Входные делители - формирователи для Частотомера - цифровой шкалы

 

Буферное устройство

 

Входной формирователь имеет низкое входное сопротивление, что является его большим недостатком.

Для повышения входного сопротивления частотомера, между входом частотомера и входом формирователя, необходимо включить некое буферное устройство с высоким входным и низким выходным сопротивлением.

Иногда такое устройство выполняется в виде выносного пробника.

Такой вариант может устроить тех, кто не хочет вносить изменений в основную конструкцию.

Лично меня больше устраивает вариант расположения выносного пробника на плате частотомера или на какой-то отдельной плате, но внутри конструкции частотомера.

На транзисторах VT1 и VT2 собрано буферное устройство, а на транзисторе VT3 - входной формирователь.

  Входное сопротивление буферного устройства - около 500 ком.

Схема буферного устройства приведена на рисунке:

 

 

Соедините правый по схеме вывод резистора R11 с точкой соединения 2-го и 3-го выводов ПИКа, и Вы получите ЧМ/ЦШ с

входным сопротивлением около 500 ком.

Оптимальная настройка буферного устройства и

формирователя частотомера - цифровой шкалы

Если все радиоэлементы исправны и не допущено ошибок при сборке, буферное устройство начинает работать сразу.

Напряжение на коллекторе VT2 должно быть примерно 2,5 - 2,6V (при измерении соединить вход частотомера с корпусом

коротким проводником).

Если это не так, то необходимо подобрать номинал резистора R2.

 

Далее работаем только с формирователем (транзистор VT3).

При настройке формирователя, особое внимание нужно уделить определению оптимального положения рабочей точки транзистора VT3.

От положения рабочей точки VT3 (регулируется резистором R7) зависит и чувствительность частотомера, и его помехоустойчивость.

Причем, улучшение одного параметра достигается за счет ухудшения другого, то есть существует потребность в компромиссе между этими параметрами (в оптимизации).

Многие считают чувствительность частотомера более определяющим показателем, чем его помехоустойчивость, добиваются высокой чувствительности, а потом вынуждены наблюдать хаотические показания прибора вместо нулевых (когда измерений частоты не производится).

При непосредственной связи выхода формирователя со счетным входом PIC контроллера (что и имеет место быть), достигнуть достаточно высокой чувствительности можно даже используя всего один каскад усиления.

Чувствительность порядка 0,2 - 0,25V, в большинстве случаев, является оптимальной.

В моей программе, признак режима частотомера "F." устанавливается только в том случае, если, при отсутствии сигнала на

входе частотомера, показания индикатора не превышают

9-ти (то есть, работает только самый младший разряд индикатора, а остальные погашены ввиду наличия в них незначащих нулей).

Если, из-за воздействия помех, показания индикатора будут больше 9-ти, то признака работы частотомера "F." Вы не

увидите.

Из этого следует вывод:

при отсутствии сигнала на входе частотомера, наличие признака работы частотомера "F.", а также определенные показания индикатора, являются критерием оптимальной настройки входного формирователя (или комплекса устройств, включенных между входным разъемом и счетным входом PIC контроллера).

Это означает  то, что необходимо добиться, чтобы на пределе измерения 10 сек., признак частотомера не  "пропадал".

Если использовать только один формирователь (без буферного устройства), то из-за низкого входного сопротивления

формирователя, помехоустойчивость будет существенно выше, чем в случае использования буферного устройства.

Ничто хорошее не дается просто так: за высокое входное сопротивление частотомера нужно "расплачиваться" ухудшением помехоустойчивости, так что, в этом случае, оптимизация необходима.

Если необходимо произвести наиболее качественную оптимизацию, следует коротким проводником соединить вход частотомера с корпусом и перейти на предел измерения 10 сек..

Затем, вращая движок подстроечного резистора R7, необходимо добиться появления признака работы частотомера "F." с

нулевыми показаниями индикатора, а затем, вращая движок подстроечного резистора R7 в противоположную сторону (обратный ход), добиться, чтобы признак работы частотомера "F." не пропадал, а в младшем разряде индикатора (при погашенных остальных разрядах) наблюдалась смена цифр со значением, не превышающем 9-ти.

Затем нужно отключить проводник, соединяющий вход частотомера с корпусом.

Если после этого не наблюдается пропадания признака работы частотомера "F.", то все "OK".

Если признак работы частотомера пропал, то необходимо как следует заэкранировать проводник, соединяющий входной разъем с входом буферного устройства, а если это не приводит к положительному результату, то можно повторить оптимизацию при отсутствии проводника, соединяющего вход частотомера с корпусом.

Сказанное выше, предназначено для людей, желающих получить от частотомера "все, на что он способен", но какого-то

большого практического смысла в этом нет, так как речь идет о выигрыше оптимальной чувствительности порядка одной сотой вольта.

По этой причине можно использовать упрощенный вариант настройки :

Вход частотомера соединять с корпусом не нужно.

Повторить описанную выше процедуру оптимизации до момента обратного хода движка переменного резистора.

Во время обратного хода необходимо запомнить положение движка, при котором происходит оптимизация и медленно

поворачивать движок переменного резистора в сторону уменьшения значений показаний индикатора.

Как только в младшем разряде индикатора зафиксируется 0 (лучше всего, если 0 и 1 будут чередоваться), прекратить

настройку, замерить суммарное сопротивление регулировочной цепочки и установить вместо нее постоянный резистор с

замеренным значением сопротивления.

У меня получилось 51кОм (на это значение можно ориентироваться), но оно может быть и другим.

В этом случае помехоустойчивость немного улучшится за счет снижения чувствительности, но это снижение не будет

значительным.

Признак работы частотомера "F.", на пределе измерения 10 сек., после такой настройки станет стабильным.

Таким способом вполне можно получить чувствительность порядка 0,2 - 0,25V при наличии приемлемой помехоустойчивости и высокого входного сопротивления частотомера.

Некоторые разработчики частотомеров на PIC контроллерах включают между выходом формирователя и счетным входом PIC контроллера триггер Шмидта.

Я тоже попробовал, но честно говоря, никакого существенного выигрыша не ощутил, хотя, теоретически, он, казалось бы,

должен быть.

Хорошо отстроенный частотомер прекрасно работает и без него даже на низких частотах (я проверял его на частотах до 10 Гц., меньше у меня просто генератор не выдает), а раз нет ощущаемого выигрыша при входном синусоидальном сигнале, значит и не стоит создавать себе лишние проблемы.

Это объясняется тем, что ПИК по своему счетному входу (вывод RA4/TOCKI) уже имеет в своем составе триггер Шмидта и

применять еще один, внешний триггер Шмидта не имеет особого практического смысла.

Теперь о конденсаторе номиналом 18пф, которым шунтируется диод VD1 буферного устройства.

Это сделано для повышения помехоустойчивости.

Дело в том, что потребляемый частотомером ток не постоянен, а изменяется скачкообразно и с довольно-таки низкой

частотой.

Фронты и спады этих "скачков" крутые и диапазон изменений потребляемого тока значителен, поэтому микросхема

стабилизатора напряжения "не успевает" их отслеживать.

По этой причине на затворе полевого транзистора буферного устройства появляются короткие импульсы (результат

дифференцирования), которые считаются частотомером.

Если Ваш частотомер, при отсутствии измеряемого сигнала на входе, будет показывать какую-то относительно стабильную частоту, то это как раз тот случай.

Избавиться от этой неприятности, при помощи подключения конденсаторов к шине +5V можно, но их емкость должна быть значительной.

Гораздо выгоднее "задавить" сами эти короткие импульсы. Для этого и нужен блокировочный конденсатор емкостью 18пф.

Необходимо подобрать его номинал до прекращения этого "паразитного" счета, с небольшим запасом, и не более того.

Емкость блокировочного конденсатора должна быть минимально возможной и не превышать 100пф (у меня получилось 18пф).

Расширение границы рабочих частот

частотомера - цифровой шкалы  до 300 мГц

Осуществляется повышение предельной частоты измерерния введением в состав частотомера быстродействующего делителя на 10.

Если есть возможность применить импортный делитель на 10, можно применить его, я же использовал отечественный СВЧ

делитель на микросхеме К193ИЕ3.

Если имеется в наличии транзистор КТ372, то можно собрать делитель по этой схеме, не внося в нее никаких изменений.

У меня его не было, и я использовал транзистор КТ399А.

Хотя он и не такой высокочастотный, как КТ372, но до 300 мГц. он будет работать не многим хуже, чем КТ372.

СВЧ делитель работает и на частотах выше 300 мГц.

Схема СВЧ делителя приведена на рисунке:

 

 Так же, как и другие СВЧ устройства, это устройство, при неправильной сборке, склонно к самовозбуждению, поэтому нужно стремиться к тому, чтобы электрические соединения были как можно короче, а конденсаторы С7 и С8 располагались как можно ближе к микросхеме.

Все конденсаторы должны быть малогабаритными и с малыми утечками (я применил КМ).

Желательно поставить еще один блокировочный конденсатор емкостью 10н, распаяв его непосредственно на микросхеме между 8 и 16 ножками.

Если проблемы все-таки возникнут, то можно попытаться устранить самовозбуждение подбором емкости дополнительного

конденсатора, включаемого между 4 ножкой микросхемы и корпусом.

Более чем 30пф., номинал емкости этого конденсатора делать не стоит, так как в этом случае, он начинает "подрезать"

верхнюю границу рабочих частот.

Удобнее всего ввести СВЧ делитель в состав частотомера, а не делать его выносным (я сделал именно так).

При этом вход СВЧ делителя проще и надежнее всего вывести на отдельный разъем, а переключения между обычным режимом работы (до 30 мГц) и режимом деления на 10 (до 300 мГц) осуществлять малогабаритным тумблером, установленным так, чтобы проводники, подключаемые к нему, были минимальной длины.

Естественно, что под это требование необходимо "подогнать" печатную плату.

Схема коммутации очень простая;

вход формирователя подключается либо к выходу буферного устройства, либо к выходу СВЧ делителя.

Если использовать тумблер на 2 группы контактов, то дополнительно можно произвести и коммутацию питания (именно так я и сделал), что очень удобно, в первую очередь, для частотомеров с батарейным питанием.

Получается что-то типа "дешево и сердито"

Схема коммутатора входов частотомера - цифровой шкалы приведена на рисунке:

 

Следует также обратить внимание на то, что частотомер, работающий с СВЧ делителем, чувствителен к электромагнитным

полям, поэтому необходимо уделить должное внимание его экранированию.

Если он не является выносным , а располагается внутри конструкции частотомера, то корпус частотомера должен быть

металлическим.

СВЧ делитель должен быть смонтирован как можно ближе к своему входному разъему.

Печатные платы 

от Дмитрия Караулова

Для частотомера с буферным устройством

Все слои с расположением деталей

  

Расположение радиодеталей

 

 

Печатная плата 58х80 мм

 

  

То же самое, только в зеркальном отображении

 

Автор конструкции:   Корабельников Евгений Александрович

город Липецк

 

Связаться с автором можно по email (указан на схеме)

Сайт автора:  http://ikarab.narod.ru