Материал: МРБ 1074. Бирюков С.А. Цифровые устройства на интегральных микросхемах

Для защиты входного каскада от перегрузок в схему формирователя вве­ден ограничитель ,R41, VD11, VD12. В связи с тем что у неиспользуемых диф­ференциальных каскадов ИС К500ЛП116 входы не должны оставляться сво­бодными, входы элемента DD27.3 соединены с его выходами.

В положении ВЧ переключателя SA1 (см. рис. 68) сигнал со входа ча­стотомера поступает на вход высокочастотного делителя, а с его выхода — на вход F фомирователя. Положение запятой в этом режиме определяется секцией SA4.3 переключателя Диапазон, частота индицируется в мегагерцах.

В положении К (контроль) переключателя SA1 вход высокочастотного делителя через цепочку C22-R36 подключается к выходу 10 МГц кварцевого генератора. Положение запятой определяется секцией SA4.3, поэтому на ин­дикаторах индицируется частота 1000 кГц.

В положении Т (период) измеряемая и эталонная частоты меняются ме­стами — эталонная частота в пределах 10 МГц — 0,1 Гц поступает на вход N блока управления и далее на счетчик, а сигнал, период которого нужно из­мерить, — через формирователь VT8, DD1.3, DD1.4 (см. рис. 66) на вход фор­мирователя интервала DD5.1, DD5.2. Формирователь VT8, DD1.3, DD1.4 име-^ет открытый вход, что позволяет измерять длительность импульсов большой длительности. Порог его включения около 0,75 В, выключения около 0,7 В, по­этому частотомер можно непосредственно применять для измерения периода и длительности импульсов на выходах ИС ТТЛ.

В положении т (см. рис. 68) (Длительность) фронт импульса, как и при измерении периода, устанавливает DD5.1 (см. рис. 66) в 1, а спад импульса после дифференцирования цепочкой C13R27R28 переводит этот триггер в 0, в результате чего время прохождения эталонной частоты через клапан DD1.1, DD1.2 соответствует длительности измеряемых импульсов.

В положении JV (см. рис. 68) (счетчик импульсов) входной сигнал посту­пает на вход Т БУ, с выхода Т он поступает на вход JV — на открытый вход формирователя VT2, VT3, VT6 (см. рис. 66), что позволяет считать положи­тельные импульсы практически любой длительности (начиная приблизительно от 100 не) по их фронтам. Прохождение импульсов через клапан DD1.1, DD1.2 обеспечивается установкой триггеров интегральной микросхемы DD5 в 1 переключателем SA1.4 (см. рис. 68).

Конструктивно частотомер собран на трех печатных платах толщиной 1,5 мм. На первой плате размером 60Xi,155 мм расположены все детали квар­цевого генератора, делителя и счетчика, включая газоразрядные индикаторы. Расположение проводников печатной платы приведено на рис. 70 (а — сторона установки микросхем, индикаторов и других деталей, б — противоположная сторона). На второй плате размером 80X155 мм (рис. 71) установлены все детали блока управления (см. рис. 66), высокочастотный делитель (см. рис. 69) и стабилизатор напряжения, схема которого приведена на рис. 72. Плата изготовлена из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита, на рис. 71 показаны проводники, расположенные со стороны, противоположной установке элементов. Со стороны установки элементов фольга сохранена це­ликом и выполняет роль общего провода, вокруг отверстий фольга раззенко-вана. На рис. 71 крестиками обозначены места паек элементов к фольге на стороне их установки. Некоторые резисторы подпаяны к общему приводу и проводникам на обратной стороне (R7, R9, R13, R18), отверстия в этом слу­чает не зенкуются. Это необходимо для соединения с общим проводом электродов транзисторов VT2, VT6, VT8, VT9, паять их непосредственно к фольге неудобно из-за малой длины их выводов и опасности перегрева.

Рис. 69. Схема высокочастотного делителя

Транзистор VT13 блока питания (см. рис. 72) установлен на ребристом алюминиевом радиаторе с размерами 25X40 в плате и высотой 30 мм. Ра­диатор установлен со стороны, противоположной стороне установки других элементов платы. .

Интегральная микросхема DD27 высокочастотного делителя вместе со все­ми элементами, расположенными между ней и входными контактами дели­теля, закрыта экраном из латуни толщиной 0,1 мм, припаянным непосредст­венно к фольге общего провода.

На третьей плате такого же размера, что и вторая, смонтированы все элементы преобразователя напряжения сети 220 В в постоянное 9 В 0,7 А, поступающее на стабилизатор, и 200 В 10 мА для питания индикаторов HG1 — HG6. Преобразователь описан в последнем резделе книги.

На передней панели частотомера из сплава Д16 размером 90X156 мм и толщиной 2 мм установлены сетевой выключатель, предохранитель, переклю­чатели SA1, SA2, SA4, кнопка SB3, входной разъем. Элементы R36 — R40, С22 установлены на контактах переключателей. Окно в панели закрыто изнутри пластиной цветного прозрачного органического стекла толщиной 3 мм. Перед­няя панель, печатные платы, задняя панель размером 82X156X2 мм из сила­ва Д16 соединены между собой латунными шпильками диаметром 5 мм, име­ющими резьбовые концы или отверстия М2. Расстояние между передней па­нелью и первой платой 33 мм, между первой и второй платой 15 мм, между второй и третьей платой 33 мм, между третьей платой и задней панелью 5 мм. Полученная «этажерка» уложена на П-образное шасси и закрыта сверху П-образным кожухом. Шасси и верхняя сторона кожуха имеют отверстия для вентиляции. В шасси охлаждающий воздух входит в зазор высотой 8 мм меж-ДУ нижней частью задней панели и поверхностью, на которой стоит часто­томер.

Близкое расположение входного разъема, переключателя SA1 и входных контактов высокочастотного делителя позволило обойтись в монтаже частотомера без кабелей и экранированных проводников. С этой же целью обес-.печены малые сопротивление и индуктивность общего провода — соединение .передней панели со слоем сплошной металлизации второй печатной платы че­рез шпильки, соединение «земляного» лепестка входного разъема со слоем оплошной металлизации второй платы в районе входа высокочастотного делителя отрезком оплетки экраниро­ванного провода («плетенкой») минимальной длины. На слу­чай возникновения высокоча­стотных наводок и монтажа с использованием кабелей у .входов я выходов формирова­телей и высокочастотного де­лителя . предусмотрены точки для подключения экранов.

Рис. 70. Печатная плата счетчика и кварцевого генератора

Рис. 71. Печатная плата блока управления, высокочастотного делителя и стабилизатора

Рис. 72. Схема стабилизатора частотомера

В частотомере применены следующие детали: резисторы МТ-0,125 и МТ-0,25, конденса­торы КМ-5а и КМ-6, R53-4 (С8), неполярный К53-7 (С1), переключатели ПГ2-4-6П4Н (SA1) — можно заменить на ПГ2-,11-6П6Н, ПГ2-9-6П2Н (SA2), ПГ2-8-;12П4Н (SA4), кнопка KMl-1 (SB3), разъем СР-78Ф, дроссель ДМ-0,1 (L1).

Коммутационные элементы, конденсаторы и резисторы можно заменить деталями других типов, имеющими необходимые параметры, транзистор КТ816А — любым транзистором этой серии или серии КТ814, остальные тран­зисторы — ВЧ кремниевыми транзисторами соответствующей структуры (КТ312, КТ306 — VT6, VT9, КТ326, КТ3107 — VT2, VT3, VT8). Вместо диодов КД503А можно установить КД503Б, КД509А, КД522А, КД522Б, КД512А и другие кремниевые высокочастотные диоды.

Микросхемы К155ИЕ1 можно заменить на К155ИЕ2, все микросхемы се­рии К155 — аналогичными ИС серии К133, микросхемы К500 — на К10О. При переработке для этого случая печатной платы высокочастотного делителя сле­дует сохранить сплошной слой металлизации на стороне установки интеграль­ных микросхем и ширину шины питания не менее 7,5 мм.

Настройка частотомера заключается в установке резистором R60 (см. рис. 72) напряжения на выходе стабилизатора в пределах 5,1 — 5,2 В, подбо­ре сопротивления резистора R3 (см. рис. 66) для получения максимальной чувствительности формирователя на частоте 20 МГц и установке номинальной частоты кварцевого генератора подбором С14 и С15 (см. рис. 67).

При отсутствии микросхем серий К500 или К100 можно обеспечить воз­можность измерения частоты до 35 — 40 МГц установкой в частотомер одной ИС R131TM2 (К130ТМ2, К531ТМ2, К530ТМ2). Один из триггеров этой мик­росхемы включается в положении ВЧ SA1 между выходом клапана DD1.1 и входом счетчика, другой — между выходом DD4 и входом Т БУ (рис. 73). В этом случае переключатель SA1 необходимо заменить на ПГ.2-12-6П8Н. Вместо ИС К131ТМ2 можно использовать К131ТВ1 или К130ТВ1 (DD31.1) и К155ТВ1 (DD31.2). Входы С этих триггеров необходимо соединить с выхо­дом DD1.2 и с подвижным контактом SA4.1 соответственно. Все неиспользуе­мые входы триггеров соединить с источником +5 В через резистор R62.

Увеличения быстродействия до 70 — 80 МГц можно достигнуть, используя вместо DD31.1 два последовательно включенных триггера серии К520 или К531, а вместо DD31.2 — два триггера серии КД55. В этом случае, возмож­но, потребуется применение более высокочастотных транзисторов в формирова­теле (см. рис. 66) — КТ363 в качестве VT2, VT3, КТ316, КТ325, КТ355 на месте VT6.

Рис. 73. Схема включения ИС К.131ТМ2 Рис. 74. Схема включения регистра памяти

Исключить мерцание цифр в процессе счета можно введением между счетчиком и дешифратором регистра памяти на ИС R155TM5 или К155ТМ7. Импульс переписи на тактовые входы микросхем можно снять с выхода 6 DD2 (рис. 74). В этом случае переключатель SA2 целесообразно заменить тумблером, в одном положении которого (Авт.) вход Т_иид БУ подключается к источнику +5 В через резистор 7,5 кОм, в другом — заземляется (Ручной пуск).

Цифровая шкала

Описываемое устройство может использоваться с трансивером или радиоприемником, частота которого определяется частотами одного, двух или трех генераторов.

Принцип работы шкалы в трансивере с тремя генераторами состоит в по­очередном счете импульсов с частотой диапазонного F1, плавного F2 и опор­ного F3 генераторов в реверсивном счетчике за строго определенные периоды времени.

Рассмотрим в качестве примера широко распространенный вариант вы­бора частот гетеродинов, использованный в трансивере UW3DI: частота F1 в зависимости от диапазона лежит в пределах от 8 до 23 МГц, частота F2 изменяется в диапазоне 5,5 — 6,0 МГц, частота F3 составляет 500 кГц. При этом выходная частота составляет F=F1 + F2+F3 для диапазонов 28, 21 и 14 МГц и F = F1 — F2 — F3 для диапазонов 7 и 3,5 МГц.

Рис. 75. Схема блока управления цифровой шкалы

Схема цифровой шкалы приведена на рис. 75 и 76. Измеряемые часто­ты поступают на входы Fl, F2, F3 и формируются в усилителях-ограничите­лях на транзисторах VT8, VT9, VT10. Их схемы идентичны, за исключением того, что емкость конденсатора, шунтирующего входной резистор в каналах F2 и F3, увеличена до 75 пФ. Частота F1 может превышать допустимую для ин­тегральных микросхем К155ИЕ6, использованных в реверсивном счетчике, па-этому она предварительно делится на два триггером DD5.2 серии К131.

Рис. 76. Кварцевый reнератор и счетчик цифро­вой шкалы

Сигнал эталонной частоты 1 МГц поступает на декадный делитель ча­стоты DD1 — DD4 (см. рис. 75), с его выхода сигнал с частотой 100 Гц по­дается на вход формирователя временных интервалов, выполненного на ИС DD5.1, DD6, DD9, DD11 и элементах DD10.3, DD10.4. Работа формирователя иллюстрируется рис. 77. Импульсы с частотой 20 Гц поступают с выходов триггеров DD5.1, DD6.1, DD6.2 (см. рис. 75) на входы элементов DD9.1, DD9.2 и DD9.3, выполняющих функции дешифраторов и клапанов. Элемент DD9.1 пропускает один из каждых пяти импульсов последовательности ТИ2 с выхода 11 DD4. Эти импульсы устанавливают исходное состояние ревер­сивного счетчика. Затем импульс В ^с выхода 6 DD6.1 длительностью 20 мс, поступая на вход R триггера DD5.2, разрешает деление частоты F1 в этом триггере и частота F1/2 проходит через элементы DD10.3 и DD10.4 на вход сложения реверсивного счетчика.

Рис. 77. Диаграмма работы формирователя временных интервалов

Рис. 78. Диаграмма работы устройства динамической индикации

Элемент DD9.2 разрешает прохождение на реверсивный счетчик в тече» ние 10 мс импульсов с частотой F2, элемент DD9.2 — импульсов с частотоШ F3. Эти импульсы поступают на вход сложения или вычитания реверсивного счетчика в зависимости от логического уровня сигнала, поступающего на вход Управление шкалы. Если на входе Управление логический 0, то включен логи­ческий элемент DD11.3 и импульсы частот F2 и F3 проходят на вход сложе­ния (диапазоны 14, 21, 28 МГц). Если на входе Управление 1, то включен DD11.1 и импульсы проходят на вход вычитания (диапазоны 3,5 и 7 МГц). Управляющий сигнал может определяться переключателем диапазонов тран-сивера — на диапазонах 28, 21 и 14 МГц вход управления должен быть со­единен с общим проводом, на остальных оставлен свободным.

В результате в реверсивный счетчик записывается число, в 100 раз мень­шее частоты трансивера, выраженной в герцах.

Коротким импульсом с выхода элемента DD10.2 производится перепись результата из счетчика DD15 — DD20 в сдвигающий регистр DD21 — DD26 (см. рис. 76). Индикация результата производится динамическим способом на ва­куумном восьмиразрядном люминесцентном индикаторе HG1 типа ИВ-21. Ра­бота элементов DD7, DD8, DD12, DD13 и транзисторов матриц VT11 — VT14, обеспечивающих динамический режим работы индикатора, иллюстрируется рис. 78. На входы элемента И — НЕ DD8.1 (см. рис. 75) подаются сигналы с частотами 100, 10, 5 и 1 кГц, в результате чего на выходе DD10.1 форми­руются пачки из четырех импульсов каждая, следующие друг за другом с ча­стотой 1 кГц. Частота повторения импульсов внутри пачки — 100 кГц. Сфор­мированные пачки подаются на вход сдвига сдвигающего регистра DD21 — DD26 (см. рис. 76), замкнутого в кольцо. На выходах последних четырех раз­рядов сдвигающего регистра (DD26) последовательно формируются коды, со­ответствующие цифрам, которые необходимо индицировать. Коды цифр по­даются через преобразователь двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора DD12 (см. рис. 75) и транзисторы транзисторных матриц VT11, VT12 — на соответствующие аноды индикатора HG1. Одновременно с каждой подачей пачки из четырех импульсов на счетный вход счетчика DD7 подается импульс, переключающий его в новое состояние. Выходы счетчика соединены со входами дешифратора DD13, выходы дешифратора через тран­зисторы матриц VT13, VT14 управляют сетками индикатора HG1. В резуль­тате в индикаторе поочередно зажигаются необходимые цифры.

После установки в 0 счетчика DD7, происходящей одновременно с пере­писью информации из реверсивного счетчика в сдвигающий регистр, на вы­ходах DD26 формируется код цифры десятков мегагерц. Одновременно на сет­ку седьмой цифры индикатора ИВ-21 (счет цифр в нем ведется справа на­лево) подается положительное относительно катода напряжение, и загорается соответствующая цифра. Спустя 1 мс подается пачка импульсов, на выходе DD26 появляется код цифры единиц мегагерц, на сетку шестой цифры ин­дикатора подается положительное напряжение и т. д. Одновременно с зажи­ганием шестой цифры положительное напряжение подается и на анод запя­той, в результате чего на индикаторе цифры мегагерц от остальных цифр отделяются запятой.

Импульсы переписи информации имеют частоту 20 Гц, импульсы на сет­ках индикаторов — 167 Гц, в результате чего в каждом цикле измерения каж­дая цифра загорается 8 раз. Для исключения подсветки сегментов в момен­ты сдвига на вход гашения S преобразователя кода DD12 подаются гасящие импульсы с выхода DD8.2 с частотой 1 кГц.

Примененный способ динамической индикации по сравнению с исполь­зованием мультиплексеров требует меньшего количества ИС и значительно бо­лее прост в монтаже цепей.

Питание индикатора HG1 осуществляется от мостового выпрямителя на диодной матрице VD1 с конденсатором С1. Плюс выпрямленного напряжения соединен с плюсом источника 5 В, минус — через стабилитрон VD2 и диоды VD3, VD4 с катодом индикатора.

Диоды VD3 и VD4 образуют искусственную среднюю точку напряжения накала HG1, стабилитрон VD2 обеспечивает запирающее напряжение на сет­ках цифр, индикация которых в данный момент не производится.

В счетчике DD15 — DD20 (см. рис. 76), как указывалось выше, алгебраи-. чески суммируются результаты измерения трех частот. Из-за произвольного со­отношения фаз измеряемых частот и эталонной частоты 1 МГц каждая из ча­стот измеряется со случайной ошибкой в единицу младшего разряда. Полная ошибка может достигать трех единиц, причем величина ошибки для каждого цикла измерений случайна. В результате цифра сотен герц может хаотически изменяться 20 раз в секунду.

Для уменьшения этого явления триггер DD5.2 устанавливается в фикси­рованное состояние перед началом счета частоты F1, что уменьшает неопреде­ленность его начальной фазы. Кроме того, вход младшего разряда ИС DD21 соединен с общим проводом, в результате чего индицируемая цифра сотен герц всегда четная и диапазон хаотического изменения цифр сотен герц сни­жен до возможного минимума — одного знака. .