADJ - 50 кГц). Применение фильтров большого изменения не выявили. Так, что остановился на обыкновенном БП - транс, диодный мост, электролиты и две МС 7805. Ток потребления всего ЧС (на индикаторах все «8») около 0,8А, когда индикаторы погашены - 0,4А.

Рисунок 9.
Схема частотомера без схемы гашения незначащих нулей.

В блоке питания использовал две МС 7805 для питания ЧС. Одна МС стабилизатора питает плату входного формирователя, блока управления дешифраторами (гашение незначащих нулей) и одной платы счетчиков-дешифраторов. Вторая МС 7805 - питает другую плату счетчиков-дешифраторов и индикаторы. Можно бп собрать и на одной 7805, но греться будет прилично, встанет проблема с отведением тепла. В ЧС можно применять МС серий 155, 555, 1533. Все зависит от возможностей….

Рисунок 10, 11, 12, 13.
Конструкция частотомера.

Возможная замена: К176ИЕ12 (MM5368) на К176ИЕ18, К176ИЕ5 (CD4033E); КР1533ИЕ2 на К155ИЕ2 (SN7490AN, SN7490AJ), К555ИЕ2 (SN74LS90); К555ИР16 (74LS295N) можно заменить на К155ИР1 (SN7495N, SN7495J) (отличаются одним выводом), или применить для хранения информации К555(155)ТМ5(7) (SN74LS77, SN74LS75); КР514ИД2 (MSD101) дешифратор для индикаторов с ОА, можно применить и КР514ИД1 (MSD047) дешифратор для индикаторов с ОК; К155ЛА8 (SN7403PC) 4 элемента 2И-НЕ с открытым коллектором - на К555ЛА8; К555АГ3 (SN74LS123) на К155АГ3 (SN74123N, SN74123J), или две К155АГ1 (SN74121); К561ТМ2 (CD4013A) на К176ТМ2 (CD4013E). К555ЛЕ1 (SN74LS02).

P.S. Можно использовать различные индикаторы с ОА, только ток потребления на один сегмент не должен превышать нагрузочной способности дешифратора по выходу.. Ограничительные резисторы зависят от типа применяемого индикатора (в моем случае 270 ом).

Ниже в архиве есть все необходимые файлы и материалы для сборки частотомера.

Удачи всем и всего наилучшего!