Мне кажется, что одним из основных приборов. необходимым для радиолюбителя, занимающегося налаживанием приемников и трансиверов, является частотомер. Ведь сделать генератор ВЧ, чтобы настроить контуры иои фильтры, не так уж сложно, а вот отградуировать его - это уже не тривиальная задача, тем более, что при использовании механической шкалы точность ее будет .... так себе.
Вот, к примеру, посмотрим на шкалу промышленного генератора, который стоит у меня на столе.
Если на диапазоне 1 цена деления в начале шкалы 2,5 кГц, то на диапазоне 7 цена деления в начале шкалы уже 250 кГц. Для настройки вещательного приемника 80-х - самое то, считали за счастье иметь доступ к такому гаджету. Я начинал с Г4-18. У него, согласно инструкции, точность установки частоты не хуже +/-1%. Кажется, здорово! Но на частоте 1 МГц точность */-10 кГц, на частоте 10 МГц +/-100 кГц, а на частоте 28 МГц уже +/-280 кГц.
Представьте, что с такой точностью отградуировать частоту трансивера на частоте 14 МГц - этак можно вылезти за пределы диапазона аж на 140 кГц! Спасали кварцевые калибраторы с метками через 1 МГц и 100 кГц или внимательное наблюдение за эфиром :)).
Все изменилось с появлением цифровых частотомеров, которые измеряли частоту генераторов с точностью до 10 Гц на любой частоте. Для меня эта эра началась с выходом брошюры "Практикум по цифровой технике" В.Г. Борисова и А.С. Партина. Она и сейчас у меня на столе, а скачать ее можно здесь.
Но прежде, чем открыть книгу, рассмотрим способы измерения частоты. Не булем трогать резонансные методы, которые имеют низкую точность, а обратимся к цифровым. Так как измерять частенько приходится частоту синусоидального сигнала, а цифровая техника оперирует импульсами, то нужно синус превратить в эти самые импульсы, как-то вот так:
Для определения частоты можно использовать два метода. В первом нужно измерить длительность импульса и длительность паузы. Их сумма даст значение периода колебаний, а величина, обратная периоду, и есть частота колебания. Метод прост, но измерение интервалов времени в доли мкс в 80-х был еще мало доступен, а поэтому в частотомерах, описанных в "Практикуме". применяется другой метод - метод подсчета количества импульсов за определенный период времени.
Из синусоидального сигнала. частоту которого нужно измерить, формируется импульсный сигнал. В отдельном блоке формируются импульсы с длительностью, равной времени измерительного интервала. Эти импульсы формируются путем деления частоты кварцевого генератора, что обеспечивает высокую стабильность измерительного интервала, а, соответственно, и высокую точность измерения частоты.
Измеряемый сигнал и измерительные импульсы подаются на вход логического элемента И. Логика его работы (таблица истинности) такова:
Из этой таблицы можно сделать вывод, что если на одном из входов будет логич. 1, то сигнал на выходе будет повторять сигнал на другом входе. Если на одном входе постоянно присутствует лог. 0, то проход сигнала с другого входа на выход блокирован.
Таким образом, на выходе логического элемента (рис. 4) формируются пачки импульсов. Остается только подсчитать количество импульсов с помощью счетчика и вывести результат на индикаторы.
Теперь можно и открыть книжку на странице 98.
Сигнал подается на вход формирователя импульсов (обведен красным пунктиром). В формирователе измерительных интервалов (обведен синим пунктиром) формируются импульсы соответствующей длительности путем деления частоты кварцевого генератора 8 МГц. На выходах делителей формируются импульсы частотой 1, 10, 100, 1000 и 10000 Гц. Выбранная переключателем частота подается на D-триггер, который делим частоту на 2 и на его выходе формируется меандр, у которого длительность импульса равна длине паузы. Т.е. при частоте 2 Гц длина импульса будет равна 1 с. Этот импульс подается на один вход логического элемента (выделен зеленым пунктиром), а на другой его вход подаются импульсы измеряемой частоты. В результате на выходе формируются пачки импульсов, количество которых подсчитываются десятичными счетчиками, с выходов которых соответствующий код подается на дешифратор, который заставляет зажигаться соответствующие цифры газоразрядного индикатора.
Достать 155ЛА3, ИЕ1, ИЕ2, ТМ2 мне удалось достаточно просто - с плат компьютера из Гидрометцентра, а вот высоковольтные дешифраторы 155ИД1 мне достал мой армейский друг, который работал на "Волне", аж целые 4 штуки. Индикаторы взял из болгарского настольного калькулятора. Но самым главным, было то, что в "Детском мире" я купил набор кварцев (10 МГц, 1 МГц и 100 кГц), так что используя кварц на 100 кГц я сэкономил два делителя :))
Да и у авторов книжки тоже было чувство меры, поэтому они использовали только три индикатора. А как же измерить частоту, например, 8,35678 МГц? Ве очень просто: выбираем частоту счетных импульсов, равно 1 Гц - на дисплее отображается "780" - это Герц. Переключаем на частоту 1 кГц - на индикаторах "356" - это кГц, переключаем на 10 кГц - на индикаторах "8,35" - это в мегагерцах.
Так как у меня было 4 дешифратора, то используя частоту 1 кГц у меня бы в этом случае высветилось "8356" - в кГц, что очень удобно. А при налаживании кварцевых фильтров я выбирал частоту 100 Гц, что позволяло вести отсчет с такой же точностью - мне этого хватало.
Этот частотомер работал до 15 МГц, но позже я достал триггер 531ТВ1 и стал мерять частоту до 30 МГц, а больше и не нужно было. Но вот достать во время сборки частотомера микросхему 155ЛД1 для формирователя я не смог. Но в это чудесной книге была еще одна схема формирователя, который работал, как мне кажется, даже лучше, чем обозначенный в схеме.
Схема очень простая и практически не требует наладки. Нужно только подбором R2 установить на коллекторе транзистора напряжение +2,5 -3 В.
Потом делал я частотомер и на 176-й серии и люминисцентных индикаторах, работала у меня и цифровая шкала для моего самодельного трансивера. Но, к сожалению, многое из того не сохранилось. Вот только остатки былой роскоши :)) - плата от цифровой шкалы и проба сил с ЖК-индикатором.
Здесь предполагался 6-ти значный люминисцентный индикатор и измерение с точностью 100 Гц.
Но с тех чудесных времен минуло больше четверти века и измерение частоты теперь хоть и зиждется на тех же принципах, но использует совсем иную элементную базу. А если честно сказать, то и элементов-то там кот наплакал. Микропроцессор, ЖК-дисплей, десяток резисторов и конденсаторов - вот и весь частотомер. Качество победило количество.
Существует огромное количество похожих схем на РIC, ATMEGA и т.д. Но я не крутой программист, а использовать чужие программы, ничего не понимая в них мне не нравится. Так бы я и сидел с своими частотомерами и шкалами на двух десятках корпусов, вспоминая времена QBasic'а, но сын подарил мне плату Ардуино, которая благополучно пролежала у меня лет 5, пока не созрела :)).
Вот с помощью ее даже я с моими минимальными понятиями в программировании сумел осознанно приобщиться к микропроцессорной технике. Но об этом далее.
Всем здоровья и успехов!