AVT5112.pdf

(1577 KB) Pobierz

TDO z cyfrowym miernikiem częstotliwości

PROJEKTY

TDO z cyfrowym

miernikiem częstotliwości

AVT–5112

Konstruowanie układów

elektronicznych wielkiej

częstotliwości (radiowych)

wymaga posiadania choćby

minimalnego zaplecza kontrolno–

pomiarowego. Na pewno jako

nieodzowne przyrządy można

uznać generator w.cz. i miernik

częstotliwości.

Rekomendacje:

przyrząd niezbędny dla każdego

krótkofalowca bez względu na

stopień nabytego doświadczenia.

drugim niezbędnym przyrzą-

dem – po mierniku uni-

wersalnym. Urządzenie to

może być źródłem syg-

nału w.cz., a co naj-

ważniejsze, dzięki

nieekranowanej

cewce pozwala

między inny-

mi określić

częstotli-

w o ś ć

rezo-

PODSTAWOWE PARAMETRY

• Płytka o wymiarach 50x31 mm

• Zasilanie 9...12 V

• Pobór prądu: ok.5 mA

• Zakres częstotliwości: >30 MHz

• Dokładność wskazań: 10 Hz

• Dokładność odczytu częstotliwości:

1 kHz>10 MHz (100 Hz <10 MHz)

• Z przedwzmacniaczem: 250 mVpp

• Wyświetlacz: telefoniczny H1326 A

Choć

w chwi-

li obecnej

elektronicy

mogą korzy-

stać z całej gamy

przyrządów (na-

szpikowanych prze-

różnymi nowinkami

technicznymi) oferowa-

nych przez ﬁrmy świa-

towe, radioamatorzy korzy-

stają często z własnoręcznie

wykonywanych przyrządów. Nie

bez znaczenia jest w tym przy-

padku ich cena, która przeważnie

nie jest przeznaczona na kieszeń

radioamatora.

Dostępność podzespołów elektro-

nicznych sprawia, że również w li-

teraturze są coraz częściej publiko-

wane opisy wykonania wielu nowo-

czesnych układów, w tym mikropro-

cesorowych, takich jak generatory

w.cz. (DDS), częstościomierze cyfro-

we, analizatory widma (antenowe)

czy mierniki mocy w.cz. W pogoni

za nowoczesnością zapominamy czę-

sto o prostych układach, które moż-

na zrealizować w bardzo krótkim

czasie i za niewielkie pieniądze.

Do takich przyrządów należy mier-

nik – generator, tak zwany TDO

(Trans–Dip–Oscillator), następca lam-

powego GDO (Grid–Dip–Oscillator).

TDO warto zbudować, nawet jeśli

posiadamy inne dokładne przyrzą-

dy. Jest to bardzo prosty przyrząd

nazywany także wskaźnikiem rezo-

nansu, ale może być wszechstron-

nie wykorzystywany i powinien być

nan-

sową in-

nego obwodu

LC. Prezentowany

przyrząd został wy-

posażony w układ cyfro-

wego miernika częstotliwości, który

znacznie podnosi walory użytkowe

układu (pozwala na dokładną kon-

trolę częstotliwości).

Układ TDO jest bardzo prostym

generatorem sygnału w.cz. z dołączo-

nym wskaźnikiem generowanego na-

pięcia w.cz. i cyfrowym miernikiem

częstotliwości. Jego schemat przed-

stawiono na

rys. 1.

Na tranzystorze

T1 (BF966) typu MOSFET ze wzglę-

du na chęć uzyskania większej sta-

bilności sygnału, pracuje generator

w układzie ECO o regulowanej czę-

stotliwości pracy. Sercem urządzenia

jest strojony obwód rezonansowy,

w skład którego wchodzi wymienna

nieekranowana cewka L (umieszczo-

na na zewnątrz obudowy za po-

mocą wtyku DIN) oraz kondensator

Opis budowy

Elektronika Praktyczna 9/2007

TDO z cyfrowym miernikiem częstotliwości

Rys. 1. Schemat ideowy układu TDO

zmienny C1 (15...250 pF). Zamiast

kondensatora zmiennego można włą-

czyć diodę pojemnościową AM (np.

BB112, BB113, BB130) sterowaną

napięciowo z potencjometru.

Potencjał bramki drugiej tranzy-

stora T1 zapewnia dzielnik rezysto-

rowy składający się z rezystorów R1–

R2. Po podaniu na tę bramkę syg-

nału małej częstotliwości, np.1 kHz,

uzyskuje się modulację amplitudy

(poziom sygnału m.cz. należy usta-

lić w zależności od wymaganej głę-

bokości modulacji AM). Dzielnikiem

tym można także regulować pośred-

nio amplitudę sygnału wyjściowego

w.cz. (np. zastępując rezystor R2

dodatkowym potencjometrem 22 kV

lub dołączając rezystor na zewnątrz

razem z cewką za pomocą wolnych

szpilek we wtyku DIN). Napięcie

w.cz. z generatora jest wyprowadzo-

ne z odczepu cewki i doprowadzone

do drugiego gniazda DIN oraz do

miernika częstotliwości zmontowane-

go na oddzielnej płytce montażowej.

Działanie układu TDO jest bar-

dzo proste. Podczas pracy generatora

nieekranowana cewka L promieniu-

je energię w.cz. o ustalonej często-

tliwości. Jeżeli obwód rezonansowy

z cewką L zostanie sprzęgnięty z in-

nym obwodem o identycznej

częstotliwości rezonansowej,

mikroamperomierz wskaże za-

wahania wartości prądu (jest

to tak zwany „dip”). Dzieje się

tak dlatego, że przy zgodności

obydwu częstotliwości badany

obwód pobiera część ener-

gii z obwodu generatora i jego

amplituda zmniejsza się, co

odbija się na wartości sygna-

łu wyjściowego z drenu. Układ

jest zmontowany „na pająku”

zgodnie z

rys. 2.

Inny alternatywny układ

generatora TDO z użyciem po-

Rys. 2.

pularnego tranzystora BC557 pokaza-

no na

rys. 3.

W tym przypadku syg-

nał wyjściowy w.cz. jest prostowany

w układzie podwajacza napięcia, któ-

ry zasila mikroamperomierz. Zamiast

kondensatora zmiennego włączono

dwie diody pojemnościowe BB130

sterowane napięciowo z potencjo-

metru (zamontowanego w miejsce

kondensatora obrotowego). Również

i tu, podobnie jak w przypadku kon-

densatora, oś potencjometru można

zaopatrzyć w orientacyjną podziałkę

(przydatną szczególnie wtedy, kiedy

nie korzystamy z dokładniejszej ska-

li częstotliwości lub zewnętrznego

miernika częstotliwości).

Układ ma wprowadzony dodatko-

wy wyłącznika zasilania tranzystora

i może być wykorzystany jako falo-

mierz (pozycja F). W tym przypad-

ku wskaźnik będzie wychylał się

po zestrojeniu obwodu wejściowego

na częstotliwość sygnału wejściowe-

go. Przy zgodności obu częstotliwo-

ści obwodu LC generującego sygnał

w z obwodem Lx, TDO zachowuje

się po prostu jako odbiornik detek-

torowy AM.

Zasilanie układu może pocho-

dzić z zewnętrznego zasilacza stabi-

lizowanego (przy korzystaniu z ukła-

du w domowym laboratorium) lub

z akumulatora 12 V (ew. baterii 9 V)

w przypadku użycia układu w tere-

nie, np. na dachu podczas badania

czy strojenia anteny.

Modelowy układ elektryczny ge-

neratora TDO został zmontowany

z wykorzystaniem gniazd DIN5. Dzię-

ki temu, cewki zostały nawinięte na

tulejki plastikowe o średnicy 16 mm,

a wyprowadzenia dolutowane do

trzech szpilek wtyku DIN. Jedyna

cewka zawiera 30 zwojów DNE 0,5

(odczep po 10 zwoju od masy) na-

winiętych właśnie na tulejce plasti-

kowej o średnicy wewnętrznej około

16 mm, nasuniętej na istniejącą osło-

nę plastikową wtyku.

Zakres zmian częstotliwości wy-

nosi od poniżej 3 MHz do ponad

10 MHz (obejmuje dwa popular-

ne pasma amatorskie 80 m i 40 m).

Liczbę zwojów cewek najlepiej usta-

lić doświadczalnie, bowiem jest ona

uzależniona od zakresu zmian kon-

densatora zmiennego (wypadkowej

wartości pojemności diod pojemnoś-

ciowych), średnicy tulejki oraz dru-

tu (sposobu nawinięcia uzwojenia).

Odczep na około 1/3 liczby zwojów

od masy także może być dobrany

pod kątem maksymalnej amplitudy

niezniekształconego sygnału obser-

wowanego na ekranie oscyloskopu.

Ustalanie liczby zwojów można roz-

począć zarówno od dolnej granicy

częstotliwości (duża liczba zwojów),

jak i maksymalnej częstotliwości pra-

cy (graniczna częstotliwość pracy

układu, pojedyncze zwoje cewki).

Cewki na najwyższy zakres (któ-

ry może sięgać nawet 100 MHz)

należy nawinąć drutem o średnicy

1 mm, najlepiej Cug, zaś na naj-

niższy (np.100 kHz) drutem DNE

0,1 mm. Cewki po nawinięciu i ze-

strojeniu poprzez ściskanie i rozcią-

ganie uzwojenia (ew. odwijanie i do-

Schemat montażowy układu TDO

Elektronika Praktyczna 9/2007

TDO z cyfrowym miernikiem częstotliwości

należy zamontować dwa

gniazda DIN5, kondensa-

tor zmienny (ewentualnie

potencjometr 10 kV do

strojenia diod pojemnoś-

ciowych), mikroampero-

mierz oraz moduł mier-

nika częstotliwości. Dru-

ga część obudowy (także

wygięta w kształt „U”)

musi być dopasowana do

części głównej.

Przykładowe możliwo-

ści wykorzystania TDO

Pomiar częstotliwości

rezonansowej obwodu

LC.

Do cewki TDO zbli-

ża się cewkę badanego

obwodu LC i obraca po-

krętłem z podziałką, aż

Rys. 3. Alternatywny schemat układu TDO

do uzyskania wyraźnego

wijanie zwojów) należy zabezpieczyć

„dipu” miernika. Mierzoną częstotli-

przez polakierowanie lub nasunięcie wość odczytuje się z podziałki (skali

kolorowej koszuli termokurczliwej miernika częstotliwości).

podgrzanej nad palnikiem.

Strojenie obwodów rezonanso-

W końcowej fazie montażu na

wych LC.

Na skali TDO ustawia się

żądaną wartość częstotliwości. Cew-

górną część obudowy należy nakleić

biały kartonik z naniesioną podział- kę przyrządu sprzęga się ze strojo-

ką i napisami. Sposób wykonania nym obwodem i dostraja się obwód

przykładowej obudowy z blachy me- (rdzeniem w cewce lub dobierając

talowej pokazano na

rys. 4.

Jest to pojemność) do momentu uzyskania

główna część montażowa, do której „dipu”.

Rys. 4. Przykład wykonania obudowy układu TDO

Wyznaczanie częstotliwości obwo-

du LC pracującego w układzie.

Cew-

kę przyrządu sprzęga się (w pozycji

F) z badanym obwodem, na przykład

generatorem nadajnika i obraca po-

krętłem TDO, aż do uzyskania mak-

symalnego wychylenia wskaźnika.

Częstotliwość rezonansową odczytuje

się ze skali przyrządu.

Strojenie nadajnika.

Pomiaru do-

konuje się również w pozycji F. Cew-

kę przyrządu sprzęga się z wyjściem

antenowym sprawdzanego nadajnika.

Strojenie obwodów nadajnika od-

bywa się na maksimum wskazań

wskaźnika, oczywiście przy ustalonej

częstotliwości. Tylko w jednym przy-

padku stroimy na minimum – pod-

czas równoważenia modulatora SSB.

Generacja sygnałów w.cz.

TDO

może służyć do orientacyjnego stro-

jenia odbiorników. W tym celu do

drugiego gniazda dołączamy sygnał

z generatora m.cz., a cewkę przyrzą-

du zbliżamy do wejścia antenowego

sprawdzanego odbiornika. Na po-

działce TDO należy ustawić wyma-

ganą częstotliwość. Obwody odbior-

nika stroimy na maksimum mocy

odbieranego sygnału. Do strojenia

odbiornika CW czy SSB nie jest

wymagany dodatkowy sygnał z gene-

ratora m.cz.

Pomiar natężenia pola (wskaź-

nik).

TDO w pozycji F umieszcza-

my w polu promieniowania anteny.

W celu zwiększenia jego czułości do

cewki TDO można przyłączyć kawa-

łek przewodu pełniącego funkcję an-

teny. W ten sposób można określić

charakterystykę promieniowania an-

teny. Oczywiście czułość musi być

stała przez cały czas pomiaru.

Pomiar częstotliwości rezonanso-

wych anten.

W przypadku anten nie-

symetrycznych na cewkę TDO nakła-

da się „link” (pętelka składająca się

z dwóch zwojów drutu), który łączy

się z przewodem zasilającym antenę.

Pokrętłem z podziałką obraca się aż

do wystąpienia „dipu”. W przypadku

anten symetrycznych „link” musi

mieć trzy zwoje, z których środkowy

łączy się z masą TDO.

Pomiar indukcyjności cewek.

Ba-

daną cewkę łączymy z kondensato-

rem o znanej pojemności, a następnie

określamy częstotliwość rezonansową

tak powstałego obwodu LC. Induk-

cyjność wyliczamy ze wzoru:

L=25330/Cf

[mH, pF, MHz]

Pomiar pojemności kondensato-

rów.

Postępujemy jak wyżej, z tym

że cewka musi mieć znaną induk-

Elektronika Praktyczna 9/2007

TDO z cyfrowym miernikiem częstotliwości

Rys. 5. Schemat ideowy miernika częstotliwości

cyjność. Pojemność wyliczamy ze

wzoru:

C=25330/Lf

Określanie liczby AL nieznane-

go rdzenia ferrytowego w.cz.

AL to

liczba zwojów przypadająca na 1

nH. Znając liczbę zwojów oraz in-

dukcyjność obwodu można wyzna-

czyć liczbę AL ze wzoru:

AL=L/n

[nH]

gdzie n – liczba zwojów cewki

nawiniętych na rdzeniu z dołączo-

nym kondensatorem C.

Dla rdzeni pierścieniowych (toro-

idalnych) można wykorzystać „link”.

Oczywiście podane wyżej pro-

pozycje zastosowań nie wyczerpują

możliwości TDO. Należy pamię-

tać, że dokładność pomiarów wy-

nosi mniej niż 10% i maleje przy

zwiększaniu sprzężenia z badanym

obwodem. Trudno chyba znaleźć

urządzenie spełniające więcej funk-

cji. Nic dziwnego, że starsi krótko-

falowcy wykorzystywali GDO prak-

tycznie do wszystkich pomiarów

(z konieczności).

pełnieniem publikowanych konstruk-

cji odbiorników czy transceiverów

KF (pasuje do wielu kitów AVT,

jak Antek, Zuch, Junior...), eliminu-

jąc problem pomiaru częstotliwości

zarówno odbieranego, jak i emitowa-

nego sygnału. Inną zaletą miernika,

poza prostotą rozwiązania, są jego

małe wymiary, mały pobór prądu,

możliwość zaprogramowania dowol-

nej częstotliwości pośredniej (możli-

wość dodania lub odjęcia wartości

częstotliwości pośredniej) i – co nie

jest bez znaczenia – niski koszt bu-

dowy.

Schemat ideowy układu przedsta-

wiono na

rys. 5.

Układ zbudowano

na bazie mikrokontrolera PIC 16F84,

a pomiar jest prezentowany na wy-

świetlaczu LCD. Autor wykorzystał

dostępny telefoniczny wyświetlacz

typu H1326 A – LHD.

Na wejściu układu znajduje się

ogranicznik diodowy D1–D2 zapobie-

gający uszkodzeniu urządzenia przed

podaniem wysokiego napięcia

w.cz. (np. od silnego sygnału

stopnia końcowego nadajni-

ka). Tranzystor T1 pełni rolę

wzmacniacza i układu kształ-

towania sygnału pomiaro-

wego. Zastosowany procesor

PIC 16F84 jest wykonany

w technologii CMOS i charak-

teryzuje się niewielkim pobo-

rem prądu (<2 mA dla 5 V

przy częstotliwości oscylatora

4 MHz).

Wyświetlacz telefoniczny

LCD typu H1326 A – LHD

ma w środku zaprogramowa-

ny kontroler (na zewnątrz

od strony druku znajduje się

kwarc zegara taktującego oraz dwa

kondensatory blokujące po 100 nF)

i wymaga niskiego napięcia zasila-

nia (około 1,5 V). W

tab. 1

podano

funkcje wyprowadzeń wyświetlacza

(od lewej do prawej).

WYKAZ ELEMENTÓW

układ TDO

Rezystory

R1: 33 kV

R2: 15 kV

R3: 56

Kondensatory

C1: 150 pF (zmienny)

C2, C3, C4: 10 nF

Półprzewodniki

T1: BF966

D1: 1N4148

Inne

W: mikroamperomierz

G1, G2: Gniazdo DIN5

skala

Rezystory

R1: 220

R2, R9, R10: 68 kV

R3, R4: 470

R5: 4,7 kV

R6, R7, R8: 10 kV

Kondensatory

C1: 10 nF

C2, C3, C4: 100 nF

C5: 20 pF

C6: 4...20 pF (trymer)

C7: 22 nF SMD

Półprzewodniki

US1: PIC16F84

US2: 78L05

T1: BC547

Inne

X: rezonator kwarcowy 4 MHz

Dł: 10

Wyświetlacz: H1326 A

Miernik częstotliwości

Miernik częstotliwości użyty

w tym urządzeniu jako moduł ska-

li częstotliwości także może okazać

się wręcz niezbędnym przyrządem

pomiarowym w pracowni elektroni-

ka, jak również krótkofalowca. Może

być wykorzystywany do pomiarów

częstotliwości sygnałów z innego

generatora (źródła) wysokiej często-

tliwości. Jest niezastąpionym przy-

rządem do ustalania częstotliwości

pracy odbiornika czy nadajnika (tak

zwana elektroniczna skala często-

tliwości). Przydaje się do kontro-

li i strojenia praktycznie każdego

sprzętu nadawczo–odbiorczego KF.

Dzięki temu moduł może być uzu-

Rys.6. Widok płytki drukowanej mier-

nika częstotliwości

Elektronika Praktyczna 9/2007

TDO z cyfrowym miernikiem częstotliwości

Tab.1. Funkcje wyprowadzeń wyświe-

tlacza H1326 A

VSS

VDD

załączenia wyświetlacza (hook – czyli

widełki telefonu)

wejście danych do wyświetlenia

masa

wejście taktujące przesuw informacji na

wyświetlaczu

wejście kasujące i zatrzymujące licznik

czasu połączenia

zasilanie +1,5 V

Użyty wyświetlacz H1326 A pocho-

dzi m.in. z telefonu STC121 GLOB-

COM. Dzielnik R5–R6 ustala napięcie

zasilania wyświetlacza na napięcie

1,5 V. Układ scalony US2 dostarcza

napięcia stabilizowanego 5 V, dzięki

czemu miernik może być zasilany

napięciem 9...12 V.

Cały układ (oprócz modułu wy-

świetlacza) można zmontować na

małej płytce drukowanej 50x31 mm

(rys.

6).

Mikroprocesor należy osa-

dzić w podstawce 18–nóżkowej.

Jak wiadomo, dokładność wskazań

zależy od częstotliwości zegara w PIC

i dlatego warto wcześniej skontrolo-

wać częstotliwość kwarcu, bo często

zbyt duża odchyłka od 4000,00 kHz

nie daje się skorygować zmianą war-

tości C5 i C6.

Połączenie płytek miernika i wy-

świetlacza jest uzależnione od me-

chanicznego rozwiązania, w jakim ma

pracować urządzenie. Wyświetlacz

został przewidziany do zamocowania

właśnie od strony druku i wtedy roz-

staw otworów jak i kolejność podłą-

czenia jest na „wprost”. Przy oddale-

niu wyświetlacza od płytki bazowej

można do połączenia wykorzystać

np. taśmę lub pojedyncze przewody,

należy jednak zwrócić uwagę, aby

były to możliwie krótkie odcinki. Po

montażu wszystkich elementów war-

to skontrolować pod lupą czy pod-

czas lutowania nie powstały zwarcia.

Do zaprogramowania PIC–a można

użyć programatora JDM i programu

RA3RBE (www.ra3rbe.qrz.ru).

Jeżeli sygnał pomiarowy będzie

odpowiadał poziomowi TTL, to oczy-

wiście można zrezygnować ze zmon-

towania wzmacniacza na tranzysto-

rze. We wzmacniaczu można użyć

tranzystora BF199, choć zastosowa-

ny BC547 przy częstotliwościach do

30 MHz pracuje prawidłowo. Ważne

jest, aby dobrać rezystor polaryzacji

bazy R2 (ustawić napięcie na kolek-

torze na połowę napięcia zasilania,

czyli na około 2,5 V). Dobór punktu

pracy stopnia tranzystorowego może

praktycznie odbywać się poprzez

wstępne przylutowanie potencjometru

100 kV, który potem należy zastąpić

rezystorem stałym.

Przed włożeniem PIC–

a w podstawkę należy podłączyć za-

silanie 9...12 V i sprawdzić pracę sta-

bilizatora +5 V. Jeżeli upewniliśmy

się, że napięcie zasilające pomiędzy

nóżkami 5 i 14 jest równe 5 V, to

możemy włożyć ostrożnie w podstaw-

kę mikrokontroler. Po dołączeniu na

wejście wzmacniacza sygnału z gene-

ratora, np. z VFO, na wyświetlaczu

powinna pojawić się mierzona war-

tość częstotliwości (przy braku syg-

nału jest wyświetlona ostatnia cyfra

„0”).

Użycie innych wyświetlaczy może

wymagać korekcji wartości rezystorów

R5–R10. Kalibrację miernika można

przeprowadzić trymerem C6, podając

na wejście sygnał z oscylatora kwar-

cowego, np. 10000,00 Hz.

Aby wykorzystać miernik jako

skalę w torach pośredniej częstotli-

wości, należy zewrzeć jedną z nóżek

6 lub 7 do masy (do tego właśnie

przewidziane są na płytce miejsca

na zwory Z1 i Z2). Podanie zera

logicznego na nóżkę 6 (Z2) powo-

duje odjęcie stałej zaprogramowanej

wartości, zaś nóżki 7 (Z21) dodanie

tej wartości. Przy braku sygnału bę-

dzie pokazywana właśnie ta wartość

(offset).

Działanie skali jest bardzo proste.

W przypadku zaprogramowania offsetu

np. 5 MHz (zwora Z2), przy pomia-

rze częstotliwości z VFO minitrans-

ceivera Antek o wartości w zakresie

od 8500 do 8800 kHz, na skali wy-

świetlane są wartości częstotliwości

od 3500 do 3800 kHz.

RA3RBE na stronie

www.ra3rbe.

qrz.ru

(gdzie znajduje się link do

pliku

hex)

podaje także inną możli-

wość programowania offsetu. W tym

celu na wejście układu proponuje

podać sygnał o częstotliwości równiej

częstotliwości pośredniej (np. z gene-

ratora serwisowego lub – lepiej – od

razu z generatora BFO przy zwarciu

nóżki 6 do masy. Po 1 sekundzie

układ zapamiętuje tę wartość).

Autor dziękuje RA3RBE za udo-

stępnienie programu i zmianę offsetu

w programie na 5 MHz (zastosowanie

do minitransceivera Antek i innych

p.cz. równych właśnie 5 MHz) oraz

SP5 ABB (sp5abb@poczta.onet.pl) za

podarowane wyświetlacze.

Andrzej Janeczek SP5 AHT

sp5aht@swiatradio.com.pl

Elektronika Praktyczna 9/2007

Plik z chomika:

sp8obq

AVT5112.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: