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:

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Устройство идеальной очистки воздуха 28.11.2025

Качество воздуха в закрытых помещениях давно стало важнейшим фактором здоровья, особенно в городах, где люди проводят подавляющую часть времени внутри зданий. В последние годы исследователи уделяют все больше внимания именно тем технологиям, которые способны задерживать или разрушать вредоносные частицы до того, как они попадут в дыхательные пути человека. Одним из таких новаторских направлений стала разработка инженеров Университета Британской Колумбии в Оканагане, которые предложили принципиально иной подход к очистке воздуха в присутствии людей. По словам профессора Школы инженерии доктора Санни Ли, традиционные персонализированные вентиляционные системы действительно могут улучшать качество воздуха вокруг пользователя, однако их принцип работы имеет ряд ограничений. Человек вынужден находиться в строго определенной зоне, а одновременное использование одной системы несколькими людьми снижает эффективность. Кроме того, непрерывный поток сухого очищенного воздуха способен вызывать ...>>

Ощущение текстуры через экран гаджета 27.11.2025

Гаджеты научились передавать изображение и звук с впечатляющей реалистичностью, но тактильные ощущения по-прежнему остаются недоступными для полноценной цифровой симуляции. Именно поэтому инженеры и исследователи во всем мире стремятся создать технологии, которые позволят "почувствовать" виртуальный объект так же естественно, как и настоящий. Новая разработка специалистов Северо-Западного университета США стала одним из самых заметных шагов в этом направлении. Возглавлявшая исследование аспирантка Сильвия Тан (Sylvia Tan) подчеркивает, что прикосновение остается последним фундаментальным чувственным каналом, для которого пока нет зрелого цифрового аналога. По ее словам, если визуальные и звуковые интерфейсы давно обеспечивают высокую степень реалистичности, то осязание лишь начинает приближаться к этому уровню. В недавней публикации в журнале Science Advances Тан отмечает, что новая технология способна изменить само представление о взаимодействии человека с устройствами. Разработ ...>>

Случайная новость из Архива Изменение климата приводит к деформации пчел 31.08.2022 Группа ученых сообщила, что анализ образцов пчел из всей Великобритании показал, что все они негативно реагируют, когда погода становится более жаркой и влажной. Оказывается, крылья пчел становятся более зазубренными и асимметричными, когда пчелы испытывают стресс. Будучи одними из важнейших насекомых на планете, они находятся под особой угрозой, а значит, и питание людей тоже. 75% из 115 основных мировых продовольственных культур, зависящих от опыления, подвергаются серьезному риску. "Поскольку жаркие и влажные условия, по прогнозам, будут создавать для шмелей более сильный стресс, тот факт, что эти условия участятся из-за изменения климата, означает, что шмелей могут ждать тяжелые времена в 21 веке", - пояснил старший соавтор Ричард Гилл из Имперского колледжа Лондона. Тем самым ученые пытаются выяснить, как пчелы реагируют на конкретные климатические условия, и прибегнуть к действиям, чтобы помочь поддержать здоровье этих насекомых. "Мы надеемся, что сможем прогнозировать, где и когда шмели будут подвергаться наибольшему риску, и направлять эффективные действия по сохранению популяции", - отметил ученый.

Другие интересные новости:

▪ Дорожная полиция приказывает плюнуть

▪ Первая электростанция на полимерных солнечных батареях

▪ 5G-антенна в экране смартфона

▪ Мука из банановой шкурки

▪ Древнее кладбище атлетов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Мобильная связь. Подборка статей

▪ статья Энн Бронте. Знаменитые афоризмы

▪ статья Почему дождь идет только в определенные дни, а не в другие? Подробный ответ

▪ статья Голубика болотная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья SIM Reader. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Универсальный блок управления многофазными двигателями. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025