НИЗКОЧАСТОТНЫЙ ЧАСТОТОМЕР

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: Частотомеры

Опубликовано: 09.04.2017 14:31

Просмотров: 5319

Иванов А.
Этот частотомер может работать и как самостоятельное устройство, так и в составе генератора 3Ч в качестве его цифровой шкалы. Частотомер предназначен для измерения частоты в пределах до 100 кГц. (0-99999 Гц).

Схема состоит из входного усилителя на транзисторе VT1, измерительного счетчика - дешифратора на микросхемах D3-D7, индикаторного дисплея на семисегментных светодиодных индикаторах Н1-Н5 и устройства управления на микросхемах D1 и D2.
Измерительный счетчик - дешифратор выполнен на микросхемах CD4026. По своему назначению микросхема похожа на К174ИЕ4, но её аналогом не является. ИМС CD4026 с К174ИЕ4 роднит только функциональный состав, и то не во всем. CD4026 содержит десятичный счетчик и дешифратор для работы на светодиодный семисегментный индикатор с общим катодом. Входные импульсы нужно подавать на вход С (выв. 1). Важная особенность этого входа в свойствах триггера Шмитта, что, в случае с частотомером, позволяет значительно упростить схему входного усилителя-формирователя,
исключив из него схему триггера Шмитта. В простейшем случае достаточно обычного транзисторного ключа. Но и это не все. Вход С счетчика CD4026 можно закрыть подав логическую единицу на вывод 2. Таким образом, внешнее ключевое устройство, пропускающее импульсы на вход счетчика в период измерения, тоже не нужно.
Разрешить индикацию можно подав логическую единицу на вывод 3.
Схема управления выполнена на двух микросхемах CD4060. Они вместе образуют генератор импульсов частотой 0,5 Гц, импульсы симметричные, - каждая полуволна длится по 1 секунде. На положительной полуволне происходит счет входных импульсов, на отрицательной -индикация результата измерения.
Микросхема CD4060 содержит двоичный счетчик и элементы мультивибратора, который может работать как RC-цепью, так и с кварцевым резонатором. В данном случае он работает со стандартным часовым кварцевым резонатором частотой 32768 Гц. Чтобы на выходе получить частоту 0,5 Гц эту частоту нужно разделить на 65536. Для получения такогокоэффициента деления одного счетчика CD4060 не достаточно, поэтому используется еще один. Счетчики микросхем D1 и D2 включены так, чтобы получить коэффициент деления 65536. Импульсы частотой 0,5 Гц снимаются с вывода 4 D2.
По фронту положительной полуволны цепь, состоящая из конденсатора С7 и резистора R7 формирует короткий импульс, который обнуляет счетчики на микросхемах D3-D7. Далее (практически одновременно) открывается транзистор VT2 (он здесь работает исключительно в качестве инвертора), и на его коллекторе устанавливается низкий логический уровень. Он поступает на вывод 2 D3, чем открывает вход счетчика D3 для приема сигнала, частоту которого нужно измерить, поступающего на его вывод 1. В то же время, логический ноль поступает и на выводы 3 всех счетчиков D3-D7, закрывая их выходы, таким образом, выключая индикацию.
Начинается измерительный период, в течение которого счетчики D3-D7 подсчитывают входные импульсы.
Входной усилитель выполнен на транзисторе VT1 по схеме ключа. Он преобразует входной сигнал в импульсы произвольной формы. Прямоугольность импульсам придает триггер Шмитта, имеющийся на входе С внутри микросхемы D3. Диоды VD1-VD4 ограничивают величину амплитуды входного сигнала, частоту которого нужно измерить. Нагружен ключ VT1 на резистор R3, с которого усиленный и ограниченный сигнал поступает на вход измерительного счетчика D3-D7.
Затем наступает отрицательная полуволна импульса на выводе 4 D2. По спаду происходит закрывание транзистора VT2. Напряжение на его коллекторе поднимается до логической единицы. Эта единица поступает на вывод 2 D3 и блокирует вход счетчика. Так же единица поступает на выводы 3 счетчиков D3-D7, включая индикаторы. На индикаторах высвечивается результат измерения.
Теперь о деталях. Кварцевый резонатор часового типа, на частоту 32768 Гц. Вместо него можно использовать импортный часовой резонатор на 16384 Гц (такие резонаторы бывают в китайских
кварцевых будильниках), но тогда управляющие импульсы нужно будет снимать не с вывода 4 D2, а с его вывода 5, чтобы таким образом уменьшить коэффициент деления счетчиков D1-D2 до 32768.
Микросхемы CD4060 можно заменить другими аналогами типа «...4060». Причем, микросхему D2 можно заменить другим двоичным счетчиком, например, CD4020 (К561ИЕ16) или CD4040 (К561ИЕ20).
У микросхемы CD4026 есть много аналогов («...4026»), в данной схеме можно использовать любой их них.
Семисегментные светодиодные индикаторы можно использовать любые, важно только чтобы они были с общим катодом. Если же вы располагаете индикаторами исключительно с общим анодом, - нужно будет сделать промежуточные транзисторные ключи - инверторы.
Резисторы R8-R42 можно и не устанавливать, но яркость свечения сегментов индикатора получается неравномерной. С токоограничительными резисторами и индикация лучше и меньше нагрев корпусов ИМС CD4026.
Схема входного узла частотомера -примитивная, и лучше её заменить каким-то более совершенным узлом, обеспечивающим большую чувствительность. В литературе есть множество описаний различных частотомеров, и подходящий узел найти можно. При этом совсем не обязательно чтобы в схеме узла был триггер Шмитта, - он есть в микросхеме CD4026, и здесь достаточно ограничиться только усилителем-ограничителем, формирующим импульсы произвольной формы. С другой стороны, если этот частотомер планируется использовать в качестве шкалы лабораторного генератора НЧ, ему будет вполне достаточно и такого простого входного каскада.
Питаться частотомер может от лабораторного источника напряжением 12V, или от любого другого источника постоянного тока напряжением 12V.
РК 02-2015