Схема самодельного частотомера 0-100 кГц (4060, 4017, 4026)
Этот частотомер может работать и как самостоятельное устройство, так и всоставе генератора ЗЧ в качестве его цифровой шкалы. Частотомер предназначен для измерения частоты в пределах до 100 кГц. (0-99999 Гц).
Принципиальная схема
Схема состоит из входного усилителя на транзисторе VТ1, измерительного счетчика - дешифратора на микросхемах D3-D7, индикаторного дисплея на семисегментных светодиодных индикаторах Н1-Н5 и устройства управления на микросхемах D1 и D2.
Измерительный счетчик - дешифратор выполнен на микросхемах CD4026. По своему назначению микросхема похожа на К174ИЕ4, но её аналогом не является. ИМС CD4026 с К174ИЕ4 роднит только функциональный состав, и то не во всем. CD4026 содержит десятичный счетчик и дешифратор для работы на светодиодный семисегментный индикатор с общим катодом.
Входные импульсы нужно подавать на вход С (выв. 1). Важная особенность этого входа в свойствах триггера Шмитта, что, в случае с частотомером, позволяет значительно упростить схему входного усилителя-формирователя, исключив из него схему триггера Шмитта. В простейшем случае достаточно обычного транзисторного ключа.
Но и это не все. Вход С счетчика CD4026 можно закрыть подав логическую единицу на вывод 2. Таким образом, внешнее ключевое устройство, пропускающее импульсы на вход счетчика в период измерения, тоже не нужно.
Рис. 1. Принципиальная схема частотомера с диапазоном измерения 0-100 кГц.
Разрешить индикацию можно подав логическую единицу на вывод 3. Схема управления выполнена на двух микросхемах CD4060 и CD4017. Микросхема D1 (CD4060) в данном случае является генератором импульсов стабильной частоты 2 Гц. Встроенный генератор микросхемы стабилизирован «часовым» кварцевым резонатором на 32768 Гц.
Самый старший разряд счетчика D1 (Q14) дает деление на 16384. Вот в результате на нем и получаются импульсы частотой 2 Гц. Эти импульсы поступают на счетчик D2.
Это двоично-десятичный счетчик, аналог отечественной микросхемы К561ИЕ8. Чтобы показания измерения частоты были верными, нужно чтобы счет входных импульсов длился ровно одну секунду.
Но частота импульсов на выходе D1 равна 2 Гц, то есть, выходы счетчика D2 будут переключаться не каждую секунду, а каждые полсекунды. Чтобы получить одну секунду выходы «О» (выв. 3) и «1» (выв. 2) счетчика D2 объединены диодами VD5 и VD6.
Через эти диоды напряжение поступает на инвертор на транзисторе VТ2. Таким образом, транзистор VТ2 за один цикл работы частотомера держится открытым в течение ровно одной секунды.
В это время с его коллектора логический ноль поступает на вывод 2 D3, чем открывает вход счетчика D3 для приема сигнала, частоту которого нужно измерить, поступающего на его вывод 1. В то же время, логический ноль через резистор R45 поступает и на выводы 3 всех счетчиков D3-D7, закрывая их выходы, таким образом, выключая индикацию.
Начинается измерительный период, в течение которого счетчики D3-D7 подсчитывают входные импульсы. Входной усилитель выполнен на транзисторе VТ1 по схеме ключа. Он преобразует входной сигнал в импульсы произвольной формы. Прямоугольность импульсам придает триггер Шмитта, имеющийся на входе С внутри микросхемы D3.
Диоды VD1-VD4 ограничивают величину амплитуды входного сигнала, частоту которого нужно измерить. Нагружен ключ VТ1 на резистор R3, с которого усиленный и ограниченный сигнал поступает на вход измерительного счетчика D3-D7.
Затем, с приходом третьего импульса с выхода D1, счетчик D2 переходит в состояние «2». При этом транзистор VТ2 закрывается, потому что на его базу поступает теперь нулевое напряжение. На вывод 2 D3 с его коллектора поступает напряжение логической единицы.
Вход счетчика D3 закрывается и подсчет входных импульсов прекращается. Но открывается диод VD7 и через него на соединенные вместе выводы 3 всех счетчиков D3-D7 поступает логическая единица. Включается индикация, и мы на светодиодном дисплее из пяти индикаторов Н1-Н5 видим результат измерения.
Начинается период индикации, который, благодаря диодам VD7-VD10 будет длиться в течение четырех импульсов, поступающих с выхода счетчика D1, то есть, в течение двух секунд.
С приходом шестого импульса с выхода счетчика D1, единица устанавливается на выводе 5 D2. Этот вывод соединен с соединенными вместе входами «R» всех счетчиков D3-D7, поэтому они обнуляются. Индикация гаснет, так как на выводы 3 D3-D7 поступает ноль через резистор R45.
С приходом седьмого импульса с выхода счетчика D1, единица устанавливается на выводе 6 D2. Этот вывод соединен с входом «R» счетчика D2, поэтому его сразу же обнуляет. И далее, весь выше изложенный цикл работы частотомера повторяется.
Таким образом, получается, что индикаторы светятся две секунды, показывая результат измерения, потом на одну секунду гаснут, и снова светятся две секунды.
Детали
Теперь о деталях. Кварцевый резонатор часового типа, на частоту 32768 Гц. Вместо него можно использовать импортный часовой резонатор на 16384 Гц. В этом случае диоды VD5 и VD6 исключаются, а точка соединения R43 и R44 подключается непосредственно к выводу 3 D2.
Вместо диодов VD7-VD10 берется только два диода, и они анодами подключаются к выводам 2 и 4 D2, а катодами к соединенным вместе выводам 3 всех счетчиков D3-D7. Соединенные вместе выводы 15 всех счетчиков D3-D7 соединить не с 5-м, а с 7-м выводом D2, а вывод 15 D2 соединить не с 6-м, а с 10-м выводом D2. Вот такие изменения, если кварц на 16384 Гц.
Микросхему CD4060 можно заменить другими аналогами типа «...4060». Отечественных аналогов CD4060 нет. Микросхему CD4017 можно заменить другими аналогами типа «...4017» или отечественной микросхемой К561ИЕ8. У микросхемы CD4026 есть много аналогов («...4026»), в данной схеме можно использовать любой их них.
Семисегментные светодиодные индикаторы можно использовать любые, важно только чтобы они были с общим катодом. Если же вы располагаете индикаторами исключительно с общим анодом, - нужно будет сделать промежуточные транзисторные ключи - инверторы.
Резисторы R8-R42 можно и не устанавливать, но яркость свечения сегментов индикатора получается неравномерной. С токоограничительными резисторами и индикация лучше и меньше нагрев корпусов ИМС CD4026.
Монтаж
Монтаж частотомера выполнен на двух макетных печатных платах. На одной из них размещены индикаторы и микросхемы D3-D7, а на другой вся остальная схема прибора. Платы проволочными перемычками соединены между собой, и расположены относительно друг друга под прямым углом.
Схема входного узла частотомера - примитивная, и лучше её заменить каким-то более совершенным узлом, обеспечивающим большую чувствительность. В литературе есть множество описаний различных частотомеров, и подходящий узел найти можно.
При этом совсем не обязательно чтобы в схеме узла был триггер Шмитта, - он есть в микросхеме CD4026, и здесь достаточно ограничиться только усилителем-ограничителем, фоми-рующим импульсы произвольной формы.
С другой стороны, если этот частотомер планируется использовать в качестве шкалы лабораторного генератора НЧ, ему будет вполне достаточно и такого простого входного каскада.
Питаться частотомер может от лабораторного источника напряжением 12V, или от любого другого источника постоянного тока напряжением 12V.
Иванов А. РК-11-16.