Простой частотомер, своими руками!
На этот раз поделюсь опытом сборки простого частотомера на базе старой проверенной логики, генератора, триггеров и счетчиков.
![Простой частотомер, своими руками! Простой частотомер, своими руками!](https://elektrolife.ru/wp-content/uploads/2022/07/prostoj-chastotomer-300x199.webp)
Идея пришла спонтанно, когда потребовалось в тестируемых целях замерить частоту, а прибора под рукой нет). Заразились коллективом что-то смастерить из имеющихся материалов. Собрали все в кучу на столе и накидали схему:
Такая схема позволяет измерять частоту синусоидальных и импульсных сигналов до 1 МГц. При незначительной доработке может работать в режиме счетчика импульсов.
Сигнал измеряемой частоты через конденсатор С3 и резистор R4 подается на вход инвертора DD1.1, который работает на крутом линейном участке своей переключательной характеристики как усилитель входного сигнала.
![Простой частотомер, своими руками! крутой линейный участок переключательной характеристики. Простой частотомер.](https://elektrolife.ru/wp-content/uploads/2022/07/krutoj-linejnyj-uchastok-perekljuchatelnoj-harakteristiki.webp)
Рабочая точка усилителя обеспечивается обратной связью через резистор R4. Инверторы DD1.2 и DD1.3 совместно с резистором R5 и выходным сопротивлением усилителя образуют триггер Шмитта, формирующий выходные сигналы с крутыми фронтами. Через элемент DD2.3 сформированный сигнал входной частоты подается на счетчик.
Также на входе 1 элемента DD2.3 обеспечивается формирование отрицательного измерительного импульса длительностью 1 с — необходимое время счета, и интервала индикации в 2 с. Задающий генератор собран по стандартной схеме на микросхеме DD3 (К176ИЕ5) (pdf) и кварцевом резонаторе Z1 на частоту 32 768 Гц. Выходные импульсы с частотой 1 Гц с выхода 15 микросхемы DD3 через инвертор DD2.1 подаются на входы С триггеров DD4.1, DD4.2, обеспечивающих деление частоты импульсов на 3.
_
Временную диаграмму работы делителя можно увидеть на рисунке:
![Простой частотомер, своими руками! Простой частотомер, своими руками!](https://elektrolife.ru/wp-content/uploads/2022/07/vremennaja-diagramma-raboty-delitelja1-768x360.webp)
На выходе элемента DD2.2 образуются импульсы отрицательной полярности длительностью 1 секунда с периодом повторения 3 с. Передние фронты импульсов дифференцируются цепью C4R6, инвертируются элементом DD2.4 и в виде короткого импульса положительной полярности поступают на вход сброса счетчика.
Счетчик частотомера — шестиразрядный, может быть собран на микросхемах К176ИЕ4, К176ИЕ8, К561ИЕ8, К176ИЕ2, К561ИЕ14 с соответствующими индикаторами и при необходимости дешифраторами или преобразователями кодов.
В моем случае использовалась микросхема К176ИЕ4 – десятичный счетчик с выводами для подключения семисегментного индикатора. Микросхема считает импульсы, поступившие на вход «С» (4 вывод). По спаду этих импульсов происходит переключение счётчика. С выхода «Р» (2 вывод микросхемы) частота в 10 раз меньше тактовой на ней происходит спад логической единицы при переходе состояния счётчика из «9» в «0». Она используется для подключения следующего счётчика высшего разряда. Вход «R» служит для обнуления счётчиков, при появлении на нём логической единицы.
Семисегментные индикаторы лучше использовать с низким током свечения. При этом можно обойтись без транзисторов и токоограничивающих резисторов. На схеме показано вариант подключения индикатора с общим анодом. Если у вас попадется с общим катодом, то на 6-й вывод микросхемы К176ИЕ4 нужно подать не питающее напряжение, а «землю».
_
Подключения индикатора в основном стандартные, но лучше читать описание на каждый индивидуально. Соответствие выводов счетчика сегментам индикатора указана на схеме выше. Сегмент точки не используется.
В нашем случае индикаторы выпаяны из старых часов, на корпусе не одной надписи.
![Простой частотомер, своими руками! Выпаяные индикаторы](https://elektrolife.ru/wp-content/uploads/2022/07/vypajanye-indikatory.webp)
Теоретически должны подойти вот такие недорогие китайские красные индикаторы с напряжением падения всего 1,8 В. Кстати, если обычный мультиметр в режиме прозвонки диода зажигает достаточно ярко сегмент индикатора, значит его можно подключать напрямую к микросхеме.
Стандартное размещение сегментов выглядит следующим образом:
![Простой частотомер, своими руками! Простой частотомер, своими руками!](https://elektrolife.ru/wp-content/uploads/2022/07/razmeshhenie-segmentov-indikatora.webp)
Самый нудный процесс – это, разумеется, спаивание ножек индикатора с выходами счетчика. Правильность соединения проверяем мультиметром.
Вместо подстроечного конденсатора С2 можно поиграть с фиксированными емкостями, если не требуется супер точность. Для настройки частотомера на его вход следует подать импульсы эталонной частоты 1 МГц и подстройкой конденсатора С2 добиться показаний 999999 или 000000.
При монтаже частотомера не следует забывать о необходимости установки блокировочных конденсаторов 0,1 мкФ по цепям питания как в блоке управления, так и в счетчике. Устанавливать нужно как можно ближе к выводу питания (14 вывод).
При внесении в схему небольших изменений, ее можно использовать как счетчик. См. рисунок ниже:
![Простой частотомер, своими руками! Внесение изменений в схему для счетчика. Простой частотомер.](https://elektrolife.ru/wp-content/uploads/2022/07/vnesenie-izmenenij-v-shemu-dlja-schetchika-768x355.webp)
В этом случае на выходе элемента DD2.2 появляется логический «0» и входные импульсы проходят на счетчик.
Триггеры последних шести разрядов делителя микросхемы DD3 по входу S устанавливаются в 1, триггер DD4.1 — в 1, триггер DD4.2 — в 0. В результате счет импульсов виден на индикаторах счетчиков.
При кратковременном размыкании S1 на выходе 15 микросхемы DD3 практически сразу логическая 1 изменяется на логический 0, этот перепад инвертируется элементом DD2.1 и вызывает переключение триггеров DD4.1 и DD4.2. На выходе элемента DD2.4 появляется короткий импульс сброса счетчика. Замыкание S1 обеспечивает работу установленного в 0 счетчика импульсов в непрерывном режиме с индикацией счета.
Проблемы, с которыми пришлось столкнуться
После первого тестирования оказалось, что на 5-ом выводе микросхемы К176ИЕ5 нет так необходимой нам генерации с частотой 1 Гц. Зато вывод 4 (2 Гц) выдавал стабильные импульсы. Банальная неисправность выхода 215.
Чтобы не бежать в магазин за новой микросхемой, пришлось переделать схему:
_
Триггеры в микросхеме К176ТМ2(pdf) соединили последовательно. Теперь первая часть формирует импульсы 1 Гц, вторая односекундные импульсы. Дальше также, как и в первом случае. Только период повторения импульсов уменьшился на 1 секунду. Одну секунду счет, одну индикация.
Обновленная временная диаграмма приведена ниже:
![Простой частотомер, своими руками! Временная диаграмма работы делителя измененная. Простой частотомер.](https://elektrolife.ru/wp-content/uploads/2022/07/vremennaja-diagramma-raboty-delitelja-2-768x340.webp)
Из-за воздействия шумов схему несколько сложновато настраивать. Длинные проводники создают дополнительные наводки. При использовании в качестве источника импульсного блока питания, на его выходе желательно установить небольшой дроссель, если использовать понижающий трансформатор – перед линейным стабилизатором ставим конденсаторы, один емкостью побольше, другой 0,33 мкФ. Суммарно индикаторы хорошо нагружают схему и пульсации блока питания будут увеличиваться. При недостаточной емкости фильтрующих конденсаторов будет идти подсчет 100 Гц от блока питания без подключенного измерительного щупа. Если использовать батарею, тогда о шумах блока питания просто забываем.
На вход можно установить двусторонний ограничитель, как показано на схеме (красным цветом), который ограничивает размах выходного сигнала и делает его равным падению напряжения на диоде. Диоды использовали высокочастотные IN4148. После ограничителя можно спокойно мерять частоту хоть в сети 220 вольт. Резистор на 100кОм, установленный на входе, для таких измерений должен иметь мощность как минимум 0,5Вт, лучше больше. Правда чувствительность прибора при этом понижается.
Кстати, о чувствительности. Чувствительность зависит от частоты. С ростом частоты уменьшается чувствительность. Без ограничителя амплитуда измеряемых сигналов колеблется от 10 мВ до 3 В (плавно с ростом частоты).
В целом схема хоть и имеет недостатки, но имеет право на жизнь. Погрешность прибора довольно сносная – порядка 1·10-5.
Ниже приведена фотография нашей экспериментальной сборки в полусобранном виде.
![Простой частотомер, своими руками! Частотомер в сборе](https://elektrolife.ru/wp-content/uploads/2022/07/chastotomer-v-sbore.webp)