Частотомер — шкала трансивера на микросхемах

Прибор измеряет частоту электрических колебаний до 33 МГц, что определяется быстродействием триггеров серии К-155. Точность измерений 3-10-5 от измеряемой величины ±1 знак младшего разряда. Прибор можно применить при настройке и градуировке измерительных генераторов, приемников, передатчиков и других радиоэлектронных устройств, а также в качестве цифровой шкалы KB и УКВ трансиверов, передатчиков, приемников, генераторов и других приборов.

Частотомер выполнен на 32 микросхемах и двух транзисторах (кроме блока питания). Токи потребления по источнику +5 В 420 мА, по источнику +180 В — 8 мА.

Прибор (рис. 1) состоит из семи законченных блоков, смонтированных на двух платах. Принцип действия частотомера основан на измерении числа импульсов, поступающих на вход счетчика в течение строго определенного времени (в данном приборе — 0,1; 1; 10; 100; 1000 мс). Необходимый временной интервал формируется блоком управления (рис. 2).

Импульсы частотой 100 кГц с кварцевого генератора, выполненного на микросхеме Д1, поступают на линейку делителей частоты. Она выполнена на микросхемах Д2—Д6. На выходе, первого делителя (Д2) формируются импульсы с частотой 10 кГц, второго (ДЗ) — 1 кГц, третьего (Д4) — 100 Гц, четвертого (Д5) — 10 Гц и пятого (Д6) — 1 Гц. Эти импульсы в зависимости от положения переключателя В1 поступают на счетный вход триггера Д8. Положительный строб, полученный на выводе 8 микросхемы Д8, подается на первый .вход элемента ЗИ — НЕ Д10 и вывод 4 микросхемы Д9.

На второй вход элемента Д10 с триггера Д9 подается логический нуль или единица. На третий вход, Д10 поступает сигнал, частоту которого необходимо измерить. Если напряжение входного сигнала меньше логической единицы, то он усиливается усилителем (рис. 3). Полоса усилителя 1—30 МГц.

Пачки импульсов, поступающие на вход счетчика, формируются следующим образом. Мультивибратор, собранный на микросхемах Д7.1 и Д7.2 (см. рис. 2), генерирует импульсы длительностью от 0,5 до 4 с. Частоту колебаний регулируют переменным резистором R6. Эти импульсы через дифференцирующую цепочку C3R9 подаются на вход логического элемента Д7.3. На его выходе формируется импульс Уст. О на положительном уровне, необходимый для установки в нулевое положение триггеров Д8, Д9 блока управления и всех триггеров декадных делителей.

Логический элемент Д7.4 формирует импульс Уст. 0 на нулевом уровне, необходимый для установки в нулевое положение делителей, выполненных на микросхемах Д2—Д6. После прохождения импульса Уст. 0 на выводы логического элемента Д10 подаются следующие сигналы: на вывод 1 с триггера Д8 — логический нуль; на вывод 2 с триггера Д9 — логическая единица; на вывод 13 с переключателя В2— импульсы измеряемой частоты. Логический нуль на выводе / логического элемента Д10 запрещает прохождение импульсов измеряемой частоты. Через определенное время на вывод 12 триггера Д8 приходит первый импульс с переключателя В1, который устанавливает триггер Д8 в единичное состояние, т. е. на вывод / микросхемы Д10 приходит логическая единица, разрешающая прохождение импульсов измеряемой частоты. Счетчик определяет- измеряемую частоту. В зависимости от положения переключателя В1 (0,1, 1, 10, 100, 1000) цена младшего разряда равна 10 000, 1000, 100, 10 или 1 Гц. После прихода второго импульса на вывод 12 микросхемы Д8 триггер устанавливается в нулевое положение, т. е. с его вывода 8 на вывод 1 микросхемы Д10 подается логический нуль, который запрещает дальнейшее прохождение импульсов измеряемой частоты.

В момент окончания формирования временного интервала импульс с вывода 8 триггера Д8 устанавливает триггер Д9 в единичное состояние. При этом с вывода 6 микросхемы Д9 на вывод 2 микросхемы Д10 подается логический нуль, который запрещает прохождение импульсов измеряемой частоты при повторном появлении строба с триггера Д8.

После прохождения пачки импульсов измеряемой частоты счетчик останавливается в определенном состоя-нии, и на табло прибора высвечивается значение этой частоты. Длительность времени индикации можно изменить переменным резистором R6. В момент восстановления исходного состояния мультивибратора (Д7.1, Д7.2) снова формируется импульс Уст. 0, и цикл измерений повторяется.

Счетчик состоит из четырех одинаковых декад, ко-торые включены последовательно. С помощью предлагаемого прибора можно измерить частоту 30 МГц с такой же точностью, как и с восьмидекадным частотомером, но для этого нужно производить измерения 2— 3 раза и каждый раз менять цену младшего разряда с помощью переключателя В1.

Принципиальная схема декады приведена на рис. 4, Декадный делитель собран на шести Д-триггерах по принципу сдвигающих регистров. Срабатывание всех триггеров происходит при положительном перепаде напряжения на входе. Первый триггер Д1.1 делит частоту следования входных импульсов на 2. Пять остальных триггеров соединены в кольцевой сдвигающий регистр. После прихода импульса Уст. 0 с блока управления декадный делитель устанавливается в исходное состояние. При этом на выводе 9 микросхемы Д1.2 устанавливается логический нуль, на выводах 6 микросхемы Д2.1, 8 микросхемы Д2.2, 6 микросхемы Д3.1 и 8 микросхемы Д3.2— единица, а при подаче же на вход декады каждого второго импульса логический нуль появляется поочередно на каждом из этих выводов.

Такие декадные делители не требуют специальных дешифраторов. Роль дешифратора и высоковольтных ключей выполняют микросхемы А1—A3 (одна микросхема состоит из четырех высоковольтных транзисторов). Работа дешифратора заключается в следующем. После прохождения импульса Уст. 0 на выводе 6 микросхемы Д1.1 имеется логическая единица, а на выводе 9 микросхемы Д1.2 — нуль. Такое состояние декадного делителя приводит к открыванию первого транзистора микросхемы А1, и на ее выводе 4 появляется нулевой потенциал, что обеспечивает загорание цифры 0 лампы Л1. После прихода первого импульса на вход декады триггер Д1.1 перебрасывается в единичное состояние. Это приводит к открыванию второго транзистора микросхемы А1, и на ее выводе 7 появляется нулевой потенциал, что способствует загоранию цифры 1 лампы JI1.

После прихода второго импульса на вход декады триггер Д1.1 устанавливается в исходное состояние и логический нуль со второго триггера (вывод 9 микросхемы Д1.2) сдвигается на третий триггер (вывод 6 микросхемы Д2.1). При этом открывается только третий транзистор микросхемы А1 и на ее выводе 14 появляется нулевой потенциал, цифра 2 загорается в лампе Л1. Аналогично загораются цифры 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 лампы Л1 при поступлении на вход декады последующих импульсов.

При использовании частотомера в качестве цифровой шкалы, трансивера обычно смешивают частоту генератора плавающего диапазона (ГПД) с опорной частотой и выделенную частоту измеряют. Такой метод приводит к дополнительному расходу деталей, более сложным становится прибор и в отдельных случаях комбинационные частоты, полученные в результате смешения двух частот, мешают приему. Автор предлагает два метода использования описываемого частотомера в качестве цифровой шкалы трансивера, которые заключаются в следующем. Допустим, что описываемый прибор необходимо использовать в качестве цифровой шкалы для трансивера Радио-76 (Радио, 1976, № В, с. 17). Высокочастотный гетеродин выдает напряжение с частотой, лежащей в интервале 4100—4150 кГц. Этот сигнал снимают с эмиттера транзистора Т2 буферного каскада и подают на вход частотомера. Для того чтобы частотомер показывал значение частоты 3600—3650 кГц (частоту приема или передачи), в четвертой декаде (см. рис. 4) отключают провод от вывода 9 лампы Л1 и на его место подключают провод с вывода 8. В третьей декаде отключают провод от вывода 6 лампы Л1 и на его место подключают провод с вывода 11. Установив переключатель В1 блока управления в положение /, на цифровом табло частотомера производят отсчет частоты приема или передачи с точностью ±1 кГц.

Второй метод основан на принципе установки счетчика декады в исходные состояния 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Комбинация подачи импульса Уст.0 на выводы 1,4 триггеров Д1.1, Д2.1, Д3.1 и 10, 13 триггеров Д1.2, Д2.2, Д3.2 дает возможность устанавливать счетчик в любое исходное состояние. Зависимость исходного состояния счетчика от того, на какой вывод микросхемы поступает импульс Уст. 0, приведена в таблице.

Из таблицы видно, что, например, для установки счетчика в исходное состояние 4 необходимо подать импульс Уст.0 на выводы 1 микросхем Д1.1, Д2.1, Д3.1, на выводы 10 микросхем Д1.2, Д2.2 и на вывод 13 микросхемы Д3.2. Для того чтобы частотомер показал значение частоты 3600—3650 кГц вместо 4100— 4150 кГц, необходимо счетчики декад установить в исходное состояние 9500.

Второй метод предпочтителен при использований частотомера в качестве цифровой шкалы многодиапазонного трансивера, приемника, передатчика и т. п. Все необходимые переключения проводов производят с помощью переключателя или реле, которым можно управлять напряжением, поступающим с трансивера.

Прибор собран в корпусе размерами 180Х200Х Х50 мм. Конструкция корпуса описана в журнале Радио, 1976, № 1, с. 38. Он состоит из двух П-образных деталей, согнутых из листового алюминия толщиной 3 мм. На передней стенке основания установлены переключатели В1 и В2, резистор R6 и гнезда Вход 1 и Вход 2, а также вырезано прямоугольное отверстие для цифрового табло, закрытое пластиной из органического стекла. На основании корпуса установлены силовой трансформатор, электростатические конденсаторы выпрямителя и плата стабилизатора. Блок управления и четыре декады смонтированы с помощью объемного монтажа на двух платах размерами; 110X140 мм, также установленных на основании корпуса.

В частотомере использованы резисторы МЛТ-0,25, конденсаторы КЛС. Электролитические конденсаторы С7 и С8 на рис. 1 —типа К53-1, С2 — типа К50-6. Переключатели В1 и В2 — типа ПМ, резистор R6 — типа ППЗ-20, кварц типа ПЭ-1 со стеклянным баллоном и восьмиштырьковым цоколем. Микросхемы использованы типа К133ЛА3, К133ЛА4, К133ТК1, их можно заменить на аналогичные микросхемы серии К155.

Налаживание начинают с проверки правильности монтажа. Отключив питание от блока управления и декад, устанавливают стабилизированное напряжение + 5 В и проверяют нестабилизированное напряжение + 180 В. Затем через миллиамперметр подают напряжение + 5 В с блока питания на блок управления и декады и замеряют токи потребления. Правильно собранный прибор должен работать сразу. Однако при монтаже бывают ошибки или могут быть установлены некачественные детали. Поэтому следует напомнить методику настройки прибора. Вначале приступают к Настройке блока управления. С помощью осциллографа проверяют работу мультивибратора Д7 и наличие импульсов Уст. О на выводах 11 микросхемы Д7.3 и 8 микросхемы Д7.4. Затем проверяют работу генератора Д1.

Если отсутствует генерация, подбирают величину сопротивления резистора R3. Практика показала, что генератор можно выполнить только на двух логических элементах, но для этого необходимо подбирать кварц на частоту 100 Гц или устанавливать кварц с частотой 1 МГц. Частоту кварцевого генератора подгоняют конденсатором С4 с точностью 3-10-6 Гц с помощью цифрового частотомера промышленного производства, а также проверяют частоты на выводах 5 микросхем Д2 (10 кГц), ДЗ (1 кГц), Д4 (100 Гц), Д5 (10 Гц), Д6 (1 Гц) и проверяют работу триггеров Д8, Д10.

Ца вывод 13 микросхемы Д10 подают сигнал частотой 100 кГц (переключатель В2 установлен в положение 1) и на выводе 12 микросхемы Д10 наблюдают с помощью осциллографа пачку импульсов.

При настройке усилителя сначала проверяют коллекторные токи транзисторов {Т.1 — 3 мА, Т2 — 1мА). Затем, подав на Вход 2 сигнал от генератора ВЧ, проверяют чувствительность усилителя, которая должна быть не хуже 100 мВ при напряжении на выходе 2,3 В в диапазоне частот 1—30 МГц. Переключатель В2 устанавливают в положение 3 и снова наблюдают пачку импульсов на выводе 12 микросхемы Д10, причем при смене положений переключателя В1 количество импульсов в пачке должно изменяться.

Декады целесообразно проверять отдельно. Для этого цепь Уст. 0 следует отключить от блока управления и подключить к источнику напряжения +5 В через резистор сопротивлением 1 кОм. При кратковременном замыкании накоротко цепи Уст. 0 на корпус все триггеры устанавливаются в исходное состояние, что проверяют с помощью вольтметра (тестера). На выводах 5 и 9 микросхем Д1—Д3 всех декад должен быть логический нуль, а на выводах 6 и 8 — единица. При этом на цифровом табло должны гореть нули. Если на вход декады (вывод 3 микросхемы Д1.1) подать одиночный импульс, на цифровом табло загорается единица, если подать второй импульс — цифра 2 и т. д. Так необходимо проверить все декады.

Окончательная проверка частотомера производится в режиме Самоконтроль (переключатель В2 в положении 1), когда на вход частотомера подается сигнал частотой 100 кГц с кварцевого генератора.

В заключение следует отметить, что применение интегральных микросхем сделало частотомер доступным для массового повторения радиолюбителями средней квалификации.