Как улучшить технические характеристики частотомера по схеме А. Денисова

Так как PIC контроллер считает до 30 мГц., то нет практической необходимости использования каких-то специальных схем входных формирователей.
Вполне подойдет "родная" схема входного формирователя частотомера А. Денисова.
"Ленивые" могут в схеме формирователя ничего не менять и оставить все как есть, но я бы посоветовал заменить транзистор VT1 (КТ315) на более высокочастотный, например, на КТ368БМ или, еще лучше, на КТ399А, а также увеличить емкость конденсатора С6 с 22н до 100 или до 150н.
Хуже от этого не станет.
Примечание: реально, PIC16F84A и PIC16F628 могут работать на частотах и выше 30 мГц., так что величина верхней границы скорости счета в 30 мГц. достаточно условна.

Буферное устройство.

Входной формирователь имеет низкое входное сопротивление, что, естественно, является большим его недостатком.
Для повышения входного сопротивления частотомера, между входом частотомера и входом формирователя, необходимо включить некое буферное устройство с высоким входным и низким выходным сопротивлением.
Иногда такое устройство выполняется в виде выносного пробника.
Такой вариант может устроить тех, кто не хочет вносить изменений в основную конструкцию.
Лично меня больше устраивает вариант расположения выносного пробника на плате частотомера или на какой-то отдельной плате, но внутри конструкции частотомера, что я и сделал в своем частотомере.
За основу взята схема буферного устройства ЧМ/ЦШ.
Я ее несколько "трансформировал" и получилось вот что:

https://pandia.ru/text/80/131/images/image002_129.jpg" width="622" height="389 src=">

Соедините правый по схеме вывод резистора R11 (выход входного формирователя) с точкой соединения 2-го и 3-го выводов ПИКа (счетный вход ПИКа), и Вы получите принципиальную схему ЧМ/ЦШ с входным сопротивлением около 500 ком.

Оптимальная настройка буферного устройства и формирователя

Расширение границы рабочих частот до 300 мГц

Осуществляется введением в состав частотомера быстродействующего делителя на 10.
Если есть возможность применить импортный делитель на 10, можно применить его, я же использовал отечественный СВЧ делитель на микросхеме К193ИЕ3.

Если имеется в наличии транзистор КТ372, то можно собрать делитель по этой схеме, не внося в нее никаких изменений.
У меня его не было, и я использовал транзистор КТ399А.
Хотя он и не такой высокочастотный, как КТ372, но до 300 мГц. он буде работать не многим хуже, чем КТ372.
СВЧ делитель работает и на частотах выше 300 мГц., но ограниченные возможности PIC контроллера не позволят перейти эту границу.
Так же, как и другие СВЧ устройства, это устройство, при неправильной сборке, склонно к самовозбуждению, поэтому нужно стремиться к тому, чтобы электрические соединения были как можно короче, а конденсаторы С7 и С8 располагались как можно ближе к микросхеме.
Все конденсаторы должны быть малогабаритными и с малыми утечками (я применил КМ).
Желательно поставить еще один блокировочный конденсатор емкостью 10н, распаяв его непосредственно на микросхеме между 8 и 16 ножками.
Если проблемы все-таки возникнут, можно попытаться устранить самовозбуждение подбором емкости дополнительного конденсатора, включаемого между 4 ножкой микросхемы и корпусом.
Если срыв самовозбуждения происходит при емкости этого конденсатора более чем 30пф, следует пересмотреть конструкцию печатной платы с целью выполнения указанных выше условий (при емкости дополнительного конденсатора более 30пф, он начинает "резать" верхнюю границу рабочих частот).
Удобнее всего ввести СВЧ делитель в состав частотомера, а не делать его выносным (я сделал именно так).
При этом вход СВЧ делителя проще и надежнее всего вывести на отдельный разъем, а переключения между обычным режимом работы (до 30 мГц) и режимом деления на 10 (до 300 мГц) осуществлять малогабаритным тумблером, установленным так, чтобы проводники, подключаемые к нему, были минимальной длины.
Естественно, что под это требование необходимо "подогнать" печатную плату.
Схема коммутации очень простая;
вход формирователя подключается либо к выходу буферного устройства, либо к выходу СВЧ делителя.
Если использовать тумблер на 2 группы контактов, то дополнительно можно произвести и коммутацию питания (именно так я и сделал), что очень удобно, в первую очередь, для частотомеров с батарейным питанием.
Получается что-то типа "дешево и сердито" и выглядит это так:

Следует также обратить внимание на то, что частотомер, работающий с СВЧ делителем, чувствителен к электромагнитным полям, поэтому необходимо уделить должное внимание его экранировке.
Если он не является выносным, а располагается внутри конструкции частотомера, то корпус частотомера должен быть металлическим.
СВЧ делитель должен быть смонтирован как можно ближе к своему входному разъему.
Снизить энергопотребление можно, увеличив номиналы резисторов, соединяющих выводы порта В с индикатором.
В моем частотомере они имеют номинал 1 ком, и яркость свечения индикаторов меня устраивает (это, конечно, мое субъективное мнение, у кого-то оно может быть другим).
Что касается индикатора, то указанный в схеме А. Денисова индикатор АЛС318 применять вряд ли стоит: размер цифр маленький и вообще ему место в музее.
Себе я поставил 9-разрядный светодиодный индикатор от телефонного аппарата с АОН с общим катодом и красным цветом свечения, что и другим советую.
В моем частотомере, кроме питания от сети, имеется также и батарейное питание (аккумуляторы НМГ емкостью 1А/ч), а также отдельный разъем для подключения антенны от переносной р/станции "Гранит" для беспроводных замеров частот на пределе измерения "300 мГц" (ее длина - 21 см.), что очень удобно для контроля частоты передатчиков и предварительной (грубой) оценки уровней радиоизлучений (в том числе и комплексных) в местах расположения частотомера.

Дополнительно

Многие интересуются: "Какова максимальная амплитуда сигнала, подаваемого на вход частотомера?"
Давайте разберемся:
На входе буферного устройства стоит двухсторонний диодный ограничитель на диодах VD1 и VD2.
Это кремниевые диоды, следовательно уровень ограничения составляет плюс/минус 0,7v.
Проще говоря, до уровня амплитуд входного сигнала плюс/минус 0,7v буферное устройство имеет входное сопротивление около 500 ком. и, при превышении этого порога, его входное сопротивление резко уменьшится, так как диоды начнут проводить ток.
Чем большим будет это превышение, тем больший ток будет протекать через диоды.
Предельно допустимый ток для КД522Б составляет 100 ма., а в импульсном режиме еще больше.
При измерении низких частот (реактивные сопротивления конденсаторов C2 и С8 можно не учитывать), предположив, что реактивное сопротивление конденсатора C1 мало, образуется симметричный делитель R1VD1 для положительной полуволны и R1VD2 для отрицательной полуволны.
Для того чтобы через него протекал ток 100 ма., теоретически, необходимо приложить к входу такого делителя переменное напряжение приблизительно 20000 ом. х 0,1 а = 2000v. или что-то около этого, что, как Вы сами понимаете, не совсем реально.
Следовательно, на низких частотах, максимальная амплитуда входного сигнала определяется предельной рассеиваемой мощностью резистора R1.
Если она составляет 0,125 вт., то это соответствует амплитуде напряжения 50 в. (U=квадратному корню из PxR), если 0,25 вт., то примерно 71 в., а если 0,5 вт., то 100 в. и т. д.
На высоких частотах емкость С2 шунтирует резистор R1, что, с одной стороны, приводит к увеличению тока через диоды, но, с другой стороны, "облегчает" тепловой режим работы резистора R1.
Учитывая то, что по току, протекающему через диоды, имеется большой "запас", то необходимости в снижении максимального уровня сигнала, частоту которого необходимо измерить, нет.
А теперь, с целью облегчения теплового режима работы резистора R1 и для обеспечения "ефрейторского зазора", делим расчитанные предельные входные уровни амплитуд на 2 и получаем:
- для резистора R1 мощностью 0,125 вт.: 25 в.
- для резистора R1 мощностью 0,25 вт.: 35 в.
- для резистора R1 мощностью 0,5 вт.: 50 в.
Это, конечно, моя субъективная оценка, можно, например, кратковременно измерять частоту сигнала и с большей амплитудой, это на любителя, следите только за тем, чтобы резистор R1 не перегрелся.

Настройка буферного устройства.

С учетом сказанного выше, должно быть понятно, что для входных сигналов с амплитудой менее 0,7v. входное сопротивление буферного устройства велико.
Каково его значение?
В этом случае, на низких частотах, Rвх. определяется значениями резисторов R1, R3, R2, R5, сопротивлениями диодов, входным сопротивлением полевого транзистора (затвор/исток) и внутренним сопротивлением источника питания +5v.
Если предположить, что прямые сопротивления диодов для уровней амплитуд менее 0,7v. и входное сопротивление полевого транзистора имеют значения по 10 Мом. (приблизительно такие значения и имеют место быть на практике), с учетом того, что внутреннее сопротивление источника питания мало (что и имеет место быть), то эти три сопротивления соединяются параллельно и результат такого соединения будет равен 10:3=3,333...Мом.
Назовем его Rп и округлим до 3,3 Мом. (Rп=3,3 Мом.).
Значением резистора R5 можно принебречь, так как оно относительно мало. По этой же причине можно принебречь и внутренним сопротивлением источника питания +5v.
По переменному току, резисторы R3, R2 и Rп соединены параллельно и их результирующее сопротивление Rрез составляет примерно 615 Ком.
Таким образом, эквивалентная схема входной цепи буферного устройства представляет собой простейший делитель напряжения из двух резисторов: R1 и Rрез, следовательно, на низких частотах, при значениях входных амплитуд менее 0,7v, входное сопротивление буферного устройства (при номиналах, указанных в схеме) Rвх. составляет приблизительно 615+20=635 Ком.
На высоких частотах (при значениях входных амплитуд менее 0,7v), Rвх. несколько уменьшится за счет шунтирующего действия реактивностей диодов, полевого транзистора, конденсатора С2 и С8, но оно будет не менее 500 Ком.
При превышениях значений входных амплитуд уровня плюс/минус 0,7v., происходит резкое уменьшение Rвх. за счет шунтирующего действия диодов VD1 и VD2, которые, в этом случае, открываются и имеют малое сопротивление.
Таким образом, "напрашивается" простой вывод: входное сопротивление буферного устройства можно корректировать, изменяя номиналы резисторов R1, R2, R3.
Номинал R1 слишком сильно увеличивать или уменьшать не стоит, так как, в первом случае, ухудшается чувствительность ЧМ/ЦШ, а, во втором, увеличивается нагрузка на диоды.
А вот с номиналами R2 и R3 можно поманипулировать.
При этом нужно учитывать, что, по переменному току, они соединены параллельно и, при стремлении изменить Rвх, необходимо обеспечить не слишком большую разницу между их номиналами.
И в самом деле, например, при R2=2,7 Мом. и R3=100 Ком., Rвх будет порядка 90 Ком., а при R2=1,5 Мом. и R3=1,5 Мом. - порядка 700 Ком.
Кроме того, что резисторы R2 и R3 определяют Rвх, они также задают режим работы по постоянному току не только транзистора VT1, но и транзистора VT2.
Это объясняется наличием между ними непосредственной связи, что, с учетом большого разброса параметров отечественных транзисторов, несколько усложняет настройку буферного устройства по постоянному току.
Собирая свое буферное устройство, я стремился перевести его в режим усиления класса А, что предполагает установку на коллекторе транзистора VT2 (в режиме покоя) половинного напряжения источника питания, то есть, 2,5v.
У меня это получилось при тех номиналах радиодеталей, которые указаны в схеме, что вовсе не означает, что радиолюбители, точно "скопировавшие" данное буферное устройство, получат на коллекторе VT2 значение напряжения 2,5 - 2,6v.
Объяснение этому простое: разброс параметров транзисторов VT1 и VT2, которые, к тому же, работают в паре.
В принципе, особой беды не будет, если напряжение на коллекторе VT2 будет несколько отличаться от указанного значения, так как, при уровнях входных амплитуд более 0,7v (что, в большинстве случаев, и имеет место быть), сигнал, за счет двухстороннего ограничения, переводится в более "неприхотливую" импульсную форму, но если Вы собрали буферное устройство и напряжение на коллекторе VT2 Вас не устраивает, то придется либо поподбирать пары транзисторов VT1, VT2 (по Uотсечки и коэффициенту усиления по току), либо изменить номинал резистора R2, руководствуясь при этом изложенной выше информацией.
Если номинал R2 будет выше указанного в схеме, то Rвх возрастет, что вовсе не есть плохо, а если ниже, то Rвх уменьшится, что уже не есть хорошо.
Если при настройке номинал R2 "опускается" ниже 800 Ком., то следует зафиксировать номинал R2 в пределах 1 - 1,8 Мом и поманипулировать с номиналами резисторов R4 или R6 до получения устраивающего Вас результата.
Все это, конечно, довольно-таки хлопотно, но аналоговая техника есть аналоговая техника, с нулями и единицами как-то все определеннее и проще.
Примечание: высокое Rвх ЧМ/ЦШ имеет при уровнях входных амплитуд менее плюс/минус 0,7v.
При уровнях входных амплитуд более плюс/минус 0,7v, Rвх буферного устройства составляет приблизительно 20 Ком, то есть, в этом случае, его Rвх определяет номинал резистора R1.
20 Ком, конечно, не 500 Ком, но, все-таки, это гораздо больше, чем Rвх входного формирователя.
Желающие могут, за счет снижения чувствительности, увеличить номинал R1 (при этом Rвх ЧМ/ЦШ увеличится).
Это можно сделать, если ЧМ/ЦШ будет использоваться для измерения частот сигналов с амплитудой, гарантированно превышающей плюс/минус 0,7v.

О помехоустойчивости.

При изготовлении ЧМ/ЦШ А. Денисова (без буферного устройства), проблем с помехоустойчивостью практически не возникает: низкое входное сопротивление входного формирователя "режет" амплитуду помех и "не дает" ей достигнуть уровня срабатывания счетного входа ПИКа.
Но как только в состав ЧМ/ЦШ вводится буферное устройство - возникают проблемы с помехоустойчивостью.
И в самом деле, в идеале, например, наводка фиксированной мощности на Rвх=500Ком., при прочих равных условиях, будет иметь амлитуду в 500 раз большую, чем на Rвх=1Ком.
Примерно о таком различии и идет речь при введении в состав ЧМ/ЦШ буферного устройства.
После этого ЧМ/ЦШ может "реагировать" на помехи (наводки) в виде радиосигналов близко расположенных источников радиоизлучений, которых сейчас "расплодилось" великое множество (особенно в городах).
Если после проведения оптимальной настройки (см. выше) с закороченным входом все ОК, а после снятия короткого замыкания ЧМ/ЦШ "ловит" наводку, значит уровень радиоизлучений в месте расположения ЧМ/ЦШ высок и нужно либо смириться с этим фактом, либо произвести оптимальную настройку без соединения его входа с корпусом за счет снижения чувствительности ЧМ/ЦШ.
Как это делается - описано выше.
Если Ваш ЧМ/ЦШ, до подключения источника сигнала, частоту которого необходимо измерить, все-таки "ловит" наводку, то опасаться того, что она повлияет на точность измерений, в большинстве случаев (за исключением совсем уж мощных наводок), не стоит, так как выходные сопротивления подавляющего большинства источников сигналов, частоты которых Вы будете измерять, гораздо меньше 500Ком., что, при подключении выхода источника сигнала к входу ЧМ/ЦШ (к входу буферного устройства) эквивалентно значительному снижению Rвх и, следовательно, значительному повышению помехоустойчивости.
Мне, например, удалось добиться установки признака частотомера на пределе измерения "30Мгц", но на пределе измерения "300Мгц" (с СВЧ-делителем на 10) мне этого сделать не удалось, так как в Липецке, в диапазоне от 30 до 300Мгц., работает очень большое количество разнообразных передатчиков, "бороться" с излучениями которых можно только сильно понизив чувствительность ЧМ/ЦШ на этом пределе измерения.

Одно из направлений развития радиолюбительской техники связи - освоение все более высокочастотных диапазонов. Препятствием на этом пути оказывается отсутствие или ограниченная номенклатура измерительной аппаратуры. Предлагаемый вниманию читателей делитель частоты может работать совместно с частотомером, имеющим диапазон рабочих частот до нескольких мегагерц или даже килогерц, обеспечивая измерение частоты сигналов в диапазоне 0,1…3,5 ГГц.

Схема делителя частоты показана на рис. 1. Его основой стала специализированная микросхема синтезатора частоты ADF4113 (DD1), работающего в полосе до 3,7…4 ГГц. В ее состав входят несколько функциональных узлов, но в этой приставке использована только часть из них: входной усилитель СВЧ, программируемые предварительный делитель (ПД), делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД), мультиплексор и устройство управления. Благодаря наличию входного усилителя СВЧ чувствительность микросхемы составляет -15 дБмВт (около 40 мВ на нагрузке 50 Ом). Используя ПД и ДПКД, можно получить коэффициент деления от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч.

Следует отметить, что при создании делителей частоты удобно использовать коэффициенты деления, кратные 10, что облегчит считывание показаний частотомера. Особенно удобны коэффициенты, равные 1000 и 1000000. В первом случае частоте 1 ГГц будет соответствовать значение 1 МГц, а во втором - всего 1 кГц. Кроме того, в последнем случае станет возможным использование компьютера с программой виртуального частотомера или частотомеров цифровых мультиметров (правда, точность при этом будет не слишком высокой).

Этот делитель удобно использовать совместно с частотомером, описанным в “Радио” (Шарыпов А. Экономичный многофункциональный частотомер. - Радио, 2002, № 10, с. 26, 27), так как в этом устройстве имеется режим умножения показаний на 1000 для случая использования внешнего делителя частоты.

Для управления режимами работы микросхемы DD1 служит микроконтроллер (DD2). На D-триггере микросхемы DD3.1 собран делитель частоты на 2. Он необходим, так как на выходе микросхемы DD1 могут возникать короткие импульсы, которые частотомер воспринимает не всегда правильно. На выходе D-триггера формируются импульсы со скважностью 2, что делает работу частотомера более устойчивой. Кроме того, при входном сигнале недостаточного уровня эта микросхема блокирует выходные импульсы. Дополнительный усилитель на микросхеме DA2 с коэффициентом усиления около 25 дБ на частоте 1 ГГц повышает чувствительность всего устройства. На входе приставки установлен ФВЧ C1L1C2, который подавляет сигналы с частотами менее 80…100 МГц, резистивный аттенюатор R3R4R5 согласовывает вход усилителя, что обеспечивает устойчивую работу микросхемы DA2. Диоды VD3, VD4 защищают микросхему от перегрузки по входу.

На диодах VD1, VD2 собран выпрямитель, на ОУ DA1.1 - усилитель постоянного тока, а на ОУ DA1.2 - компаратор напряжения. Эти элементы совместно с микросхемой DD3 обеспечивают защиту от ложных результатов измерения. Дело в том, что во входном усилителе микросхемы DD1 при слабых сигналах возможно самовозбуждение, поэтому на ее выходе может быть сигнал, никак не связанный с входным, и это приведет к неверным измерениям. Указанные элементы блокируют работу D-триггера микросхемы DD3, если напряжение (или мощность) сигнала на входе не достигло определенного значения.
Напряжение питания всех узлов задано интегральным стабилизатором напряжения на микросхеме DA3; диод VD5 защищает устройство от питающего напряжения обратной полярности при неправильном подключении. Светодиоды служат для индикации режимов работы: наличия питающего напряжения - HL1 (зеленый) и включения режима измерения - HL2 (красный).

Делитель частоты работает следующим образом. После подачи питающего напряжения контроллер посылает управляющие команды на микросхему DD1, при этом в ПД и ДПКД устанавливаются требуемые коэффициенты деления, а мультиплексор подключает выход ДПКД к выходу микросхемы DD1. После этого микросхема DD1 переходит в экономичный режим “Sleep”. Входной сигнал через ФНЧ и аттенюатор поступает на вход усилителя на микросхеме DA1 (INA-03184). Выбор этой микросхемы обусловлен следующим. Она имеет широкий частотный диапазон при большом коэффициенте усиления: в диапазоне 0,1 …2,7 ГГц - 25 дБ, в диапазоне 2,7…5 ГГц коэффициент усиления плавно уменьшается до 15 дБ. Коэффициент шума усилителя очень мал - 2,2 дБ до 1 ГГц и не более 4 дБ до 3 ГГц. Предельная выходная мощность составляет несколько милливатт, что не создает перегрузки входного усилителя микросхемы DD1.

Усиленный сигнал поступает на вход микросхемы DD1 и на выпрямитель. После выпрямителя постоянное напряжение еще усиливается ОУ DA1.1 и поступает на компаратор. Если напряжение входного сигнала превысит определенное значение, то компаратор переключится, на его выходе появится напряжение высокого логического уровня, который разрешит работу делителя частоты на микросхеме DD3 и на его выходе появится импульсное напряжение с частотой, вдвое меньшей, чем на выходе микросхемы DD1. Одновременно светодиод HL2 начнет сигнализировать о том, что включен режим измерения.

В устройстве можно реализовать коэффициент деления от 100 до 1000000. При этом коэффициент деления в микросхеме DD1 надо установить вдвое меньше - от 50 до 500000. Частотный диапазон устройства ограничен снизу по причине того, что ПД микросхемы DD1 устойчиво работает при большой скорости изменения входного напряжения, на высоких частотах. По мере уменьшения частоты скорость изменения напряжения падает, что приводит к снижению чувствительности ПД. График зависимости чувствительности всего устройства в рабочей полосе частот показан на рис. 2.

Все детали размещают на печатной плате из двусторонне фольгированного стеклотекстолита, эскиз которой в масштабе 2:1 показан на рис. 3 (см. также фото на рис. 4). Вторая сторона оставлена металлизированной и соединена с общим проводом первой стороны через отверстия. Плату устанавливают в металлическом корпусе, на стенках которого установлены входное и выходное гнезда и размещены отверстия для светодиодов.
Плата рассчитана для установки микросхем в корпусах для поверхностного монтажа, кроме DA3 (стабилизатор напряжения) и DD2 (микроконтроллер), которую устанавливают в панельке. Микросхему DD1 можно заменить на ADF4112 с верхней рабочей частотой 3 ГГц или на ADF4111с частотой 1,2 ГГц.

В качестве усилителя DA2 можно применить микросхемы INA-54063, MSA-0204, MSA-0286. Детекторные диоды VD1, VD2 можно заменить на 2А201А, 2А202А; светодиоды - любые малогабаритные в пластмассовом корпусе диаметром 3…5 мм с рабочим током 5…10 мА. Полярные конденсаторы - танталовые или алюминиевые для поверхностного монтажа, неполярные - бескорпусные К10-17в или аналогичные импортные. Постоянные резисторы Р1-12 и аналогичные импортные, подстроечный - СПЗ-19. В табл. 1,2 приведены распечатки НЕХ-файлов для “прошивки” микроконтроллера (файл 5105.HEX и табл. 1 - для коэффициента деления 500000; файл 500.НЕХ и табл. 2 - для коэффициента деления 500).

Функциональные возможности устройства можно расширить, если усложнить управляющую программу и принципиальную схему. Так как микросхема DD2 имеет неиспользуемые выводы, то их можно запрограммировать как входы и подавать на них сигналы, по которым будут изменяться команды, поступающие на микросхему DD1. В этом случае можно изменять коэффициент деления, а также использовать второй ДПКД с максимальным коэффициентом деления 16383, который предназначен для деления частоты образцового генератора и работает в диапазоне 5…104 МГц.

Если в схему ввести переключатель и изменить “прошивку” микроконтроллера, то коэффициент деления можно будет изменять этим переключателем. Его контактную пару включают между выводом 4 микросхемы DD2 и общим проводом. В табл. 3 приведена распечатка НЕХ-файла для “прошивки” микроконтроллера для этого случая (файл 500-5105.HEX). В одном из положений переключателя коэффициент деления микросхемы DD1 будет 500000 (общий 1000000), а в другом - 500 (общий 1000).

И. НЕЧАЕВ, г. Курск
“Радио” №9 2005г.

Большинство самодельных радиолюбительских частотомеров строятся на микросхемах серий К155 или К555 ТТЛ логики, которые не в состоянии уверенно работать на частотах более 15-20 МГц. Отсюда и верхняя частота измерения таких приборов редко превосходит 10 МГц, хотя, следует заметить, что некоторые экземпляры микросхем К555 и К133 могут работать и на частотах до 30 МГц. Чтобы расширить диапазон измерения таких приборов до 100-300 МГц (в зависимости от верхнего предела частотомера 10-30 МГц) необходимо на их входе включить высокочастотный делитель на десять.

Схема одного из вариантов такого делителя показана на рисунке в тексте. Входное сопротивление приставки 75 Ом, чувствительность по входу 0,5 В. Диоды VD1 и VD2 совместно с R1 представляют собой ограничитель входного напряжения, который предохраняет вход приставки от выхода из строя от перенапряжения. Затем следует высокочастотный диференциальный усилитель, построенный на одном из элементов микросхемы D1 (D1.1). Этот усилитель поднимает уровень входного напряжения до логического уровня и ограничивает его. Далее следует триггер Шмитта на втором элементе D1 - D1.2. Триггер Шмидта формирует из входного сигнала произвольной формы импульсы логического уровня.

Декадный делитель собран на четырех D-триггерах, входящих в состав двух микросхем D2 и D3.
Особенность микросхем серии К500 состоит в том, что все их выходы выполнены по открытой схеме и для их функционирования необходимы нагрузочные резисторы, на которых и будут формироваться логические уровни. По этому, на выходах всех этих микросхем включены нагрузочные резисторы сопротивлением по 510 Ом. Без этих резисторов схема функционировать не будет.

Питается приставка от источника напряжением 5В, потребляя ток при работе на частотах до 100 МГц примерно 100 mА, а на частотах до 300 МГц потребление может доходить до 200-500 mА. В связи с этим не рекомендуется длительное время работать на такой высокой частоте, поскольку это вызывает перегрев микросхем. Заявленная чувствительность 0,5 В тоже действительна только на частотах до 100-150 МГц, на максимальных частотах (до 300 МГц) чувствительность падает до 1-2 В.

Приставка монтируется полуобъемным способом в коробчатом корпусе спаянным из пластин фольгированного стеклотекстолита. На одном торце располагается коаксиальный высокочастотный входной разъем, а с противоположного торца выводится коаксиальный кабель с штеккером, предназначенным для включения во входной разъем частотомера, а также отдельный проводник по которому подается + питания 5В (минус поступает по оплетке выходного кабеля).

Роль согласующего устройства выполняет входной усилитель-формирователь исходного частотомера.

Большинство частотомеров, собранных на микросхемах дискретной логики или микроконтроллерах, не позволяют измерять частоты выше 40...50 мГц. Для измерения частот выше этого значения необходимо использовать предварительный СВЧ делитель. Существует большое количество микросхем, на которых можно собрать такой предварительный делитель частоты, но, к сожалению, в магазинах их выбор довольно ограничен. Это объясняется тем, что в новых серийных разработках частотомеров и другой измерительной техники используются микросхемы все большей и большей степени интеграции - однокристальные синтезаторы, частотомеры и др. Отдельно микросхемы делителей частоты используются относительно редко, поэтому их стоимость высока и они довольно дефицитны. Но, к счастью для радиолюбителей, выбор пока еще есть.

Предлагаю несколько вариантов схем делителей для СВЧ измерений. Определяющий критерий при выборе элементной базы - простота схемы и доступность комплектующих. Конструктивно СВЧ делители частоты выполняются в виде выносного пробника, в качестве корпуса хорошо подходят металлические корпуса от внешних делителей напряжения, которые широко использовались в старых отечественных осциллографах.

Все схемы делителей частоты можно использовать совместно с частотомерами, описания которых есть на этом сайте. Сигнал с выхода делителя подается по кабелю длиной до 1 м на входной формирователь частотомера. Коэффициент деления учитывается в программе частотомера, поэтому на индикатор будет выводиться истинная частота измеряемого сигнала.

На этой страничке описано, как сделать СВЧ делитель частоты на микросхемах К193ИЕ2, К193ИЕ3, LB3500, SAB6456, TD6359, TD6380, TD6381, TD6382, TD7614 .

Серия 193 была освоена отечественной промышленностью в девяностые годы прошлого века на основе разработок фирмы "Plessey Semiconductors". Для предварительных делителей частоты можно использовать К193ИЕ2 и К193ИЕ3. Но эти отечественные микросхемы не полные аналоги импортных. Отличия в данном случае в расположении выводов и особенностях подачи напряжения питания.

Микросхема К193ИЕ2 является аналогом SP8685A, имеет диапазон рабочих частот от 40 до 500 мГц, коэффициент деления 10. Двойная амплитуда выходного напряжения около 0,8 В, чувствительность 100...200 мВ. Потребляемый ток около 50 мА. Схема делителя показана на рисунке.

К193ЕИ3 функциональный аналог SP8690. Схема ее включения имеет незначительные отличия от К193ИЕ2. Диапазон рабочих частот этого делителя несколько уже - от 30 до 200 мГц, но у него есть выход с TTL уровнями, сигнал с которого можно непосредственно, без входного формирователя, подать на логику частотомера. И потребляемый ток меньше - около 20 мА. Коэффициент деления равен10, чувствительность 100...200 мВ.

Хороший выбор для ВЧ делителя - микросхема LB3500 фирмы "Sanyo". Согласно datasheet, диапазон рабочих частот 30...150 мГц, но имеющийся у меня экземпляр устойчиво работает до 350 мГц. Коэффициент деления 8, чувствительность 100 мВ, двойная амплитуда выходного сигнала 0,9 В. Потребляемый ток около 20 мА. Простое и дешевое решение!

Особо следует отметить SAB6456 фирмы "Philips Semiconductors". Это делитель с диапазоном рабочих частот от 70 до 1000 мГц. Потребляемый ток около 20 мА, а заявленная чувствительность 10мВ! Двойная амплитуда выходного сигнала 1 В. Коэффициент деления равен 64 или 256.

Как уже упоминалось, микросхемы делителей частоты малой степени интеграции постепенно снимаются с производства. Иногда проще и дешевле приобрести микросхему синтезатора частоты, чем микросхему делителя. К счастью для радиолюбителей, в некоторых типах синтезаторов разработчики предусмотрели тестовый режим, при котором на один из выводов микросхемы подается входной сигнал после делителя с фиксированным коэффициентом деления. Тестовый режим включается определенной комбинацией уровней напряжения на управляющих входах синтезатора.

Один из таких синтезаторов TD6359 фирмы "Toshiba". Микросхема выпускается в корпусе DIP20. Схема делителя с ее использованием в тестовом режиме показана рисунке. Диапазон рабочих частот 80...1000 мГц. Коэффициент деления 256, выход с открытым коллектором. Чувствительность около 100...200 мВ, но потребляемый ток довольно значительный - 60...80 мА.

Аналогичную схему включения и параметры имеют синтезаторы TD6380, TD6381 и TD6382, которые также можно использовать в схеме СВЧ делителей. Цоколевка для DIP корпусов TD6380P и TD6380N совпадает с TD6359.

Еще один синтезатор, который может работать в тестовом режиме как СВЧ делитель - это TD7614F "Toshiba". Он выпускается в корпусе SOP20. Частотный диапазон 80...1300 мГц, чувствительность 100...200 мВ, потребляемый ток до 75 мА, двойная амплитуда выходного сигнала около 0,8 В. Коэффициент деления 128.

На практике я использую схемы на К193ИЕ3, LB3500 и TD7614. Планирую приобрести и испытать SAB6456.

Применение микросхемы U664BS высокочастотного цифрового делителя частоты способствовало упрощению конструкции устройства, которое автор использовал для расширения диапазона измерений относительно низкочастотного частотомера. Делитель можно конструктивно оформить как переходник между входным гнездом и кабелем к источнику сигнала либо встроить в имеющийся любительский частотомер с дополнительным высокочастотным входом.

В радиолюбительской литературе уже были опубликованы схемы делителей частоты (например ), предназначенных для использования с низкочастотным частотомером. Делитель, описанный в , при относительной простоте позволяет увеличить верхнюю частотную границу прибора всего лишь в 10 раз. Делитель частоты из имеет коэффициент деления 100, но, на мой взгляд, его устройство неоправданно усложнено как по номенклатуре примененных деталей, так и по технической реализации.
Между тем, используя современную элементную базу, можно значительно упростить схему делителя частоты без необходимости программирования в случае применения микроконтроллера . Описываемый делитель имеет коэффициент деления, равный 100, и диапазон устойчивой работы 25 МГц... 1 ГГц {верхняя граница соответствует паспортному значению частоты входного делители). Чувствительность делителя составляет 20 мВ при входном сопротивлении 50 Ом.

Схема делителя приведена на рис. 1 . Микросхема U664BS (TELEFUNKEN) представляет собой монолитный цифровой делитель частоты в отношении 1:64. Эта микросхема выполнена по технологии ЭСЛ (змиттерно-связанной логики), ее транзисторы имеют граничную частоту frp = 4,5 ГГц. Диоды с барьером Шотки (VD1, VD2) служат для защиты входа микросхемы DD1 от сигналов большой амплитуды.
Как известно, логические уровни ЭСЛ в стандартном включении находятся в области напряжения отрицательной полярности и поэтому они непосредственно не совместимы с логическими уровнями микросхем ТТЛ и КМОП. Для преобразования уровней ЭСЛ в уровни ТТЛ при питании микросхемы ЭСЛ от напряжения плюсовой полярности служит согласующий каскад на транзисторе VT1.

Входной сигнал с частотой, поделенной на 64, поступает на следующие два делителя, выполненных на микросхемах DD2 (К555ИЕ20) и DD3 (К155ТЛЗ). Микросхема К555ИЕ20 содержит два четырехразрядных двоично-десятичных счетчика каждый из них имеет триггер со входом С1, выходом 1 и делитель частоты на 5 со входом С2 и выходами 2, 4, 8. В этом устройстве счетчики DD2 работают в режиме делителя частоты на пять со входом С2 и выходом 8. Кстати, исходя из моей практики, верхняя рабочая частота всего устройства определяется максимальной частотой для счетчика DD2.1 (К555ИЕ20), которая по входам С2 обычно не менее 20 МГц, т. е. фактически не менее 1,28 ГГц. Каждый из делителей на DD2.1, DD3.1, DD3.2 и DD2 2, DD3.3. DD3.4 имеет дробный коэффициент деления Кя= 1,25 (или 5/4).
Суть использованного способа дробного деления частоты состоит в следующем. Пусть имеется последовательность импульсов, следующих с частотой F (рис. 2) Если из каждой пачки, образованной m импульсами, исключить n импульсов, то средняя частота следовании импульсов в новой последовательности
Fo =(m-n) / m* F
Коэффициент деления имеет вид отношения двух чисел КД = m/(m-n) ,: т. е. в общем случае представляет неправильную дробь.
В общем виде структурная схема дробного делителя частоты показана на рис. 3 . Его основу составляет делитель А1 на целое число т. Формирователь А2 создает импульс длительностью, равной n периодов входной последовательности импульсов.: Устройство совпадения A3 выделяет импульсы числом (m-п) из каждой последовательности в гп импульсов.
В нашем случае m = 5 и n = 1. Триггеры Шмитта логических элементов микросхемы D03 позволяют использовать схему совпадения для четкого выделения только четыре> импульсов из каждых пяти входных импульсов, поступающих на счетчики микросхемы DD2. На рис. 4 показаны временные диаграммы поясняющие работу каждого из двух каскадно включенных дробных делителей.
Таким образом, если на вход описываемою делителя частоты поступает сигнал частотой, например, F = 1000 МГц, то после первого делителя DD1 частота F2 = F1 /64 = 15,625 МГц . После второго делителя (с DD2.1) частота станет равной F2 = F1 /1,25 = 12,5 МГц и после третьего — F2 /1,25 = 10 МГц
Все элементы делителя размещены на плате из фольгированного стеклотекстолита. Чертеж печатной платы представлен на рис. 5. Плату следует поместить в металлический экран. Вход и выход делителя соединяют с частотомером ВЧ кабелем
Если частотомер выполнен в виде законченной малогабаритной конструкции, делитель можно конструктивно оформить как переходник между входным гнездом и кабелем к источнику сигнала. Для этого плату нужно поместить в прямоугольный экран, в торцах которого смонтировать разъемы СР-50-75: с одной стороны — штыревую часть разъема, с другой — гнездовую.
Делитель частоты был испытан совместно с частотомером, описанным в , и показал отличные результаты.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бирюков С. А. Предварительный делитель. — Радио, 1980, № 10, с- 61.
2. Жук В. Предварительный делитель частоты на диапазон 50 .1500 МГц. — Радио, 1992, № 10. с. 46, 47
3. Нечаев И. Делитель частоты диапазона 0.1. .3.5 ГГц. — Радио. 2005. № 9, с. 24—26.
4. Бирюков С. Цифровой частотомер — Радио, 1981, № 10, с. 44 47.