Предварительный усилитель-формирователь для частотомера FC250. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Частотомер, изготовленный из набора FC250 [1], неплохо показал себя в работе. Но желание автора предлагаемой статьи получить обещанную в описании прибора максимальную измеряемую частоту 250 МГц заставило его искать схему нужного для этого предварительного усилителя-формирователя (ПУФ). Но схемы ПуФ, найденные в Интернете, или не годились для FC250, или были слишком сложными. В статье приведены описания двух разработанных автором вариантов ПУФ, а также выносного щупа для частотомера FC250.

В описываемых ПУФ применены КМОП-компараторы МАХ999ЕиКили ADCMP600BRJZ-R2 в корпусе SOT-23-5 с одним выходом сигнала уровня ТТЛ и ADCMP604BKSZ-R2 в корпусе SOT-323-6 с двумя противофазными выходами стандарта LVDS [2]. С такими ПУФ частотомер на базе набора FC250 способен измерять частоту сигналов от 50 Гц до 110...250 МГц при их минимальной амплитуде 0,25...0,65 В. От дополнительных усилителей на входе компараторов пришлось отказаться. Они приводили к самовозбуждению, меры борьбы с которым еще больше снижали чувствительность.

При работе с частотомером FC250 было замечено, что он создает сильные импульсные помехи, распространяющиеся по общему проводу и цепи питания. Для устранения влияния этих помех на объект измерения входы ПУФ и выносного щупа выполнены по дифференциальной схеме.

На рис. 1 приведена схема наиболее простого варианта ПУФ, позволяющего измерять частоту от 50 Гц до 140 МГц при использовании компаратора ADCMP600BRJZ-R2 [3] или до 170 МГц с компаратором MAX999EUK [4]. Амплитуда измеряемого сигнала на частоте ниже 70 МГц должна быть не менее 0,3 В и не менее 0,65 В на предельной частоте.

Рис. 1. Схема наиболее простого варианта предварительного усилителя-формирователя

Со входных щупов измеряемый сигнал по цепям R2C1 и R3C2 поступает на входы компаратора DA1. Диоды VD1 и VD2 не столько защищают эти входы от перегрузки по напряжению (в компараторах обоих упомянутых выше типов имеются внутренние защитные диоды), сколько уменьшают вероятность самовозбуждения компаратора, имеющего большой коэффициент усиления.

Напряжение питания +5 В на компаратор поступает от частотомера. Инвертирующий вход компаратора (вывод 4) через резистор R4 соединен с источником напряжения +5 В, при этом в отсутствие измеряемого сигнала на выходе компаратора (выводе 1), который должен быть соединен с выводом 2 микросхемы DD2 частотомера, напряжение имеет низкий логический уровень.

При таком включении рабочая точка компараторов MAX999 и ADCMP600 устанавливается автоматически, а характеристика переключения имеет петлю гистерезиса. Диоды VD1, VD2 и резистор R1 позволяют уменьшить ширину этой петли до значения, при котором не возникает самовозбуждения, а чувствительность достаточно велика. Этот вариант ПУФ хорошо работает и на низкой частоте, вплоть до 50 Гц.

Для рассмотренного ПУФ разработаны два варианта печатной платы. Обе они изготовлены из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 1...1,5 мм методом прорезания фольги и механического удаления ее лишних участков. Одна из плат (рис. 2,а) рассчитана на установку выводных диодов и резисторов мощностью 0,0б2 Вт. Конденсаторы могут быть для поверхностного монтажа или дисковыми выводными. Расположение элементов на этой плате показано на рис. 3. Плата меньших размеров, изображенная на рис. 2,б, рассчитана на элементы для поверхностного монтажа, в том числе на диоды 1N4148W. Расположение элементов - на рис. 4.

Рис. 2. Варианта печатной платы для ПУФ

Рис. 3. Расположение элементов на плате

Рис. 4. Расположение элементов на плате

Переходные отверстия, соединяющие печатные проводники на противоположных сторонах плат, в обоих случаях показаны залитыми. Резисторы R1 и R2 - выводные мощностью 0,125 Вт. Их вставляют одним выводом в соответствующие отверстия плат и припаивают к фольге. К свободным выводам резисторов припаивают отрезки гибких изолированных проводов длиной 15 см со щупами.

Впаянные в отверстия плат отрезки жесткого провода, предназначенные для соединения ПУФ с частотомером, служат одновременно стойками для крепления платы ПУФ на плате частотомера.

На рис. 5 приведена схема ПУФ с выносным пробником, собранного на трех компараторах, соединенных последовательно. В пробнике и на входе собственно ПУФ применены компараторы ADCMP604BKSZ-R2 [5]. При выходах компаратора DA2, соединенных непосредственно с входами компаратора DA3, последний в статическом режиме находится в состоянии ограничения, что предотвращает его самовозбуждение. Увеличение напряжения "раскачки" входов компаратора DA3 повысило скорость его переключения, которая определяет максимальную частоту работы ПУФ. Напряжение смещения на инвертирующем входе компаратора DA2 и ширина петли гистерезиса в его характеристике переключения устанавливаются так же, как в предыдущем ПУФ.

Рис. 5. Схема ПУФ с выносным пробником, собранного на трех компараторах, соединенных последовательно (нажмите для увеличения)

После подключения ко второму варианту ПУФ выносного пробника (с помощью неэкранированного жгута гибких изолированных проводов длиной 50 см) предельная частота, измеряемая FC250, превысила 250 МГц. Это иллюстрирует фотоснимок на рис. 6. Микросхема ADCMP604BKSZ-R2 не склонна к самовозбуждению, поэтому для уменьшения входной емкости встречно-параллельные диоды на входе пробника отсутствуют. Высокое входное сопротивление и малая входная емкость пробника позволили измерять частоту гетеродина таких микросхем, какTDA7021T и ее аналоги.

Рис. 6. Подключения ко второму варианту ПУФ выносного пробника

Этот ПУФ и его пробник собраны на печатных платах, изготовленных из того же материала и тем же методом, что и предыдущий. Чертеж печатных проводников основной платы ПУФ изображен на рис. 7, а расположение элементов на ней - на рис. 8. Печатная плата выносного пробника показана на рис. 9. Детали на ней расположены в соответствии с рис. 10. Конденсаторы C1 и C2 - керамические дисковые. Их располагают на разных сторонах платы.

Рис. 7. Чертеж печатных проводников основной платы ПУФ

Рис. 8. Расположение элементов на плате

Рис. 9. Печатная плата выносного пробника

Рис. 10. Расположение элементов на плате

Особенность платы пробника - два ряда переходных отверстий вдоль ее длинных граней. Они "прошиты" тонким луженым проводом, который затем припаян к фольге по всей длине платы с двух ее сторон. Это позволяет брать пробник рукой, не оказывая влияния на его работоспособность. Длина измерительных щупов пробника - З...4 см. Провода 1-4 соединительного жгута припаивают к соответствующим контактным площадкам с разных сторон платы.

При проверке частотомера с описанными ПУФ в качестве источника сигнала использовался генератор, собранный по схеме, изображенной на рис. 11. Катушка L1 в нем сменная. Она бескаркасная с числом витков, подбираемым в зависимости от необходимого диапазона перестройки генератора.

Рис. 11. Схема генератора

Несмотря на полученные результаты, нормальная работа частотомера, собранного из набора FC250, на частотах более 180...190 МГц все-таки невозможна. Максимальная рабочая частота примененных в нем микросхем серии К1554 (аналог 74AC) не превышает 130 МГц. На более высокой частоте они быстро перегреваются, и показания частотомера уже через пару минут уменьшаются на 2...5 МГц. Неточность и нестабильность показаний частотомера на этих частотах объясняется тем, что не все импульсы, следующие с частотой выше предельной, пришедшие на входы микросхемы К1554ЛА3 (74АС00) и D-триггера К1554ТМ2 (74АС74), вынужденных переключаться с недопустимой частотой, корректно доходят до их выходов. По этой причине не рекомендую применять частотомер на базе набора FC250 для измерения частоты, превышающей 110 МГц (с ПУФ по схеме рис. 1 на компараторе ADCMP600), 120 МГц (с таким же ПУФ на компараторе МАХ999) и 180 МГц (с ПУФ по схеме рис. 5 с выносным пробником).

Для работы с описанными ПУФ этот частотомер необходимо доработать. На его плате не устанавливают (или удаляют уже установленные) транзистор VT1 со всеми относящимися к нему деталями, конденсаторы С3 и С5. В оба отверстия для выводов конденсатора C5 и в отверстие для вывода конденсатора С3, соединявшегося с резистором R4, или R2 (см. рис. 5) монтируют переменный резистор номиналом 100.150 кОм. При включенном частотомере, не прикасаясь руками к входам ПУФ, сопротивление этого переменного резистора постепенно уменьшают, пока ПУФ не прекратит самовозбуждаться. Затем выпаивают переменный резистор, измеряют его сопротивление и припаивают вместо него постоянный резистор ближайшего большего номинала. Аналогично подбирают резистор R5 в выносном пробнике, уже подключенном к налаженной основной плате ПУФ.

Литература

1. Набор деталей FC250. Частотомер-конструктор до 250 МГц. - URL:  5v.ru/pdf/fc250.pdf.
2. Введение в LVDS. - URL:  aw. u/html.cgi/txt/publ/_rtcs/lvds.htm.
3. Rail-to-Rail, Very Fast, 2.5 V to 5.5 V, Single-Supply TTL/CMOS Comparators ADCMP600/ADCMP601 /ADCMP602. - URL: analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADCMP600_601 _602.pdf.
4. MAX961-MAX964/MAX997/MAX999 Single/Dual/Quad, Ultra-High-Speed, +3V/+5V, Beyond-the-Rails Comparators. - URL: datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX961-MAX999.pdf.
5. Rail-to-Rail, Very Fast, 2.5 V to 5.5 V, Single-Supply LVDS Comparators ADCMP604/ ADCMP605. - URL: analog.com/static/imported-files/data_sheets/ ADCMP604_605.pdf.

Автор: А. Паньшин

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Случайная новость из Архива Коллективный разум муравьев 28.06.2025 Понимание механизмов, лежащих в основе сложных социальных систем в природе, остается одной из важных задач современной биологии. Особое внимание привлекают муравьи - насекомые, чья организация общества поражает своим уровнем координации и распределения ролей. Недавно международная команда ученых сделала значительный шаг в изучении того, как генетика формировала социальное устройство муравьев, проведя крупнейший сравнительный анализ их геномов. Исследование началось девять лет назад в Копенгагенском университете и охватило более 130 видов муравьев. Результаты работы проливают свет на уникальные особенности развития муравьиной цивилизации. Интересно отметить, что еще в древности философы и мыслители, такие как Аристотель, отмечали восхищение социальной организацией этих насекомых, а даосские учения использовали их как символ бренности человеческой власти. Анализ показал, что геном муравьев претерпел глубокую перестройку после их появления в позднем юрском периоде. Эта эволюционная трансформация позволила выстроить четкую иерархию с разделением на касты: королев, самцов и стерильных рабочих особей. Ученые обнаружили, что многие гены, отвечающие за распределение труда в муравейнике, оставались практически неизменными на протяжении более 100 миллионов лет, что свидетельствует о высокой консервативности этих участков ДНК. Особое внимание привлекли большие фрагменты генома, связанные с репродуктивной функцией и поведением рабочих муравьев. Несмотря на масштабные генетические перестановки в целом, эти области оставались стабильными, что указывает на их важнейшую роль в поддержании социальной структуры и успешном выживании видов. Выявленные генетические механизмы помогают понять, каким образом в природе формируются сложные коллективные поведения. Муравьи оказываются ярким примером того, как генетика и эволюция совместно создают высокоорганизованные сообщества. В целом, результаты работы не только углубляют наши знания о биологии муравьев, но и служат важной моделью для изучения социальных систем у других животных. Понимание генетических основ коллективного разума может иметь широкие последствия для биологии, экологии и даже робототехники.

Другие интересные новости:

▪ Глобальная транспортная система с дирижаблями

▪ Проект Proba-3 - искусственное солнечное затмение

▪ Адсорбент вместо холода

▪ Электровелосипед с функцией распознавания лица

▪ Домашняя ТЭЦ

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиолюбителю-конструктору. Подборка статей

▪ статья Инфекционные заболевания. Шпаргалка

▪ статья Какому городу его жители дали прозвище Три шурупа? Подробный ответ

▪ статья Спатифиллум. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Ограничитель времени звучания дверного звонка. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Периодическое включение сетевой нагрузки. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026