В схеме простого частотомера на микроконтроллере PIC, собранного из радиоконструктора, изначально отсутствует узел формирователя входного сигнала.
Из-за этого он может измерять только частоту сигналов цифровых уровней. Да ещё определять частоту кварцев с помощью встроенного генератора, собранного на одном транзисторе.
В обычной радиолюбительской практике этого недостаточно. Требуется повышение чувствительности по входу.
Кроме того, для измерения частоты внешний сигнал подаётся напрямую на вход микроконтроллера, что довольно рискованно. При ошибочном подключении, в случае превышения напряжения, подаваемого на вход RA4 (свыше 14 вольт относительно Vss) это может привести к выходу микроконтроллера из строя.
Учитывая эти моменты, приобретая данный радиоконструктор, я заранее планировал дополнительно собрать к нему схему формирователя входного сигнала. Ведь спаять что-то самостоятельно это гораздо интереснее, чем просто купить!
Но какую именно схему выбрать? Интернет предлагает достаточно много решений.
Пожалуй, самая простая и надёжная из них, на одном транзисторе КТ315 или КТ368А, приводится в описании частотомера Александра Денисова, в статье
или в статье того же автора в журнале "Радио" №9 за 2008 год:
- Цифровая шкала-частотомер с ЖКИ и автоподстройкой частоты. Александр Денисов (RA3RBE), г. Тамбов
Эту схему формирователя мне предложил собрать Пётр, Радиолюбитель, и, учитывая его знания и большой практический опыт, скорее всего именно её и стоило собрать для получения самого быстрого, простого и качественного результата.
Также можно было выбрать узел формирователя входного сигнала из переводной, значительно переработанной по сравнению с оригиналом, статьи
Здесь в узле формирователя всего два транзистора, один из них полевой. По отзывам Сергея Трофимова в комментариях к одной из предыдущих статей про частотомер, подобной схемы также было бы вполне достаточно для обеспечения необходимого уровня сигнала на входе микроконтроллера.
Но мне, как обычно, в очередной раз "захотелось странного". Чтобы было как "в серьёзных" наборах-конструкторах, с достаточно проработанной схемотехникой. На схемы частотомеров FC50 и FC1100 отечественных разработчиков из KitLab, продаваемые через DESSY.RU, я обратил внимание ещё несколько лет назад. Достаточно высокая, на мой взгляд, стоимость этих наборов, удержала меня от приобретения какого-либо из них. А вот опубликованные схемотехнические решения, наоборот, привлекли. В том числе и узел формирователя входного сигнала, собранный на микросхеме высокоскоростного компаратора MAX999EUK.
Заявленный уровень входного сигнала у данной схемы составляет от 0.6 до 5 вольт.
Там же, на DESSY.RU, обратил внимание на отдельную плату входного делителя частоты DV1001 для частотомера, с коэффициентом деления 1:1000, этого же бренда.
Она выполнена на микросхеме SAB6456, делителе на 64 и 256, обеспечивающего работу на частотах до 1 гГц, и паре дополнительных микросхем 74HC390 (сдвоенный 4-х битный декадный счётчик, с коэффициентом деления 2.5). Чувствительность по входу у SAB6456 всего 10 мВ.
Пока раздумывал "брать-не брать", закончился февраль 2022 года, и так уже высокие цены взлетели ещё выше, а потом эта плата и вовсе исчезла из продажи. Так что вариантов, кроме как спаять и её самостоятельно, в общем-то и не осталось.
А чтобы не мучиться с выбором, какая схема предпочтительнее, формирователь входного сигнала от FC1100 или делитель частоты DV1001, решено было собрать обе.
В начале марта на AliExpress были заказаны необходимые микросхемы, транзисторы и диоды Шоттки, в начале мая я их получил.
В результате слияния схем формирователя и делителя частоты получилась вот такая итоговая схема для будущей доработки частотомера. Изображение будет более чётким, если открыть её отдельно в соседней вкладке браузера.
Скачать схему входных цепей частотомера.
Здесь формирователь и делитель частоты, каждый из них, имеют свой независимый вход. Выходы формирователя и делителя частоты подключаются к измерительному входу RA4 микроконтроллера частотомера. Нужная для конкретного измерения схема (формирователь или делитель частоты) выбираются коммутацией цепи питания переключателем SW1.
Вместо разъёмов SMA на входе формирователя-делителя установил обычный трёхконтактный двухрядный разъём PBD-6R с угловым расположением контактов.
Также в схему делителя частоты добавлены дополнительные разъёмы J2 и J3.
Установкой перемычки на разъём J2 можно переключать коэффициент деления микросхемы SAB6456 с 64 до 256.
Установив перемычку в одно из 4-х положений на разъёме J3 (в зависимости от отсутствия или наличия перемычки на J2) можно задать итоговый коэффициент деления из ряда 64 ‒ 160 ‒ 400 ‒ 1000 или 256 ‒ 640 ‒ 1600 ‒ 4000.
Таким образом предполагается, что вместо одного фиксированного коэффициента деления (1000) при необходимости можно выбрать из восьми доступных. И хоть данная функциональность несколько усложнила разводку печатной платы, заставив добавить на неё дополнительные проволочные перемычки, иногда такая возможность может оказаться полезной.
В схеме формирователя входного сигнала резисторы R7 и R8 на выходе компаратора MAX999 включены как делитель напряжения. Насколько я понял, с их помощью уровень напряжения на измерительном входе микроконтроллера понижался до 3.3 вольт. Забегая вперёд скажу, что при проверке собранной схемы именно из-за этого делителя не удавалось заставить частотомер правильно работать, в моём случае он понижал напряжение до 2-х вольт. Пришлось от него отказаться. Резистор R8 был убран с платы совсем, резистор R7 по аналогии с R11 на выходе делителя частоты установил сопротивлением в 100 Ом.
Подстроечный резистор RV1 в схеме формирователя определяет порог срабатывания компаратора.
Также для сборки у меня не нашлось индуктивностей в 0.18 мкГн, указанных на исходной схеме формирователя. Заменил их на индуктивности в 1 мкГн.
На входах формирователя и делителя частоты использовал защитные диоды Шоттки BAT62. Судя по схеме формирователя от FC50 вместо них также можно было бы использовать и диоды 1N4148.
Каких-то иных особенностей и отличий от оригинальной данная схема не имеет.
Перечень необходимых для сборки радиодеталей:
- SMD-резисторы типоразмера 1206 ряда E24 из наборов ‒ несколько штук нужных сопротивлений
- Разъём PBD-6R (DS1024 2x3R), гнездо на плату 2.54 мм 2х3 pin угловое ‒ 1 штука
- Разъём PBS-3R (DS1024 1x3R), гнездо на плату 2.54 мм 1х3 pin угловое ‒ 1 штука
- Разъём PLS-2R (DS-1022-1x2), вилка штыревая 2.54 мм 1х2 pin угловая ‒ 1 штука
- Часть от разъёма PLD-80R (2х40), вилка штыревая, угловая, шаг 2.54 мм, 2 ряда по 4 контакта в каждом ‒ 1 штука
- Ответные части к разъёмам ‒ однорядные, на 3 контакта, шаг 2.54 мм ‒ 2 штуки, отломаны от 40-контактного прямого разъёма PLS-40
- Переключатель движковый угловой на плату ‒ 1 штука
- Заготовка одностороннего фольгированного стеклотекстолита FR4 толщиной 1.5-2 мм, размером 100 мм х 150 мм, для платы размером 73.5 мм х 58.5 мм ‒ 1 штука
- Стойки латунные шестигранные для печатных плат PCHSS-8, высотой 8 мм и диаметром отверстия под резьбу M3 ‒ 4 штуки
- Провода монтажные, многожильные, разноцветные, сечением 0.2 мм, из набора ‒ по 10-20 см каждого из трёх цветов
- Провод медный, обмоточный ПЭТВ-2, или одножильный, от сетевого кабеля "витая пара", для перемычек на плате, диаметром 0.4-0.5 мм ‒ 10 см
Печатная плата разведена на одностороннем фольгированном стеклотекстолите FR4 толщиной 1.5-2 мм и рассчитана на установку SMD-резисторов типоразмера 1206 и SMD-конденсаторов типоразмера 0805.
Все радиодетали расположены на одной, верхней стороне платы, там же, где и печатные проводники. Для лучшего крепления не SMD-компонентов в печатной плате сделаны не сквозные отверстия под выводы радиодеталей, глубиной примерно на половину толщины стеклотекстолита.
Размер печатной платы 73.5 х 58.5 мм совпадает с размером платы модуля автономного питания для частотомера.
По углам платы по разметке просверлены отверстия под крепёж диаметром 3.2 мм, так, чтобы плату можно было установить "вторым этажом" в этажерочной конструкции частотомера, используя для этого шестигранные металлические стойки и винтики под резьбу M3.
После изготовления печатной платы немного закруглил напильником её уголки, чтобы не цепляться за них.
Монтажная схема размещения деталей и компонентов на плате.
Скачать монтажную схему размещения деталей на плате.
Здесь узел формирователя занимает верхнюю часть платы, узел делителя частоты занимает правую сторону.
Левая нижняя сторона платы оставлена пустой, так как именно под ней, "на первом этаже", в модуле автономного питания, располагается повышающий преобразователь напряжения. Такая топология выбрана с целью снижения возможных наводок и помех от преобразователя на входные цепи частотомера.
Рисунок печатной платы переносился на фольгированный стеклотекстолит методом лазерно-утюжной технологии (ЛУТ).
Печатная плата уже отзеркалена, можно скопировать или скачать рисунок и, выставив требуемые размеры, сразу печатать его на жёлтой термотрансферной бумаге или глянцевой подложке от самоклейки на лазерном принтере.
Скачать рисунок печатной платы входных цепей частотомера.
Перенеся рисунок с термотрансферной бумаги на заготовку фольгированного стеклотекстолита с помощью горячего утюга, вытравливаем плату в растворе хлорного железа. Затем, тщательно промыв плату от остатков хлорного железа в воде (но не над фарфоровыми или металлическими поверхностями умывальника или ванной!), счищаем тонер от принтера с платы тряпочкой, смоченной в ацетоне или изопропиловом спирте.
Стараясь не перегревать, залуживаем печатные проводники на плате паяльником, обычным припоем ПОС-61 и сосновой канифолью.
После залуживания, очистив плату от остатков канифоли с помощью старой зубной щётки и изопропилового спирта, высверливаем в плате не сквозные отверстия под радиодетали.
Затем распаиваем радиодетали на плате, начиная с самых мелких и заканчивая самыми крупными.
Сначала напаиваем 5 соединительных проволочных перемычек (кроме двух перемычек между микросхемами U3 и U4).
Перемычки из зачищенного и лужёного медного обмоточного провода толщиной 0.4-0.5 мм.
На монтажной схеме перемычки выделены светло-коричневым цветом.
Затем припаиваем SMD-резисторы и SMD-конденсаторы. Я паял их обычным 40-ваттным паяльником, узкой стороной заточенного жала, толщиной 5 мм.
В некоторых местах платы, куда трудно добраться таким толстым жалом, пришлось паять с помощью закреплённого несколькими витками на жале паяльника отрезка медного провода, толщиной в 1.5 мм и длиной 30-40 мм. При пайке придерживаем SMD-компонент плоским концом заточенной спички, слегка прижимая его к контактным площадкам на плате.
Да! Перед пайкой очень желательно проверять все возможные компоненты на исправность и соответствие параметрам с помощью транзистор-тестера.
Такая скучная и рутинная процедура позволит впоследствии не ломать голову над поиском причин, почему именно данная схема вдруг не заработала или работает не так, как ожидается. Позволит исключить проверенные компоненты из списка потенциально возможных проблем. А также значительно сократит время поиска будущей неисправности и добавит уверенности в надёжности конкретных радиодеталей.
Вслед за резисторами и конденсаторами я напаял на плату диоды Шоттки. Они всё время норовили перевернуться "на спину, лапками кверху", но я справился.
А вот с распайкой компаратора MAX999EUK в корпусе SOT23-5 возникли проблемы. Удалось припаять его только с третьей попытки.
Вроде бы с виду пайка выглядит нормально. Проверяю-прозваниваю выводы микросхемы после пайки омметром. То замыкание выводов где-то под корпусом, то неконтакт вывода с площадкой, то сопротивление между выводами значительно отличается от того, что было до пайки. При попытке отпайки микросхемы она перегревается, выводы отваливаются. Так испортил две микросхемы, но третью всё-таки припаял.
Далее пайка разъёмов. Здесь опять пришлось использовать тонкое жало паяльника из медного провода-насадки. Для пайки и доступа к внутренним контактам двухрядных разъёмов потребуется небольшая хитрость ‒ загораживающие контакты внешнего ряда временно аккуратно из разъёма вытаскиваются, паяется контакт внутреннего ряда, затем уже в разъём вставляется и припаивается контакт внешнего ряда.
Ну а после останется припаять самые большие радиодетали: индуктивности, подстроечный резистор, переключатель, транзистор и оставшиеся микросхемы.
После припайки микросхемы U4 не забываем допаять к её выводам две последние проволочные перемычки.
Переключатель имеет металлический корпус и располагается над печатными проводниками. Во избежание их возможного замыкания перед его припайкой наклейте на плату под переключателем полоску изоленты или термоскотча (полиимидной плёнки). Аналогичный изолирующий кусочек изоленты или плёнки потребуется наклеить на плату под контактами ответной части выходного разъёма J4.
После окончания пайки и очередной промывки платы от остатков канифоли изопропиловым спиртом обязательно прозвоните омметром контакты переключателя на надёжное срабатывание. Спирт с растворённой канифолью при промывке платы попадает внутрь переключателя. Затем спирт испаряется, оставив на контактных поверхностях застывшую канифоль. Переключатель перестаёт работать.
Если такое происходит, приходится выпаивать и разбирать переключатель, прочищать внутреннюю поверхность его переключающих контактов. Затем собирать и припаивать к плате снова. Иногда помогает простой прогрев паяльником контактов переключателя, без его разборки, но это не точно и может быть совсем не надолго.
Спаянная печатная плата входных узлов частотомера выглядит так.
Так как с выхода повышающего преобразователя напряжения к плате частотомера (c "первого этажа" на "третий этаж" нашей этажерки) проходят провода питания, то на "втором этаже" в этом месте платы выточено надфилем прямоугольное отверстие, в которое при сборке более-менее свободно можно пропустить провода с разъёмом.
Далее можно проверить установку платы в нашу этажерку с помощью шестигранных металлических стоек. По высоте спаянная плата занимает около 6-7 мм, самый высокий элемент ‒ транзистор Q1. Поэтому четырёх дополнительных стоек высотой в 8 мм будет достаточно.
В следующей части рассмотрим подключение и проверку работы платы в составе тестового стенда, а потом и окончательную сборку конструкции частотомера.
При этом для проверки прохождения сигналов очень пригодится осциллограф.
Чтобы не создавать интригу, скажу сразу ‒ схема эта работает.
31 августа 2022 года.
С уважением, Ваш @mp42b.
<-- Предыдущая статья | Содержание 2019-2022 | Следующая статья -->
Ещё статьи про частотомеры на этом канале:
1. Период измерения ‒ 40 лет. Несколько частотомеров, которые мне когда-то хотелось собрать
4. Автономное питание для простого частотомера из конструктора
#сделай сам #электроника #доработки
#измерения #частотомер #радиоконструктор #гаджеты
#простые вещи #mp42b