Для "дачной" лаборатории произведена модернизация частотомера (увеличен диапазон измеряемых частот, переделан усилитель-формирователь, корпус для установки в комбинированный прибор). Частотомер наращивался постепенно - с начала пару лет использовалась схема с усилителем-формирователем на одном транзисторе и граничной частотой до 6 МГц, при следующей модернизации были добавлены делители частоты. В связи с этим схема может быть не оптимальна и потребовать доработки под Ваши нужды.
Частотомер состоит из канала диапазонов до 20 МГц, канала до 200МГц (на 500ИЕ137), селектора каналов и делителей, измерителя на базе Arduino Nano, стабилизатора питания и селектора питания канала 200МГц.
Схема приведена на Рисунке 1. Файл в формате pdf по ссылке.
Технические характеристики:
- Диапазон измеряемых частот: канал 1 - от 100 Гц до 20МГц, канал 2 - от 0.1МГц до 200МГц.
- Амплитуда входного сигнала (синус): канал 1 - от 50 мВ до 10В, канал 2 - от 1В до 5В.
- Сопротивление входа: канал 1 - не менее 900 кОм, канал 2 - 75 Ом.
- Количество диапазонов - 6.
- Напряжение питания: от 7.5В до 12В, 220 мА.
- Габариты, мм: 105х125х50.
- Отображение информации: LCD 8 знаков 2 строки, индикатор включенного канала измерения (подключение к Arduino).
Канал диапазона 20 МГц собран на транзисторах Q1-Q3. Особых требований к компонентам схемы нет, транзисторы использовались КП303А (в режиме истокового повторителя, слегка "придушен"), и ВС548А (большое количество в хозяйстве скопилось). Граничная частота усилителя получилась 38 МГц. Есть проблемы с прямоугольными импульсами на частотах ниже 300 Гц при подходе по уровню каскада Q3 к режиму ограничения (насыщения-отсечки). Настройка и более подробная информация в этой моей статье.
В качестве канала диапазона использовался конструктор делитель на 10 "Электроника ЦШ02", пролежавший в ящике без дела долгое время. Почитать подробнее о конструкторе можно в этой моей статье.
Схема селектора и делителей обеспечивает три режима работы для каждого диапазона: без деления, деление на 2, деление на 4. Схема может быть изменена (можно собрать без мультиплексора, можно на счетчиках). Табличка с коэффициентами деления для ИЕ и ТМ2 есть в этой моей статье. С точки зрения применения логики, то ТТЛ уверенно работает до 20МГц. В таблице 1 (рисунок) приведены граничные частоты для разного типа логики.
На практике, используя логику 74AС* можно обойтись одним каналом (до 100МГц). Также следует заменить Q1,Q2 и Q3 на транзисторы с большей граничной частотой передачи. Можно применить специализированные делители частоты (например MC12080DG до 1 ГГц 10/20/40/80). В этом случае канал до 200МГц не нужен.
Питание частотомера организовано через гальванически развязанный источник постоянного тока не менее 200 мА напряжением не менее 7,5В. Большой ток потребления связан с применением счетчика 500ИЕ137, потребляющего около 90 мА при работе. В связи с этим в схеме организовано отключение питания канала 200 МГц при работе с каналом 20МГц.
В качестве измерителя используется Arduino Nano и библиотека FreqCount (мастер здесь). Листинг скетча практически полностью повторяет частотомер описанный в этой статье. Отличие в добавлении выбора диапазонов и переключения каналов, добавление управлением индикации включенного канала. Скетч лежит здесь (freq.7z, скетч freq.ino).
Конструктивно частотомер собран на макетной плате по технологии "белой нитки" (кто старый радиолюбитель, тот сразу поймет, для остальных - название от цвета провода мгтф 0,07). Плату разводить смысла не было - основная часть при модернизации осталась от предыдущего прибора. Входные разъемы - RCA (сейчас закидают шапками - на вч их применять не следует - скажу так, до 200МГц при отсутствии необходимости "собирать крохи" сигнала все нормально, до 20МГц - их основной рабочий диапазон с 30-х годов прошлого века, а по удобству эксплуатации равных нет (из копеечных). Корпус и элементы крепления - распечатаны на 3Д принтере. Радиатор стабилизатора - полоска меди.
Испытание частотомера производилось с использованием функционального генератора Agilent 81150A-001 (сразу оговорюсь, время использования генератора было крайне ограниченно, пустили в обеденный перерыв поработать). Генератор позволяет формировать частоты от 1 мкГц до 240МГц и провести испытание сигналом синусоидальной формы, и от 1 мкГц до 120МГц прямоугольной формы.
Синусоидальный сигнал:
- Диапазон 5 МГц: во всем диапазоне чувствительность не ниже 50 мВ (генератор дает сигнал от 50 мВ). Максимальная частота измерения 6254 кГц. Минимальная частота измерения - 35 Гц. Время измерения - 10 сек. Стабильная работа во всем диапазоне входного напряжения.
- Диапазон 10 МГц: во всем диапазоне чувствительность не ниже 50 мВ (генератор дает сигнал от 50 мВ). Максимальная частота измерения 12423кГц. Время измерения - 10 сек. Стабильная работа во всем диапазоне входного напряжения.
- Диапазон 20 МГц: до 16 МГц чувствительность не менее 50 мВ, до максимальной точки измерения - 24 672 кГц чувствительность снижается до 70 мВ. Время измерения - 10 сек. Стабильная работа во всем диапазоне входного напряжения.
- Диапазон 200 МГц: чувствительность от 0.92В до 1.1В плавно снижается с ростом частоты. Максимальная частота измерения - 231.23 МГц.
Прямоугольный импульс (меандр):
- Диапазон 5 МГц: во всем диапазоне чувствительность не ниже 65 мВ (генератор дает сигнал от 50 мВ). Максимальная частота измерения 5974 кГц. Минимальная частота измерения - 42 Гц. Время измерения - 10 сек. Нестабильная работа в диапазоне входного напряжения от 2 до 3 В на частотах ниже 600Гц, решается включением аттенюатора.
- Диапазон 10 МГц: во всем диапазоне чувствительность не ниже 65 мВ (генератор дает сигнал от 50 мВ). Максимальная частота измерения 11561кГц. Время измерения - 10 сек.
- Диапазон 20 МГц: до 16 МГц чувствительность не менее 65 мВ, до максимальной точки измерения - 22458 кГц чувствительность снижается до 95 мВ. Время измерения - 10 сек.
- Диапазон 200 МГц: чувствительность от 0.95В до 1.2В плавно снижается с ростом частоты до 120МГц (макс. для генератора). Максимальная частота измерения ограничена генератором (120МГц).
Намеренно не привожу основной параметр любого измерительного прибора - погрешность измерения, так как в измерителе подобного типа есть и прямая зависимость от качества задающего генератора, и от алгоритма измерения (запуск и перезапуск по прерыванию таймера, накопительный метод). Полученные результаты измерений образцовых частот не радуют.
Выводы достаточно простые - прибор имеет право на жизнь и будет использоваться в дальнейшем. Не хватает простого индикатора уровня измеряемого сигнала, тем более, что вход АЦП свободен. Если у Вас есть схемы реализации пробника на ардуино, пишите. Второе - канал делителя на 10 (200МГц) просто просит входного усилителя-формирователя.
Спасибо за внимание, подписывайтесь, пишите комментарии, это помогает автору.
Мой блог о радио: https://sp8plus.blogspot.com/
