Звуковой сигнализатор частот

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: Частотомеры

Опубликовано: 18.03.2017 15:27

Просмотров: 3220

Андрей Бутов, с. Курба, Ярославской обл.
В некоторых случаях для контроля частоты сигналов может оказаться недостаточно возможностей цифрового частотомера, например, когда частота сигнала тем или иным образом быстро изменяется. В таком случае будет удобнее воспользоваться звуковым индикатором частоты сигнала.

На рис.1 показана принципиальная схема устройства для звукового контроля частоты сигналов.
 

 Устройство представляет собой совмещенный с цифровым делителем частоты активный щуп с высоким входным сопротивлением и малой входной емкостью. Его особенно удобно использовать, например, когда частота контролируемых сигналов изменяется хаотичным образом или по заданному алгоритму, а также в случае сильной зашумленности или при пульсирующем характере контролируемого сигнала. При таких входных сигналах показания на дисплее цифрового частотомера «скачут», их трудно интерпретировать, а показываемые значения могут даже приблизительно не отражать реальной ситуации.
Узел входного щупа собран на полевом транзисторе. На рис.1 он обведен пунктирной линией. Входной контролируемый сигнал через защитные резисторы R1, R2, R3 и конденсаторы С1, С2, СЗ поступает на затвор малошумящего полевого транзистора VT1. Встречно-параллельно включенные кремниевые диоды VD1-VD4 защищают полевой транзистор от пробоя высоким входным напряжением. Конденсатор С4 - блокировочный по цепи питания транзистора VT1. Резистор R2 необходим для разрядки конденсатора С2, который может зарядиться до высокого напряжения при контроле высоковольтных цепей.
Контролируемый сигнал с истока полевого транзистора поступает на выполненный на транзисторах VT3 и VT4 узел формирователя сигнала прямоугольной формы. На месте транзистора VT2 установлен полевой транзистор, что позволяет уменьшить искажения формы входного сигнала. С вывода коллектора транзистора VT4 через защитный резистор R20 можно, при необходимости, подать контролируемый сигнал на цифровой частотомер.
Интегральная микросхема КА561ИЕ15А представляет собой делитель частоты с переключаемым коэффициентом деления [1]. Максимальный коэффициент деления составляет 21327. К сожалению, сигнал прямоугольной формы на выводе коллектора VT4 имеет недостаточную крутизну, чтобы его непосредственно подать на вход делителя частоты. Чтобы делитель частоты DD2 работал стабильно, сигнал на него подается через триггер Шмитта, выполненный на трех логических элементах микросхемы DD1. Сигнал с выхода ИМС делителя DD2, вывод 23, подается на двухтактный эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторах VT5, VT6. В качестве нагрузки эмиттерного повторителя установлена миниатюрная динамическая головка ВА1. Резистор R21 уменьшает громкость звукового сигнала.
С помощью переключателя SA1 можно выбрать коэффициент деления DD2. В положении «1» он будет равен 10, в положении «2» - 100, в положении «3» - 1000, в положении «4» - 10000. Если принять во внимание, что человек на слух может хорошо оценивать частоты до 4...5 кГц, то, следовательно, с помощью этого устройства можно на слух контролировать частоты до 0,4...0,5 МГц, а после тренировок слуха и выше. Максимальная входная частота для микросхемы КА561ИЕ15А составляет 1,5 МГц, для микросхемы КА561 ИЕ15Б - около 0,75 МГц при напряжении питания 9 В. Отметим, что при напряжении питания 15В микро-
схема КА561 ИЕ15А способна работать на частотах до 4 МГц, но такой режим работы для нее является критическим.
Каскады, выполненные на транзисторах, получают питание через RC-фильтр L1, С6, С8. Светодиод HL1 сигнализирует о подаче на устройство напряжения питания. При напряжении питания 9 В и отсутствии входного сигнала устройство потребляет ток около 13 мА. При подаче на вход сигнала частотой 1 МГц потребляемый ток увеличивается до 40 мА. Диод VD5 защищает устройство от переполюсовки напряжения питания. Устройство начинает работать при амплитуде входного сигнала около 0,25 В. Для увеличения чувствительности устройства между выводом базы VT4 и общим проводом можно подключить оксидный конденсатор емкостью 100 мкФ плюсовым выводом к базе VT4.
Конструкция и детали
Входной щуп устройства был смонтирован в корпусе перманентного маркера диаметром 12 мм (рис.2).
 
 Детали спаяны вместе соответствующими выводами без использования монтажной платы. Для предотвращения замыканий соединений монтаж покрыт густым полимерным клеем «Момент» или «Квинтол». Электронная начинка активного щупа экранирована. Для этого узел на транзисторе сначала оборачивают несколькими слоями обычного липкого скотча. После чего поверх конструкции навивают 2 слоя липкой алюминиевой клейкой ленты шириной 50 мм, обычно применяемой в быту для герметизации стыков труб систем отопления, вентиляции и кондиционирования. С остальными узлами активный щуп соединяют трехжильным экранированным проводом.
Остальные узлы устройства смонтированы на монтажной плате размерами 62x32 мм (рис.3).
 
 Микросхемы DD1 и DD2 установлены «этажеркой», микросхема DD1 приклеена к микросхеме DD2. В качестве источника энергии используется батарея типоразмера 6F22 «Крона», «Корунд». При частом и продолжительном использовании устройства целесообразно предусмотреть возможность питания от внешнего источника напряжения 9... 12 В постоянного тока. Все узлы, кроме активного входного щупа, а также батарея питания размещены в пластмассовом корпусе размерами 78x78x21 мм, в качестве которого применена пластиковая «коробка» для соединений электропроводки. В конструкции применены постоянные резисторы С1-4, а также, SMD для поверхностного монтажа. Подстроенный резистор - импортный малогабаритный.
Оксидные конденсаторы типа К50-35, К50-68, К53-19 или импортные аналоги. Неполярные конденсаторы - керамические SMD для поверхностного монтажа. При отсутствии в продаже такие керамические конденсаторы большой емкости можно встретить на платах от современного цифрового оборудования - неисправные видеокарты, фотоаппараты, жесткие диски и т.п.
Конденсатор С1 - керамический на рабочее напряжение не менее 250 В. Конденсатор С2 - пленочный на рабочее напряжение не менее 250 В.
Диоды 1N914 можно заменить любыми из 1N4148, 1SS176S, КД512, КД521, КД522. Вместо диода КД208А можно установить любой из серий КД243, КД247, КД226, 1 N4001-1 N4007. Светодиод RL30-UR544S красного цвета свечения можно заменить любым аналогичным, желательно с повышенной светоотдачей.
Вместо полевого транзистора с изолированным затвором типа КП305Д подойдет любой из серий 2П305, КП305. При монтаже этого транзистора, в целях защиты от пробоя статическим электричеством, все его выводы обязательно закорачивают тонким монтажным проводом. Хранить такие транзисторы тоже следует с замкнутыми между собой выводами. Вместо полевого транзистора КПЗ0ЗИ можно установить 2ПЗ0ЗВ, КПЗ0ЗВ, КПЗ0ЗЖ. Таким же транзистором можно заменить транзистор серии КП305, 2П305, установленный на месте VT1. Такая замена не потребует изменений в схеме устройства.
Вместо транзисторов КТ645А можно установить любые из серий КТ3102, КТ3117, КТ6111, КТ6114, SS9011, SS9013. Транзистор 2SC2458 можно заменить любым из КТ315, КТ645, КТ3117, КТ6111, КТ6114, SS9011, SS9013. Вместо транзистора 2SA1048 подойдет любой из КТ361, КТ349, КТ6112, SS9012, 2SA642.
Микросхему HEF4001BP можно заменить CD4001 В, К561ЛЕ5, 564ЛЕ5 или К561ЛА7, 564ЛА7.
В качестве динамической головки ВА1 можно применить миниатюрный динамик от детской игрушки или мобильного телефонного аппарата. Предпочтительнее будет динамик с жесткой пленочной мембраной.
Переключатель SA1 - сверхминиатюрный га-летный от съемной панельки автомагнитолы, подойдет любой, подходящий по габаритам. При установке кнопочного переключателя можно будет задавать другие коэффициенты деления частоты входного сигнала, например 1010. Для этого нужно одновременно подать на выводы 22 и 10 сигнал лог. «0». Выключатель SA2 - любой конструкции. Дроссель L1 установлен промышленный малогабаритный. Подойдет любой дроссель индуктивностью от 47 мкГн и сопротивлением обмотки до 15 Ом.
Настройка
Для налаживания устройства на него подают напряжение питания 9 В. При этом вход активного щупа соединяют с общим проводом. Подстроечный резистор R19 устанавливают в такое положение, при котором напряжение на выводе коллектора VT4 «перепрыгнет» с низкого уровня на высокий, после чего движок подстроечного резистора нужно еще немного повернуть на угол около 5 градусов. Подбором резистора R6 устанавливают напряжение на выводе стока VT1 около 3,5...4,5 В. Таким же образом, с помощью резистора R15 устанавливают напряжение на стоке VT2 около 3...4 В. Подбором резистора R21 устанавливают требуемую громкость звукового сигнала. Сопротивление этого резистора не должно быть меньше 15 Ом. Для настройки устройства можно воспользоваться генераторами, выполненными по публикациям [2-4]. Для питания устройства вместо батареи «Крона» можно применить, например, конструкцию, собранную по схеме публикации [5].
При амплитуде входного сигнала более 3 В, целесообразно на входе активного щупа установить резистивный делитель 2:1. Возможно, потребуется и больший коэффициент деления входного сигнала.
РА 8'2011

Литература
1.  Бирюков С.А. Применение цифровых микросхем серий ТТЛ и КМОП. - М.: ДМК, 2000. -С. 167-169.
2.  Бутов А. Л. Устройство для проверки кварцевых резонаторов // Радиоаматор. - 2009. - №1. - С.3-4.
3.  Бутов А.Л. Пробник-генератор из электромеханического будильника // Электрик. - 2009. -№6. -С.50-51.
4.  Бутов А.Л.  Низкочастотный генератор на компараторе LM393 // Радиоаматор. - 2009. -№12. -С.3-5.
5.  Бутов А.Л. Мощный линейный лабораторный блок питания в мыльнице // Электрик. - 2009. -№7-8. - С.54-56.