Частотомер на 176 серии. Частотомер на микросхемах серии К176

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!

В уже далёком 1986 году мне понадобилось сделать частотомер. Перерыл доступную тогда литературу, отобрал несколько схем. Больше всего понравился частотомер, описанный в «Радио» № 10 за 1981 год, стр. 44 … 47 + обложка, автор С. Бирюков. По книгам этого автора я изучал основы цифровой техники, так что это стало чуть ли ни основным аргументом при выборе именно этой схемы.
Смущала только индикация на газоразрядных индикаторах. В середине 80-х я считал ИН-ки «дико устаревшим хламом», место которому на помойке… J Но найти семисегментные АЛС-ки, а тем более, дешифраторы К514ИД1(2) к ним, тогда было весьма проблематично (я в то время жил в Воркуте). А вот с К155ИД1 проблем не было и индикаторов ИН-8-2 в «закромах» было много. Так что, в итоге, полностью повторил авторскую версию… J ну, почти полностью…

Где-то в 1987 году прибор я построил и потом много лет пользовался им. Смущало только то, что он у меня «подвирал». Не сильно, но это мне не нравилось. Несколько раз я пытался подогнать частоту кварцевого генератора, менял даже кварц, но проблема оставалась.

Не так давно мне в руки попал термостатированный высокоточный кварцевый генератор на 10,0 МГц. Но для его питания нужно +12 В при токе 0,46 А (при нагреве) и 0,16 А (в рабочем режиме).

В тороидальном силовом трансформаторе, который установлен в частотомере, подходящей обмотки не нашлось. Но зато там есть подходящая обмотка для питания анодов ИН-ок (+200 В). Домотать ещё обмотку так же не получится, поскольку тор залит компаундом. Поставить второй тор внутри корпуса так же некуда. В итоге, решил поставить его снаружи, на заднюю стенку. Там же разместил и радиатор транзистора сабилизатора +12 В.

В «закромах» нашлась «аутентичная» плата стабилизатора, то же «из той эпохи» J . Даже нашел схему этого стабилизатора ("Радио" № 09 за 1986 г.). Заменил электролиты, установил многооборотный подстроечный резистор и вынес транзистор с платы на заднюю стенку.

Что бы установить новые узлы и переделать узел кварцевого генератора на плате частотомера, пришлось произвести частичную разборку устройства. Кварц и обвязку с платы удалил, всё почистил от пыли и промыл в спирте.

Просверлил нужные отверстия, подобрал крепёж и всё установил на место.

Включил прибор, всё работает нормально.
Пара фотографий «до» и «после» модернизации.

После этого съездил «в гости» в лабораторию к своему товарищу - метрологу. После 30-минутного прогрева проверил частоту генератора на образцовом частотомере. Частота моего генератора оказалась 10 000 000, 137 Гц. В районе сотых долей Герца (!) начинается «болтанка» . Чуток подстроил частоту, но точно в «0» доли Герца вывести не получается. Потом измерил уже своим частотомером частоту образцового бериллиевого генератора 10,0 МГц. Показал 10 000 000, 083 Гц. Точность удивительная. В общем, весьма неплохо для самоделки… J

Что дальше? Хотелось бы сделать ВЧ-делитель «на 10», поскольку работа "родного", на ИМС серии К500, мне не нравится. Есть задумка сделать его на основе ИМС прескалера МС12080. Пока эта идея на уровне разработки печатной платы. Ну а там видно будет. J

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

Прибор позволяет измерять частоту электрических колебаний в пределах 100...99999 Гц и может быть использован для настройки различных генераторов, электронных часов, устройств автоматики. Амплитуда входного сигнала — 1...30 В.

Рис. 130. Структурная схема цифрового частотомера

Структурная схема частотомера показана на рисунке 130. Его основные элементы: формирователь импульсного напряжения сигнала fх измеряемой частоты, генератор образцовой (эталонной) частоты, электронный ключ, счетчик импульсов с блоком цифровой индикации и управляющее устройство, организующее работу прибора. Принцип его действия основан на измерении числа импульсов, поступающих на вход счетчика в течение строго определенного времени, равного в данном приборе 1 с. Этот необходимый измерительный интервал времени формируется в блоке управления.

Сигнал fх, частоту которого надо измерить, подают на вход формирователя импульсного напряжения. Здесь он преобразуется в импульсы прямоугольной формы, частота следования которых соответствует частоте входного сигнала. Далее преобразованный сигнал поступает на один из входов электронного ключа, А на второй вход ключа подается сигнал измерительного интервала времени, удерживающий его в открытом состоянии в течение 1с.

В результате на выходе электронного ключа, а значит, и на входе счетчика появляется пачка импульсов. Логическое состояние счетчика, в котором он оказывается после закрывания ключа, отображает блок цифровой индикации в течение интервала времени, устанавливаемого устройством управления.

Принципиальная схема частотомера показана на рисунке 131. Кроме транзисторов, в частотомере используют восемь цифровых микросхем серии К176 и пять (по числу разрядов) семисегментных люминесцентных индикаторов типа ИВ-6. В микросхему К176ИЕ12 (D1), предназначаемую специально для электронных часов, входит генератор (условный символ G), рассчитанный на совместную работу с внешним кварцевым резонатором Z1 на частоту 32 768 Гц. Делители частоты микросхемы делят частоту генератора до 1 Гц. Эта частота, формируемая на соединенных вместе выводах 4 и 7 микросхемы, и является в частотомере образцовой.

В микросхеме К176ЛЕ5 (D2) четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ, а в микросхеме К176ТМ1 (D3) —два D-триггера. Один из элементов 2ИЛИ-НЕ выполняет функцию электронного ключа (D2.4), а три других и оба D-триггера работают в устройстве управления.

Каждая из микросхем К176ИЕ4 (D4—D8) содержит декадный счетчик импульсов, т. е. счетчик до 10, и преобразователь (дешифратор) ее логического состояния в сигналы управления семи-сегментным индикатором. На выходах а—д этих микросхем формируются сигналы, обеспечивающие индикаторам Н1 — Н5 свечение цифр, значение которых соответствует логическому состоянию счетчиков. Микросхема D4 и индикатор H1 образуют младший счетный разряд, а микросхема D8 и индикатор Н5 — старший счетный разряд частотомера.

В конструкции прибора индикатор Н5 д6лжен быть крайним слева, а H1 — крайним справа.

Для питания микросхем, транзисторов и управляющих электродов индикаторов можно использовать две соединенные последовательно батареи 3336Л (GB1), а для питания нитей накала индикаторов — один элемент 343 или 373 (G1).

Формирователь импульсного напряжения образуют транзисторы V2—V5. Сигнал fx, поданный на его вход через гнездо X1, переключатель S1, конденсатор С1 и резистор R1, усиливается и ограничивается по амплитуде дифференциальным каскадом на транзисторах V2 и УЗ. С нагрузочного резистора R5 сигнал поступает на базу транзистора V4 второго каскада, работающего как инвертор. Резистор R8, создающий между этими каскадами положительную обратную связь, обеспечивает им триггерныи характер работы. При этом на коллекторе транзистора V4 формируются импульсы с крутыми фронтами и спадами, частота следования которых соответствует частоте исследуемого сигнала. Каскад на транзисторе V5 ограничивает напряжение импульсов до уровня, обеспечивающего микросхемам необходимый режим работы Далее преобразованный сигнал поступает на входной вывод 12 электронного ключа D2.4. Второй входной вывод ключа подключен к выходу формирователя измерительного интервала времени, равного 1 с. Поэтому число импульсов, прошедших за это время через электронный ключ к счетчику, высвечивается индикаторами в единицах Герц.

Рис. 132. Временные диаграммы, иллюстрирующие работу управляющего устройства частотомера

Работу управляющего устройства иллюстрируют временные диаграммы (рис. 132).

На вход С (вывод 11) триггера D3.2 непрерывно поступают импульсы генератора образцовой частоты (рис. 132,а), а на такой же вход триггера D3.1 — импульсы генератора запуска, собранного на логических элементах D2.1 и D2.2 (рис. 132, б). За исходный примем случай, когда оба триггера находятся в нулевом состоянии. В это время напряжение высокого уровня, действующее на инверсном выходе триггера D3.2, поступает на входной вывод 13 электронного ключа D2.4 и закрывает его. С этого момента через ключ прекращается прохождение импульсов сигнала измеряемой частоты на вход счетчика. С появлением на входе С триггера D3.1 импульса генератора запуска этот триггер принимает единичное состояние и напряжением высокого уровня на прямом выходе подготавливает триггер D3.2 к дальнейшей работе. Одновременно на выводе 9 элемента D2.3, соединенном с инверсным выходом триггера D3.1, появляется напряжение низкого уровня. Очередной импульс генератора образцовой частоты переключает триггер D3.2 в единичное состояние. Теперь на его инверсном выходе и на выводе 13 элемента D2.4 будет напряжение низкого уровня, которое открывает электронный ключ и тем самым разрешает прохождение через него импульсов сигнала измеряемой частоты.

Прямой выход триггера D3.2 (вывод 13) соединен с R-входом (вывод 4) триггера D3.1. Следовательно, когда триггер D3.2 оказывается в единичном состоянии, он, воздействуя напряжением высокого уровня на прямом выходе переключает триггер D3.1 в нулевое состояние. Этот триггер находится в нулевом, состоянии до тех пор, пока сохраняется интервал измерительного времени. Очередной импульс генератора образцовой частоты на входе С триггера D3.2 переключает его в нулевое состояние и напряжением высокого уровня на инверсном выходе закрывает электронный ключ. В результате прекращается прохождение импульсов сигнала измеряемой частоты к счетчику и начинается цифровая индикация результатов измерения (рас 132,(5, ж).

Каждому интервалу измерительного времени предшествует появление на выводах 5 R-входов микросхем D4—D8 кратковременного импульса положительной полярности (рис. 132, г), сбрасывающего триггеры счетчика в нулевое состояние. С этого момента и начинается цикл счет — индикация работы частотомера. Формирование импульсов сброса происходит на выходе логического элемента D2.3 в моменты совпадения на его входах напряжений низкого уровня. Время индикации можно плавно изменять в пределах 2...5 с резистором R17 генератора импульсов запуска.

Светодиод V7 в коллекторной цепи транзистора V6, работающего в режиме ключа, служит для визуального наблюдения, за длительностью времени индикации.

В частотомере предусмотрена возможность контроля его работоспособности. Для этого переключатель S1 переводят в положение «Контроль», при котором входная цепь прибора оказывается соединенной с выводом 14 микросхемы D1 генератора образцовой частоты. При исправной работе частотомера индикаторы должны высвечивать частоту 32 769 Гц.

Рис. 133. Внешний вид частотомера

Внешний вид описанного частотомера показан на рисунке 133. Через удлиненное прямоугольное отверстие в лицевой стенке корпуса, прикрытое пластинкой зеленого органического стекла, хо-
рошо видны светящиеся цифры индикаторов. Слева от отверстия расположен «глазок» светодиодного индикатора V7. Под ним находится переменный резистор R17 установки длительности индикации результата измерения и входное гнездо X1. Слева от них —выключатель питания S2 («Я») и двухсекционный переключатель S1 «Измерение-контроль». При нажатии на кнопку «K» (контроль) вход формирователя импульсного напряжения подключается к генератору образцовой частоты, а при нажатии на кнопку «И» (измерение) — к входному гнезду X1.

Другие детали частотомера смонтированы на двух печатных платах размерами 115X60 мм, выполненных из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. На одной из них (рис. 134, а) находятся детали формирователя импульсного напряжения, генератора образцовой частоты и устройства управления, на другой (рис 134, б)—микросхемы D4—D8 и цифровые индикаторы H1— Н5. Все постоянные резисторы типа МЛТ. Подстроечный резистор R3 — СПЗ-16, переменный R17 может быть любого типа. Оксидные конденсаторы СЗ и С5— К50-6 или К53-1А, неполярные С1 и С8 — К53-7 (можно заменить наборами конденсаторов типа К73-17). Конденсаторы С2, С4 могут быть типа КЛС или К73-17, С6 — керамический КТ-1, КМ, подстроечный конденсатор С7— КПК-МП. Переключатель S1 «Измерение-контроль» образуют два кнопочных переключателя П2К с зависимой фиксацией в нажатом положении; выключатель питания S2 — тоже П2К, но без фиксации, т. е. с возвратом в исходное положение при повторном нажатии на кнопку.

Микросхему К176ИЕ12 можно заменить на подобную ей микросхему К176ИЕ5, скорректировав соответственно печатные проводники монтажной платы. Цифровые индикаторы могут быть типа ИВ-3А (вместо ИВ-6), но тогда в цепь питания их нитей накала надо будет включить резистор сопротивлением 2 Ом на мощность рассеяния 0,5 Вт.

Налаживание безошибочно смонтированного частотомера сводится в основном к установке наилучшей чувствительности формирователя импульсного напряжения и, если надо, к подстройке генератора образцовой частоты. При установке необходимой чувствительности на вход частотомера подают от генератора 34 сигнал с амплитудой 1 В, к выходу электронного ключа D2.4 подключают осциллограф и подстроечный резистором R3 добиваются появления на экране осциллографа пачек импульсов. Подстройку образцовой частоты генератора производят: грубо — подбором конденсатора С6, точно — подстроечный конденсатором С7. Точность настройки контролируют по образцовому частотомеру, подключенному к выводу 14 микросхемы D1.

В.Г. Борисов. Кружок радиотехнического конструирования

Принципиальная схема входного устройства показана на рисунке 1. Измеряемый сигнал через гнездо Х1 и конденсатор С1 поступает на частотно-корректированный делитель на элементах R1, R2, С2, С3. Коэффициент деления 1:1 или 1:10 выбирается переключателем S1. С него входной сигнал поступает на затвор полевого транзистора VT1. Цепочка, состоящая из резистора R3 и диодов VD1-VD6, защищает этот транзистор от перегрузок по входа (ограничивает входной сигнал, расширяя таким образом динамический диапазон входа).

Транзистор VT1 включен по схеме истокового повторителя и нагружен на дифференциальный усилитель, выполненный на двух транзисторах микросборки DA1 и транзисторе VT2. Коэффициент усиления этого усилителя около 10. Режим работы дифференциального каскада задается делителем напряжения R7R8. Подбирая сопротивление резистора R4 , включенного в истоковой цепи транзистора VT1, можно установить максимальную чувствительность входного узла по напряжению.

С коллектора транзистора VT2 усиленный сигнал поступает на формирователь импульсов, построенный на элементах D1.1 и D1.2 по схеме триггера Шмитта. С выхода этого формирователя импульсы поступают на вход ключевого устройства на элементах D1.3 и D1.4. Работая по логике "2-И-НЕ" элемент D1.3 пропускает через себя импульсы от входного устройства только тогда, когда на его вывод 9 поступает уровень логической единицы.

При уровне нуля на этом выводе импульсы через D 1.3 не проходят, таким образом, устройство управления изменяя уровень на этом выводе может устанавливать временной интервал, в течении которого импульсы будут поступать на вход счетчика частотомера, и таким образом измерять частоту. Элемент D1.4 выполняет роль инвертора. С выхода этого элемента импульсы поступают на вход счетчика частотомера.

Технические характеристики:

1. Верхний предел измерения частоты........ 2 МГц.
2. Пределы измерения.... 10 кГц 100 кГц, 1 МГц, 2 МГц.
3. Чувствительность (S1 в положении 1:1).... 0,05 В.
4. Входное сопротивление............................... 1 МОм.
5. Ток потребления от источника не более......0,2А.
6. Напряжение питания.....................................9...11В.

Принцип работы частотомера.

Счетчик четырехразрядный, он состоит из четырех одинаковых счетчиков К176ИЕ4 - D2-D5, включенных последовательно. Микросхема К176ИЕ4 представляет собой десятичный счетчик совмещенный с дешифратором, рассчитанным на работу с цифровыми индикаторами с семисегментной организацией индикации цифр.

При поступлении импульсов на счетный вход С этих микросхем, на их выходах формируется такой набор уровней, что семисегментный индикатор показывает число импульсов, поступивших на этот вход. При поступлении десятого импульса счетчик обнуляется и счет начинается снова, при этом на выходе переноса Р (вывод 2) появляется импульс, который подается на счетный вход следующего счетчика (на вход более старшего разряда). При подаче единицы на вход R счетчик в любой момент можно установить в нулевое положение.

Таким образом, включенные последовательно четыре микросхемы К176ИЕ4 образуют четырехразрядный десятичный счетчик с семисегментными светодиодными индикаторами на выходе.

Принципиальная схема формирователя опорных частот и устройства управления показана на рисунке 3. Задающий генератор выполнен на элементах D6.1 и D6.2, его частота (100 кГц) стабилизирована кварцевым резонатором Q1. Затем эта частота поступает на пяти-декадный делитель, выполненный на счетчиках D7-D11, микросхемах К174ИЕ4, семисегментные выходы которых не используются.

Каждый счетчик делит частоту, поступающую на его вход, на 10. Таким образом, при помощи переключателя S2.2 можно выбрать временной интервал в котором будет происходить подсчет входных импульсов и, таким образом. изменять пределы измерения. Предел измерения 2 МГц ограничен функциональными возможностями микросхем К176, которые на более высоких частотах не работают. На этом пределе можно пытаться измерять и более высокие частоты (до 10 МГц), но погрешность измерения будет слишком высокой, а на частотах более 5 МГц измерение вообще будет невозможным.

Рис.2
Устройство управления выполнено на четырех D-триггерах на микросхемах D12 и D13. Работу устройства удобно рассматривать с момента появления импульса установки нуля ("R"), который поступает на входы R счетчиков частотомера (рисунок 2). Одновременно этот импульс поступает на вход S триггера D13.1 и устанавливает его в единичное состояние.

Единичный уровень с прямого выхода этого триггера блокирует работу триггера D13.2, а нулевой уровень на инверсном выходе D13.1 разрешает работу триггера D12.2, который по фронту первого же импульса, поступившего с выхода D12.1 вырабатывает измерительный стробирующий импульс ("S"), который открывает элемент D1.3 входного устройства (рисунок 1). Начинается цикл измерения, в течении которого импульсы с выхода входного устройства поступают на вход "С" четырехразрядного счетчика (рисунок 2), и он их считает.

По фронту следующего импульса, поступающего с выхода D12.1, триггер D12.2 возвращается в исходное положение и на его прямом выходе устанавливается нуль, который закрывает элемент D1.3 и подсчет входных импульсов прекращается. Поскольку время, в течении которого длился подсчет импульсов кратно одной секунде, то в этот момент на индикаторах будет истинное значение частоты измеряемого сигнала. В этот момент фронт импульса с инверсного выхода триггера D12.2 триггер D13.1 переводится в нулевое состояние, и разрешается работа триггера D13.2. На вход С триггера D13.2 поступают импульсы частотой 1 Гц с выхода D11, и он последовательно устанавливается сначала в нулевое, затем в единичное состояние.

Во время счета триггером D13.2 триггер D12.2 заблокирован единицей, поступающей с инверсного выхода триггера D13.1. Идет цикл индикации, который длится одну секунду на нижнем пределе измерения, и две секунды на остальных пределах измерения. Как только на инверсном выходе D13.2 будет единица, положительный перепад напряжение на этом выходе пройдет через цепочку C10R43, которая сформирует короткий импульс, он поступит на входы "R" счетчиков D2-D5 и установит их в нулевое состояние. Одновременно установится в единичное состояние триггер D13.1 и весь, описанный процесс работы устройства управления повторится.

Триггер D12.1 устраняет влияние флуктуаций фронта низкочастотных импульсов, соответствующих времени, в течении которого происходит подсчет входных импульсов. Для этого импульсы, поступающие на вход D триггера D12.1, проходят на выход этого триггера только по фронту синхронизирующих импульсов с частотой следования 100 кГц, снимаемым с выхода мультивибратора на D6.1 и D6.2, и поступающих на вход С D12.1.

Частотомер можно собрать и на других микросхемах. Микросхемы К176ЛА7 можно заменить на К561ЛА7, микросхемы К176ТМ2 - на К561ТМ2, при этом схема прибора никак не изменяется.

Рис.3
Светодиодные семисегментные индикаторы можно использовать любые (отображающие одиночные цифры), если они с общим анодом, что более предпочтительно, поскольку выходы микросхем К176ИЕ4 развивают больших ток при зажигании сегментов нулями, и в результате получается больше яркость свечения, то изменения схемы касаются только цоколевки индикаторов. Если имеются только индикаторы с общим катодом, можно использовать и их, но в этом случае нужно на выводы 6 микросхем D2-D5 подавать не нуль, а единицу, отключив их от общего провода и подключив к шине + питания.

При отсутствии микросхем К176ИЕ4 каждую микросхему D2-D5 можно заменить двумя микросхемами, - двоично-десятичным счетчиком и дешифратором, например в качестве счетчика - К176ИЕ2 или К561ИЕ14 (в десятичном включении), а в качестве дешифратора - К176ИД2. Вместо К174ИЕ4 в качестве D7-D11 тоже можно использовать любые десятичные счетчики серий К176 или К561, например К176ИЕ2 в десятичном включении, К561ИЕ14 в десятичном включении, К176ИЕ8 или К561ИЕ8.

Кварцевый резонатор может быть на другую частоту, но не более 3 МГц, при этом придется изменить коэффициент пересчета делителя на микросхемах D7-D11, например если резонатор будет на 1 МГц, то между счетчиками D7 и D8 нужно будет включить еще один такой же счетчик.

Питается прибор от стандартного сетевого адаптера или от лабораторного источника питания, напряжение питания должно быть в пределах 9...11 В.

Настройка.

Настройка входного узла. К входному гнезду Х1 подключают генератор синусоидальных сигналов, а к выходу элемента D1.2 - осциллограф. На генераторе устанавливают частоту 2 МГц и напряжение 1В, и постепенно уменьшая выходное напряжение генератора, подбором сопротивления R4 добиваются максимальной чувствительности входного устройства, при которой сохраняется правильная форма импульсов на выходе элемента D1.2.

Цифровая часть частотомера, при исправных деталях и безошибочном монтаже в настройке не нуждается. Если не будет запускаться кварцевый генератор нужно подобрать сопротивление резистора R42.