Nic co tajne nie jest nam obce

Cyfrowa skala częstotliwości

Produkowane obecnie na świecie urządzenia radiokomunikacyjne są zazwyczaj wyposażone w cyfrowy miernik częstotliwości, wykonany najczęściej na jednym wyspecjalizowanym układzie scalonym dużej skali integracji, np. 7217. Niestety, takie układy scalone są z reguły kosztowne i trudne do zdobycia.

Opis układu
Zastosowano sześć układów scalonych, w tym pięć typu CMOS i jeden TTL oraz jeden tranzystor. Maksymalna częstotliwość pracy układu wynosi 15...20MHz przy czułości 30...100mV. Miernik pokazuje tylko trzy cyfry dotyczące kHz (wartości dotyczące MHz są odczytywane ze skali mechanicznej), na przykład przy pomiarze częstotliwości 14,123MHz wyświetlane będą cyfry 123. Napięcie zasilania wynosi 5 V (z uwagi na układ TTL) przy ogólnym poborze prądu około 60mA. Dokładność pomiaru wynosi około 1kHz. Wymiary obudowy przyrządu: 70 x 50 x 20mm.

Sygnał pomiarowy jest podawany na wzmacniacz - układ formowania sygnału TTL na tranzystorze T1 (BF194 lub podobny). Punkt pracy jest dobrany przy pomocy rezystora R1, którego wartość zależy od współczynnika wzmocnienia zastosowanego egzemplarza tranzystora. Sygnały wyjściowe o kształcie zbliżonym do TTL są podawane na dzielnik dziesiętny z układem scalonym US1 (7490). We wstępnym dzielniku częstotliwości przez 10 zastosowano układ TTL, głównie z chęci podwyższenia maksymalnej częstotliwości pracy miernika, bowiem układy CMOS mają maksymalną częstotliwość około 5MHz (zależnie od egzemplarza, napięcia zasilania, poziomu sygnału wejściowego). Wprawdzie większą częstotliwość wejściową można osiągnąć przy zastosowaniu innego, "szybszego" dzielnika (np. 74196 - 50MHz), ale dla wyższych częstotliwości, np. dla pasma 2m (144...146MHz) autor stosuje dodatkową przystawkę z dzielnikiem SP8660 firmy PLESSEY, rozszerzającą zakres pomiarowy do 200MHz.

Po wstępnym podziale częstotliwości wejściowej sygnał jest podawany do szeregu kaskadowo połączonych liczników dziesiętnych-dekoderów (w jednej strukturze) US2...US4 typu CD4026. Liczniki te liczą wchodzące cykle przez 10ms, a przez następne 10ms ich zawartość jest wyświetlana. Z wyjścia tych dekoderów sygnały w postaci kodu wskaźnika siedmiosegmentowego są podawane na wyświetlacze LED ze wspólną katodą. W układzie zrezygnowano z rezystorów ograniczających prąd poszczególnych segmentów wyświetlacza (dzięki układowi CD4026 i napięciu zasilania 5V zastosowanie 21 rezystorów stało się zbędne). Wprawdzie napięcie zasilania układów CMOS może zawierać się w przedziale 3...15V, ale zastosowano typowe napięcie 5V, ponieważ przy 3V intensywność świecenia wskaźników LED jest bardzo mała, zaś przy 15V łatwo o uszkodzenie segmentów wyświetlacza).

Częstotliwość wzorcową wytwarza układ US5 - CD4060, który zawiera wewnątrz struktury generator sterowany rezonatorem kwarcowym oraz licznik 14-bitowy. Wykorzystany tu został łatwo dostępny rezonator kwarcowy 3,2768MHz. Układ połączony jak na rysunku daje impulsy wyjściowe o częstotliwości 200Hz (wyprowadzenie 3 CD4060), które następnie są podane na dzielnik przez 4, zestawiony z dwóch przerzutników D wchodzących w skład układu US6 (4013). W ten sposób na wyjściu uzyskujemy potrzebne impulsy bramkujące i zerujące 50Hz. Precyzyjne ustawienie częstotliwości wyjściowej można osiągnąć poprzez korekcję wartości pojemności kondensatorów C3 i C4. W przypadku zastosowania innego rezonatora kwarcowego warto podać, ze układ CD4060 posiada następujące dzielniki (obok liczby podziału podano w nawiasie numer wyprowadzenia): 16 (7), 32 (5), 64 (4), 128 (6), 256 (14), 512 (13), 1024 (15), 4096 (1), 8192 (2), 16384 (3). Maksymalna częstotliwość zastosowanego rezonatora kwarcowego może wynosić 3...4MHz.

Uruchomienie układu sprowadza się do skontrolowania i skorygowania częstotliwości impulsów wzorcowych 50Hz (dobierając wartości C3 lub C4) oraz ewentualnie dobrania wartości kondensatora C2 (w przypadku migania środkowej cyfry). Najlepiej posłużyć się tu fabrycznym dokładnym miernikiem częstotliwości i skontrolować częstotliwość wyjściową. Po doprowadzeniu sygnału mierzonego na wejście układu wyświetlacze powinny wskazywać właściwą wartość w kHz.

Schemat elektryczny.

Rysunek płytki, należy przeskalować do odpowiednich wymiarów

Google