Cyfrowa skala czΩstotliwo£ci

Produkowane obecnie na £wiecie urz╣dzenia radiokomunikacyjne s╣ zazwyczaj wyposa┐one w cyfrowy miernik czΩstotliwo£ci, wykonany najczΩ£ciej na jednym wyspecjalizowanym uk│adzie scalonym du┐ej skali integracji, np. 7217. Niestety, takie uk│ady scalone s╣ z regu│y kosztowne i trudne do zdobycia.

Opis uk│adu
Zastosowano sze£µ uk│ad≤w scalonych, w tym piΩµ typu CMOS i jeden TTL oraz jeden tranzystor. Maksymalna czΩstotliwo£µ pracy uk│adu wynosi 15...20MHz przy czu│o£ci 30...100mV. Miernik pokazuje tylko trzy cyfry dotycz╣ce kHz (warto£ci dotycz╣ce MHz s╣ odczytywane ze skali mechanicznej), na przyk│ad przy pomiarze czΩstotliwo£ci 14,123MHz wy£wietlane bΩd╣ cyfry 123. NapiΩcie zasilania wynosi 5 V (z uwagi na uk│ad TTL) przy og≤lnym poborze pr╣du oko│o 60mA. Dok│adno£µ pomiaru wynosi oko│o 1kHz. Wymiary obudowy przyrz╣du: 70 x 50 x 20mm.

Sygna│ pomiarowy jest podawany na wzmacniacz - uk│ad formowania sygna│u TTL na tranzystorze T1 (BF194 lub podobny). Punkt pracy jest dobrany przy pomocy rezystora R1, kt≤rego warto£µ zale┐y od wsp≤│czynnika wzmocnienia zastosowanego egzemplarza tranzystora. Sygna│y wyj£ciowe o kszta│cie zbli┐onym do TTL s╣ podawane na dzielnik dziesiΩtny z uk│adem scalonym US1 (7490). We wstΩpnym dzielniku czΩstotliwo£ci przez 10 zastosowano uk│ad TTL, g│≤wnie z chΩci podwy┐szenia maksymalnej czΩstotliwo£ci pracy miernika, bowiem uk│ady CMOS maj╣ maksymaln╣ czΩstotliwo£µ oko│o 5MHz (zale┐nie od egzemplarza, napiΩcia zasilania, poziomu sygna│u wej£ciowego). Wprawdzie wiΩksz╣ czΩstotliwo£µ wej£ciow╣ mo┐na osi╣gn╣µ przy zastosowaniu innego, "szybszego" dzielnika (np. 74196 - 50MHz), ale dla wy┐szych czΩstotliwo£ci, np. dla pasma 2m (144...146MHz) autor stosuje dodatkow╣ przystawkΩ z dzielnikiem SP8660 firmy PLESSEY, rozszerzaj╣c╣ zakres pomiarowy do 200MHz.

Po wstΩpnym podziale czΩstotliwo£ci wej£ciowej sygna│ jest podawany do szeregu kaskadowo po│╣czonych licznik≤w dziesiΩtnych-dekoder≤w (w jednej strukturze) US2...US4 typu CD4026. Liczniki te licz╣ wchodz╣ce cykle przez 10ms, a przez nastΩpne 10ms ich zawarto£µ jest wy£wietlana. Z wyj£cia tych dekoder≤w sygna│y w postaci kodu wskaƒnika siedmiosegmentowego s╣ podawane na wy£wietlacze LED ze wsp≤ln╣ katod╣. W uk│adzie zrezygnowano z rezystor≤w ograniczaj╣cych pr╣d poszczeg≤lnych segment≤w wy£wietlacza (dziΩki uk│adowi CD4026 i napiΩciu zasilania 5V zastosowanie 21 rezystor≤w sta│o siΩ zbΩdne). Wprawdzie napiΩcie zasilania uk│ad≤w CMOS mo┐e zawieraµ siΩ w przedziale 3...15V, ale zastosowano typowe napiΩcie 5V, poniewa┐ przy 3V intensywno£µ £wiecenia wskaƒnik≤w LED jest bardzo ma│a, za£ przy 15V │atwo o uszkodzenie segment≤w wy£wietlacza).

CzΩstotliwo£µ wzorcow╣ wytwarza uk│ad US5 - CD4060, kt≤ry zawiera wewn╣trz struktury generator sterowany rezonatorem kwarcowym oraz licznik 14-bitowy. Wykorzystany tu zosta│ │atwo dostΩpny rezonator kwarcowy 3,2768MHz. Uk│ad po│╣czony jak na rysunku daje impulsy wyj£ciowe o czΩstotliwo£ci 200Hz (wyprowadzenie 3 CD4060), kt≤re nastΩpnie s╣ podane na dzielnik przez 4, zestawiony z dw≤ch przerzutnik≤w D wchodz╣cych w sk│ad uk│adu US6 (4013). W ten spos≤b na wyj£ciu uzyskujemy potrzebne impulsy bramkuj╣ce i zeruj╣ce 50Hz. Precyzyjne ustawienie czΩstotliwo£ci wyj£ciowej mo┐na osi╣gn╣µ poprzez korekcjΩ warto£ci pojemno£ci kondensator≤w C3 i C4. W przypadku zastosowania innego rezonatora kwarcowego warto podaµ, ┐e uk│ad CD4060 posiada nastΩpuj╣ce dzielniki (obok liczby podzia│u podano w nawiasie numer wyprowadzenia): 16 (7), 32 (5), 64 (4), 128 (6), 256 (14), 512 (13), 1024 (15), 4096 (1), 8192 (2), 16384 (3). Maksymalna czΩstotliwo£µ zastosowanego rezonatora kwarcowego mo┐e wynosiµ 3...4MHz.

Uruchomienie uk│adu sprowadza siΩ do skontrolowania i skorygowania czΩstotliwo£ci impuls≤w wzorcowych 50Hz (dobieraj╣c warto£ci C3 lub C4) oraz ewentualnie dobrania warto£ci kondensatora C2 (w przypadku migania £rodkowej cyfry). Najlepiej pos│u┐yµ siΩ tu fabrycznym dok│adnym miernikiem czΩstotliwo£ci i skontrolowaµ czΩstotliwo£µ wyj£ciow╣. Po doprowadzeniu sygna│u mierzonego na wej£cie uk│adu wy£wietlacze powinny wskazywaµ w│a£ciw╣ warto£µ w kHz.