Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

Филиал «Минский радиотехнический колледж»

Пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине

«Основы конструирования радиоэлектронных устройств»

Выносной щуп частотомера

Преподаватель И.Н. Чагаева

Учащийся А.Ю. Шиманович

Введение

1. Анализ технического задания

1.1 Назначение изделия и технические возможности

1.2 Требования по устойчивости к внешним воздействующим факторам

1.3 Требования к надёжности

2. Анализ схемы электрической принципиальной

3. Выбор элементной базы

4. Выбор материалов и покрытий

5. Выбор способа монтажа

6. Разработка конструкции печатной платы

7. Технологический раздел

8. Расчёт надёжности

Заключение

Литература

Введение

Частотомер - измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала.

Классификация частотомеров:

· По методу измерения - приборы непосредственной оценки (напр. аналоговые) и приборы сравнения (напр. резонансные, гетеродинные, электронно-счетные).

· По физическому смыслу измеряемой величины -- для измерения частоты синусоидальных колебаний (аналоговые), измерения частот гармонических составляющих (гетеродинные, резонансные, вибрационные) и измерения частоты дискретных событий (электронно-счетные, конденсаторные).

· По исполнению (конструкции) -- щитовые, переносные и стационарные.

· По области применения частотомеры включаются в два больших класса средств измерений -- электроизмерительные приборы и радиоизмерительные приборы.

Следует заметить, что граница между этими группами приборов весьма прозрачна.

Принцип действия электронно-счетных частотомеров (ЭСЧ) основан на подсчете количества импульсов, сформированных входными цепями из периодического сигнала произвольной формы, за определенный интервал времени.

Интервал времени измерения также задается методом подсчета импульсов, взятых с внутреннего кварцевого генератора ЭСЧ или из внешнего источника (например стандарта частоты).

Таким образом ЭСЧ является прибором сравнения, точность измерения которого зависит от точности эталонной частоты.

Принцип действия гетеродинных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с частотой перестраиваемого вспомогательного генератора (гетеродина) с помощью т. н. метода нулевых биений, порядок работы аналогичен работе с резонансными частотомерами.

В данной курсовой работе рассматривается выносной щуп - делитель частоты на 10 для частотомера FC250.

1 Анализ технического задания

1.1 Назначение изделия и технические возможности

Напряжение питания +5 В подаётся на выносной щуп от стабилизатора напряжения частотомера FC250, потребляемый ток - не более 35 мА. Выносной щуп собран на двух микросхемах: DA1 (ADCMMP604KSZ-R2) - КМОП-компаратор, имеющем время задержки 1,6 нс, входное дифференциальное сопротивление до 70 кОм, и делителе частоты на 10 - DD1 (КС193ИЕ3), имеющий рабочий диапазон частот от 100 кГц до 270 МГц.

Выходы компаратора DA1 подключены к входам делителя DD1 без разделительных конденсаторов через согласующие резисторы R8-R10, которые нужны для того, чтобы исключить подачу на входы делителя противофазного напряжения более 2 В в статическом режиме.

1.2 Требования по устойчивости к внешним воздействующим факторам

Частотомер FC250 с выносным щупом для деления частоты используется в комнатных условиях, поэтому проектируемое устройство является стационарной радиоэлектронной аппаратурой и относится к группе I (используется в жилых помещениях). В соответствии с ГОСТ 11478-88 проектируемое устройство должно отвечать следующим параметрам:

· Пониженная температура (рабочая + 5 , предельная - 40);

· Повышенная температура (рабочая + 40 , предельная + 55);

· Относительная влажность при температуре (25 %);

· Пониженное давление (Па).

При этом нормальными климатическими условиями являются:

· Температура (+ 25);

· Относительная влажность (10 %);

· Атмосферное давление (70 кПа).

1.3 Требования к надёжности

Испытание на надёжность данной проектируемой аппаратуры в соответствии с ГОСТ 21317-87 проводится следующим образом.

При проверке работоспособного состояния радиоаппаратуры проводят проверку срабатывания всех органов управление и параметров, перечень и методы измерения которых устанавливаются в ТУ на аппаратуру конкретного типа.

Начинают производить электропрогон радиоаппаратуры. Его проводят при напряжении питания. Рекомендуемая расчётная длительность электропрогона, используемая для составления плана испытаний, составляет 750 часов. В течение каждого цикла электропрогона следует проводить проверку каждого аппарата при различных уровнях громкости.

Средняя наработка на отказ данной проектируемой аппаратуры произведённая по расчётам в соответствии с ГОСТ 21317-87. Последовательность ориентировочного расчёта приведена в пункте 8 данного курсового проекта.

2. Анализ схемы электрической принципиальной

Выносной щуп (ВЩ) собран на двух микросхемах: DA1 (ADCMMP604KSZ-R2) - КМОП-компаратор, имеющем время задержки 1,6 нс, входное дифференциальное сопротивление до 70 кОм, и делителе частоты на 10 - DD1 (КС193ИЕ3), имеющий рабочий диапазон частот от 100 кГц до 270 МГц. Напряжение питания +5 В подаётся на выносной щуп от стабилизатора напряжения частотомера FC250, потребляемый ток - не более 35 мА. Способ подачи напряжения смещения на входы компаратора DA1 с помощью резисторов R3-R7 позволяет подстрочным резистором R3 изменять напряжение гистерезиса и регулировать чувствительность выносного щупа.

Делитель частоты - это электронное устройство, уменьшающее в целое число раз частоту подводимых к нему периодических колебаний. Их используют в синтезаторах частоты, кварцевых и атомных часах, в телевизионных устройствах синхронизации генераторов развёрток и др.

Эксплуатация данного частотомер FC250 с выносным щупом, передающим сигнал на той же частоте, выявила нестабильность его показаний и перегрев микросхемы DD2 на плате частотомера FC250 на частотах более 150 МГц. Поэтому щуп в данной микросхеме пересобран для улучшения работы частотомера. Напряжение питания +5 В подаётся на выносной щуп от стабилизатора напряжения частотомера FC250, потребляемый ток - не более 35 мА.

Выносной щуп собран на двух микросхемах: DA1 (ADCMMP604KSZ-R2) - КМОП-компаратор, имеющем время задержки 1,6 нс, входное дифференциальное сопротивление до 70 кОм, и делителе частоты на 10 - DD1 (КС193ИЕ3), имеющий рабочий диапазон частот от 100 кГц до 270 МГц. Микросхема КС193ИЕ3 не является в полной мере микросхемой стандарта ЭСЛ, напряжение смещения на её входах соответствует стандарту PECL, что даёт возможность соединять их напрямую с выходами компаратора ADCMP604 стандарта LVDS.

При этом противофазный сигнал прямоугольной формы с ADCMP604 подаётся сразу на оба дифференциальных входа делителя, что позволяет работать ВЩ практически во всём диапазоне рабочих частот КС193ИЕ3.

Способ подачи напряжения смещения на входы компаратора DA1 с помощью резисторов R3-R7 позволяет подстрочным резистором R3 изменять напряжение гистерезиса и регулировать чувствительность выносного щупа.

В статическом режиме разность напряжений на входах микросхемы КС193ИЕ3 0,5 В предотвращает её самовозбуждение, а подача противофазного сигнала уровня LVDS (0,35 В) позволила с новым ВЩ получить диапазон измеряемых FC250 частот от 400 кГц до 270 МГц при малой входной ёмкости, большом входном сопротивлении и дискретности измерения в 100 Гц. Выходы компаратора DA1 подключены к входам делителя DD1 без разделительных конденсаторов через согласующие резисторы R8-R10, которые нужны для того, чтобы исключить подачу на входы делителя противофазного напряжения более 2 В в статическом режиме. Напряжение питания +5 В подаётся на ВЩ от стабилизатора напряжения частотомера FC250, потребляемый ток - приблизительно 35 мА. Вывод 6 делителя КС193ИЕ3, выход ТТЛ с открытым коллектором, не задействован и оставлен неподключенным. С его выводов 2 и 4 противофазные сигнал стандарта ЭСЛ по шлейфу длиной 0,3 - 1 м подаётся на входы ПУ, которые размещён на плате FC250 и формирует сигналы уровня ТТЛ, необходимые для работы частотомера. Резистор R12 установлен на конце шлейфа, в месте его соединения с ПУ.

При работе оба контакта ВЩ подключают к измеряемому объекту. Применение ВЩ позволяет измерять частоту сигналов уровней ТТЛ и ЭСЛ, частоту гетеродинов различных типов радиоприёмников. В случае недостаточного уровня измеряемого сигнала происходит занижение или срыв показаний частотомера.

3. Выбор элементной базы

Для проектируемого устройства выбираем следующие элементы:

1. Конденсаторы C1, С2 - К50-35 10 мФ;

Конденсаторы C3, C4 - К10-17 0,15 мкФ;

Конденсатор C5 - К50-35 4,7 мкФ 16 В;

Конденсаторы C6, С7, С8 - К73-17 1 мкФ.

2. Микросхема DA1 - ADCMP604KSZ-R2:

· Минимальный потребляемый ток 17 мА.

Микросхема DA2 - ADCMP600RJZ-R2:

· Напряжение питания (от 2,5 В до 5,5 В);

· Минимальный потребляемый ток 3 мА;

Микросхема DD1 - КС193ИЕ3 (представляет собой маломощный делитель частоты);

3. Резисторы R1, R2, R12 - С2-33-0,125 1 кОм ±10%;

Резистор R3 - СП5-2ВБ 1 кОм ±10%;

Резисторы R4, R5 - С2-33-0,125 560 кОм ±10%;

Резисторы R6, R7 - С2-33-0,125 5,1 кОм ±10%;

Резистор R8 - МЛТ-0,125 1500 мОм ±10%;

Резисторы R9, R10 - С2-33-0,125 560 мОм ±10%;

Резистор R11 - МЛТ-0,125 6500 мОм ±10%;

Резистор R12 - МЛТ-0,125 47 кОм ±10%;

Резистор R13 - МЛТ-0,125 100 кОм ±10%.

· Диоды VD1, VD2 - 1N4148: Максимальное постоянное обратное напряжение 100 В; максимальное прямое напряжение 1 В; время восстановления 4 нс; максимальный постоянный прямой ток 0,15 А; рабочая температура -65…+150 .

4. Выбор материалов и покрытий

Исходя из условий эксплуатации и влияющих на данную аппаратуры внешних факторов выбираем предположительно материал основания FR-4 (Стеклотекстолит фольгированный). Представляет из себя слоистый материал, изготовленный на основе стеклоткани и эпоксидного связующего.

Данный материал чаще применяется для изготовления ОПП и ДПП. Обладает отличной термостойкостью (от -50 до +120), имеет высокое удельное сопротивление и обладает незначительной влагостойкостью.

Технология производства фольгированных диэлектриков обеспечивает возможность производства ПП до 5-ой группы жестоки. Особенности технологий производства FR-4 обеспечивают ПП высокими способностями к термической и химической устойчивости и повышенным требованиям диэлектрической проницаемости. Так же данный материал имеет высокую прочность.

частотомер радиоаппаратура щуп монтаж

5. Выбор способа монтажа

Способ монтажа одна из важнейших задач решаемая на этапе предварительной компоновки изделия. Его тип определяется используемой элементной базой, рабочим диапазоном частот, условие эксплуатации и вариантом конструкции модуля.

Выносной щуп обладает высоким диапозоном частот, используется в комнатных помещениях и имеет среднее количество элементов, поэтому будет использоваться плоский (печатный) способ монтажа.

Данный способ монтажа чаще используется при конструировании печатных плат. В процессе конструирования печатных плат определяются конфигурация и габаритные размеры печатных плат, рациональное взаимное расположение элементов на печатных платах, осуществляется трассировка соединений. Определение конфигурации и габаритных размеров печатных плат необходимо осуществлять с учетом габаритных размеров разрабатываемого изделия, сложности электрической схемы, применяемых элементов, эксплуатационных требований, предъявляемых к изделию.

Конструирование печатной платы для данного выносного щупа будет осуществляться автоматизированным методом. Данный метод предполагает размещение навесных компонентов и разработку проводящего рисунка с помощью ЭВМ. Для этих целей будет использована система автоматизированного проектирования P-CAD и пакета машинной графики AutoCAD.

6. Разработка конструкции печатной платы

Выносной щуп - делитель частоты на 10 для частотомера FC250 является стационарным устройством и находится в комнатных условиях. По условиям данным в 1 пункте курсового проекта данная аппаратура относиться к первой группе жёсткости.

Для стационарной ЭА характерна работа в условиях вибраций, ударов, повышенной и пониженной температуры - данные требования действительны только при транспортировке. Данная аппаратура должна иметь ограниченные габариты и массу, обеспечивать простоту и надёжность электрических соединений и устойчивость к ударам и вибрациям.

Разрабатываемый выносной щуп имеет среднюю конструкторскую сложность ФУ (27 установочных элемента на ПП) и требует незначительной трассировочной способности ПП.

Исходя из параметров приведённых выше выбирается 3-й класс точности. Номинальные значения основных параметров:

· Номинальная ширина проводника мм;

· Номинальное расстояние между проводником мм;

· Расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки мм;

· Предельное отклонение ширины печатного проводника мм;

· Позиционный допуск расположения печатных проводников мм;

· Отношение диаметра отверстия к толщине ПП.

Учитывая тип конструкции и выбранный класс точности ПП, будет использоваться метод изготовления ДПП - комбинированный позитивный (ДПП на диэлектрическом основании).

Исходя из метода изготовления материал основания ДПП будет FR-4. Особенности данного материала описаны в 4 пункте данного курсового проекта.

Выбор габаритных размеров ПП осуществляется с помощью расчётов.

1) Выбор типоразмера ПП:

Исходя из имеющихся на плате элементов рассчитываем типоразмер ПП:

По ГОСТ 10317-79 подбираем ширину и длину ПП. Ширина - 42,5 мм, длинна - 85 мм.

Определение длины электрических связей:

2) Расчёт элементов проводящего рисунка

a) Расчёт диаметра монтажных отверстий:

Номинальный размер диаметра монтажного отверстия определяют по формуле:

b) Расстояние (Q 1) от края ПП до элементов печатного рисунка должно быть не менее толщины ПП с учётом допусков на размеры сторон. Q 1 = 1,6 мм.

c) Расстояние (Q 2) от края паза, выреза, не металлизированного отверстия до элементов печатного рисунка определяются по формуле:

d) Расчёт ширины печатных проводников.

Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника определяют по формуле:

e) Диаметр контактных площадок (КП). Наименьшее номинальное значение диаметра КП определяют по формуле:

Диаметр узкого места КП - 1,9 мм.

f) Расчёт расстояние между элементами проводящего рисунка:

1. Наименьшее номинальное расстояние между элементами проводящего рисунка определяют по формуле:

2. Наименьшее номинальное расстояние для замещения двух КП номинального диаметра в узком месте ДПП в зависимости от размеров и класса точности ПП равно 2,15 мм.

3. Наименьшее номинальное расстояние для размещения печатного проводника номинальной ширины между двумя КП в узком месте ДПП в зависимости от размеров и класса точности ПП равно 2,60 мм - для внутренних слоёв; 2,70 мм - для наружных слоёв.

4. Наименьшее номинальное расстояние для прокладки n проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметром D 1 и D 2 определяются по формуле:

Проведя расчёты элементов проводящего рисунка необходимо выбрать последовательность основных операций технологического процесса изготовления ДПП методом комбинированным позитивным.

7. Технологический раздел

Технологичность конструкции - это совокупность свойств, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями конструкции изделий того же назначения при обеспечении заданных показателей качества.

Эта характеристика, влияющая на точность и себестоимость является одной из важных.

Исходя из условий данных в курсовой работе произведём технологический расчёт выносного щупа:

5. Коэффициент применения микросхем и микросборок:

Где - общее число дискретных элементов, заменённых микросхемами и микросборками; - общее число ИЭТ, не вошедших в микросхемы. К ИЭТ относят резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, разъёмы, реле и другие элементы.

6. Определение коэффициента автоматизации и механизации монтажа изделия по формуле:

Где - количество монтажных соединений, которые осуществляются механизированным или автоматизированным способом.

Для блоков на печатных платах механизация относится к установке элементов и последующей пайке; - общее количество монтажных изделий.

Для ЭРЭ, микросхема, разъёмов, роле и прочих определяется количество выводов.

7. Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу:

Где - количество ИЭТ, подготовка выводов которых осуществляется с помощью полуавтоматов и автоматов; в их число включается ИЭТ. Не требуют специальной подготовки (патроны, реле и т.д.); - общее число ИЭТ, которые должны подготавливаться к монтажу в соответствии с требованиями КД.

8. Коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля:

Где - число операций контроля и настройки, выполняемых на полуавтоматических и автоматически стендах; - общее количество операций регулировки котнполя.

Две операции - визуальный контроль и электрический - являются обязательными.

Если в конструкции имеются регулировачные элементы (катушки индуктивности с подстрочными сердечниками), то количество операций регулировки увеличивается пропорционально числу этих элементов.

9. Коэффициент повторяемости ИЭТ:

Где - количество типоразмеров оригинальных Иэт в РЭС. К оригинальным относятся ИЭТ, разработанные и изготовленные впервые по ТУ; типоразмер определяется компоновочным размером и стандартом на элемент: - общее количество типоразмеров.

10. Коэффициент применения типовых ТП:

Где - число деталей и сборочных единиц, изготавливаемых с применением типовых и групповых ТП;

Д, Е - общее число деталей и сборочных единиц, кроме крепежа.

11. Коэффициент прогрессивности формообразования деталей:

Где - число деталей, изготавливаемых по прогрессивным ТП (штамповка, прогрессирование из пластмасс, литье, порошковая металлургия и т.д.):

Д - общее число деталей (без учёта нормализованного крепежа).

Основным показателем, используемым для оценки технологичности конструкции, является комплексный показатель технологичности конструкции изделия, который находится в пределах:

Исходя их условия технологический расчёт проведён верно.

8. Расчёт надёжности

Существует разное количество расчёта показателей надёжности РЭУ и отличаются они по степени точности учёта электрического режима и условий эксплуатации элементов. При ориентировочном расчёте этот учёт выполняется приближённо, с помощью обобщённых эксплуатационных коэффициентов.

Ориентировочный расчет выполняется на начальных стадиях проектирования, когда еще не выбраны эксплуатационные характеристики элементов, не спроектирована конструкция, и естественно, существуют результаты конструкторских расчетов (теплового режима, виброзащищённой и т.п.).

Последовательность ориентировочного расчёта:

1. На основе анализа электрической схемы ЭВС формируются группы однотипных элементов;

2. Для каждого типа или вида элементов, определяется значение интенсивности отказов. Значения взяты из справочника "Базовые интенсивности отказов групп элементов и компонентов РЭС";

3. Для элементов каждой группы по справочникам определяют средне групповое значение интенсивности отказов

4. Подсчитываем значение суммарно интенсивности отказов элементов устройства

где, - значение интенсивности отказов элементов j-й группы;

Количество элементов в j- группе;

k - число сформированных групп однотипных элементов.

5. С использованием обобщённого эксплуатационного коэффициента выполняем приближенный учёт электрического режима и условий эксплуатации элементов.

Суммарную интенсивность отказов элементов ЭВС с учётом электрического режима и условий эксплуатации определяем по следующему выражению

где - обобщённый эксплуатационный коэффициент, выбираемый в зависимости от вида ЭВС или условий его эксплуатации.

6. Наработка на отказ

Вероятность безотказной работы за заданное время

По данным вычислениям получаем, что данный выносной щуп проработает 304386 часа или почти 35 лет.

Заключение

В результате курсового проекта был спроектирован выносной щуп как делитель частоты для частотомера FC250.

Для проектирования был проведен анализ данного устройства, выбрана элементная база, материал и покрытия, выбран способ монтажа, разработана конструкция печатной платы, проведен технологический расчет и расчет надежности.

Приведена схема электрическая принципиальная данного устройства, её изображение на печатной плате и сборочный чертеж печатной платы.

Литература

1. Фещенко Т.И., Сычева Ю.С., Образцова О.Н., Василевская Н.И. Оформление курсовых и дипломных проектов;

2. Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатный плат - «Форум-Инфо-Н», 2009.

3. Достанко А.П., В.Л. Ланин, А.А. Хмыль, Л.П. Ануфриев Технология радиоэлектронных устройств и автоматизации производства - «Высшая школа», Минск, 2002;

4. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры/ под редакцией Шахнова В.А., - Москва, МГТУ имени Баумана, 2002.

5. Медведев А.И., Сборка и монтаж электронных устройств - «Техносфера», Москва, 2002.

6. Кечиев Л.Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры - ООО «Группа ИТД», Москва, 2002.

7. Мухосеев В.В., Сидоров И.Н. Маркировка и обозначение элементов. Справочник. - Москва, Горячая линия - Телеком, 2001.

8. Пикуль М.И., Русак И.М., Цирельчук Н.А. Конструирование и технология производства ЭВМ - «Высшая школа», Минск, 1996.

9. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: справочник/ Н.Н. Акимов, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренок. - Мн.: - Мн.: Беларусь, 1994.

Интернет-ресурс ы :

1. Википедия - https://ru.wikipedia.org/.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Технические характеристики, описание конструкции и принцип действия (по схеме электрической принципиальной). Выбор элементной базы. Расчёт печатной платы, обоснование ее компоновки и трассировки. Технология сборки и монтажа устройства. Расчет надежности.

курсовая работа , добавлен 07.06.2010


Описание структурной схемы и принцип работы USB-ионизатора. Выбор радиоэлементов и их технические параметры. Разработка и изготовление печатной платы. Технический процесс сборки и монтажа узлов средств вычислительной техники. Внешний вид устройства.

курсовая работа , добавлен 29.04.2011


Анализ исходных данных. Выбор элементной базы и способа монтажа. Расчет конструкции печатной платы. Создание библиотеки компонентов. Формирование схемы электрической принципиальной с протоколом ошибок. Компоновка, трассировка, файл отчетов о трассировке.

курсовая работа , добавлен 19.09.2010


Разработка технического задания. Описание схемы электрической принципиальной. Разработка конструкции прибора. Обоснование выбора элементной базы и материалов конструкции. Расчет конструкции печатной платы. Расчет надежности, вибропрочности платы.

дипломная работа , добавлен 09.03.2006


Описание схемы электрической принципиальной конструкции. Выбор резисторов, микросхем, транзисторов. Расчёт конструктивно-технологических параметров: надёжности, узкого места, теплового сопротивления. Разработка трассировки и компоновки печатной платы.

курсовая работа , добавлен 05.10.2012


Анализ исходных данных и основные технические требования к разрабатываемой конструкции, климатические и дестабилизирующие факторы. Выбор элементной базы унифицированных узлов установочных изделий и материалов. Расчет собственной частоты печатной платы.

курсовая работа , добавлен 25.12.2010


Цифровой частотомер с программным управлением, его применение, принцип действия и технические характеристики. Функционирование основных блоков цифрового частотомера. Описание и расчёт основных элементов схемы электрической принципиальной частотомера.

курсовая работа , добавлен 27.02.2009


Составление топологии печатной платы, а также разводка токоведущих дорожек в САПР P-CAD. Специфика выбора элементной базы, транзисторов и диодов синтезатора. Разработка конструкции, подбор материалов. Расчет объемно-компоновочных характеристик устройства.

курсовая работа , добавлен 12.11.2009


Назначение и условия эксплуатации импульсного блока питания. Разработка конструкции печатной платы и печатного узла. Разработка техпроцесса на сборку монтажа. Выбор и обоснование основных и вспомогательных материалов. Анализ технологичности конструкции.

курсовая работа , добавлен 03.04.2010


Анализ схемы электрической особенности высококачественного усилителя мощности звуковой частоты, его конструктивные элементы и функциональное назначение. Выбор элементарной базы, конструкции, покрытия, а также основные принципы компоновки печатной платы.

Активный Щуп

См. подробную статью в ВРЛ №95 стр. 12

Активные щупы с малой входной ёмкостью. И. Шиянов.

________________________________________________________________________

http://nowradio. *****/pribory%20dly%20nastroyki%20KV-UKV%20apparatury. htm

http://*****/forum/download/file. php? id=16793

Налаживание радиоприемных устройств часто требует проверки гетеродинов измерения параметров генерируемою им ВЧ-напряжения. К сожалению, сделать это непосредственно с помощью ВЧ - осциллографа или милливольтметра бывает затруднительно. Очень большое влияние из работу микромощного генератора (гетеродина) оказывает входная емкость прибора, входное сопротивление. Например, вход популярного осциллографа С1-65 емкостью 30 pF и сопротивлением 1М может не только исказить результаты измерения, но даже сорвать генерацию гетеродина. А тут еще и коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Конечно, можно подключить вход через конденсатор 1 pF, но это может очень сильно исказить результат измерения (уровень ВЧ-напряжения достигший входа измерительного прибора может быть и 100 раз и более заниженным). Лучше всего пользоваться активным щупом, представляющим собой истоковый повторитель на высокочастотном полевом транзисторе имеющим входную емкость менее 1 pF, и входном сопротивлением более 10 МОм при выходном сопротивлении 50 Ом. Такой щуп, выполненный в виде отдельной экранированной коробки можно расположить в непосредственной близости от точки измерения, соединить с ней кратчайшими проводниками, полностью исключив влияние волнового сопротивления кабеля емкости прибора и кабеля входного сопротивления прибора на результат измерения. Более того, сам измерительный прибор может быть расположен на значительном расстоянии от точки измерения (можно использовать очень длинный соединительный кабель).

Принципиальная схема активного щупа на полевом транзисторе BF998 показана на рисунке. На схеме транзистор показан в корпусе так чтобы была понята его цоколёвка. Входная емкость щупа примерно 0,7 pF она образована тремя последовательно включенными конденсаторами С1-С3. Входное сопротивление 10 мегаом. Измеряемое ВЧ напряжение поступает на первый затвор транзистора. Напряжение смещения на этом затворе равно половине напряжения питания и создано резистивным делителем R2-R3. На затвор напряжение смещение подается через резистор R1 сопротивлением 10 Мом. Входная емкость транзистора BF998 равна 2,1 pF, поэтому напряжение, полученное в результате измерения нужно умножать на 3. Нагрузкой является резистор R4 его сопротивление должно быть таким как волновое сопротивление кабеля. Щуп работает в частотном диапазоне от 100 kHz до 1 GHz с неравномерностью коэффициента передачи по напряжению не более 7 5dB. На частотах более 1 GHz погрешность значительно возрастает. Источником питания служит сетевой адаптер от телеигровой приставки типа «Денди» (выходное постоянное нестабильное напряжение 8-11V) Напряжение стабилизируется на уровне 5V интегральным стабилизатором А1. Диод VD1 служит для защиты от ошибочного неправильного подключения источника. Питать щуп можно и от лабораторного источника напряжением 8…20V. Конструктивно щуп выполнен в экранированном корпусе неисправного всеволнового тюнера телевизора «LG» Монтаж печатно-объемным используя демонтированную плату данного тюнера. Монтаж первого затвора полевого транзистора на R1 и конденсаторы С1-С3 нужно сделать «на воздухе», чтобы исключить влияние емкости печатной платы и экранированного корпуса на входную цепь. Вход - два монтажных провода длиной не более 10 см. Провод, соединенный с С1 не должен соприкасаться изоляцией с платой или экраном корпуса.

Для питания 5V лучше использовать BF 1005 или BF 1012 S есть в Платане.

Радиоконструктор №12 2007г

Активный Щуп Осциллографа

Журнал "Радио", номер 6, 1999г.

http://www. *****/literature/radio/199906/p28_29.html

Широкополосные усилители с высоким входным сопротивлением, малой входной емкостью и низким выходным сопротивлением используются в различных устройствах. Одно из применений - входные щупы для осциллографов и другой измерительной аппаратуры. Как показано в этой статье, современные ОУ фирмы Analog Device позволяют решить эту задачу простыми средствами.

Осциллограф является одним из наиболее универсальных приборов, позволяющих измерять самые различные параметры электрического сигнала, а зачастую и значительно упрощать процедуру настройки электронных устройств. В некоторых случаях он просто незаменим. Однако многим знакома ситуация, когда подключение осциллографа к настраиваемому устройству приводит к нарушению его режимов. Виной тому в первую очередь служат вносимые в исследуемую цепь емкость и сопротивление входа осциллографа и его соединительного кабеля.

Большинство осциллографов, используемых радиолюбителями, имеют высокое входное сопротивление (1 МОм) и входную емкость 5...20 пФ. В сочетании с соединительным экранированным входным кабелем длиной около метра суммарная емкость возрастает до 100 пФ и более. Для устройств, работающих на частотах выше 100 кГц, такая емкость может оказать существенное влияние на результаты измерений.

Для устранения этого недостатка радиолюбители пользуются неэкранированным проводом (если уровень сигнала достаточно большой) или специальным активным щупом, в состав которого входит усилитель с высоким входным сопротивлением, выполненный, как правило, на полевых транзисторах . Применение такого щупа значительно снижает величину вносимой в устройство емкости. Однако недостатками некоторых из них являются низкий коэффициент передачи или наличие на выходе сдвига уровня, затрудняющего измерение постоянного напряжения. Кроме того, они имеют узкий диапазон рабочих частот (до 5 МГц), что также ограничивает их применение и требует коротких соединительных кабелей. Несколько лучшие параметры имеет щуп, описанный в . Следует отметить, что все эти щупы могут эффективно работать и с осциллографами, имеющими высокое входное сопротивление.

В настоящее время все большее распространение получают широкополосные осциллографы с диапазоном рабочих частот до 100 МГц и выше, имеющие низкое входное сопротивление - 50 Ом, поэтому их подключение к настраиваемому устройству зачастую становится практически невозможным. Не все из них комплектуются активными щупами, а применение резистивных делителей приводит к заметному снижению чувствительности.

Активный щуп, описание которого предлагается вниманию читателей, свободен от указанных недостатков. Он работает с различными осциллографами, входное сопротивление которых может быть низкоомным - 50 Ом или высокоомным - до 1 МОм, имеет диапазон рабочих частот 0...80 МГц и достаточно высокое входное сопротивление на низких частотах - 100 кОм. Его коэффициент передачи - 1 или 10, т. е. он не только не ослабляет, но и усиливает сигнал. К достоинствам щупа можно отнести и его небольшие габариты.

Таких параметров удалось достигнуть за счет применения современного быстродействующего ОУ фирмы Analog Devices. В частности, в данном щупе использован ОУ AD812AN (Чип – Дип – 180р Платан – 190р), который имеет следующие основные характеристики:

Верхняя рабочая частота - не менее 100 МГц; входное сопротивление - 15 МОм при входной емкости 1,7 пФ; входное напряжение - до + 13,5 В, а скорость нарастания выходного напряжения - 1600 В/мкс; выходной ток (при выходном сопротивлении 15 Ом) - до 50 мА; потребляемый ток в отсутствии входного сигнала - 6 мА.

Кроме того, ОУ имеет низкий уровень гармоник (-90 дБ на частоте 1 МГц и нагрузке 1 кОм) и малый уровень шума (3,5 нВ/^Гц), защиту от К3 (ток ограничен до 100 мА), рассеиваемая небольшим корпусом мощность достаточно велика - 1 Вт. К этому следует добавить, что цена микросхемы, содержащей два ОУ с такими параметрами, относительно невысока ($3...4).

Схема активного щупа приведена на рис. 1. В основном она соответствует стандартной схеме включения ОУ. Коэффициент передачи КU изменяется переключением SA1 элементов цепи обратной связи и имеет два значения: 1 и 10. Переключателем SA2 выбирают режим работы: с "закрытым" входом, когда на входе включен конденсатор С1 и постоянная составляющая напряжения на вход не проходит, или с "открытым" входом, когда она проходит.

Зарядные устройства" href="/text/category/zaryadnie_ustrojstva/" rel="bookmark">блок питания с выходным напряжением %12...15 В. Надо заметить, что потребляемый ток при отсутствии сигнала составляет 10...15 мА, при работе на низкоомную нагрузку при подаче сигнала ток может возрастать до 100 мА.

Литература

1. Гришин А. Активный щуп для осциллографа. - Радио, 1988, # 12, с. 45.

2. Иванов Б. Осциллограф - ваш помощник (активный щуп). - Радио, 1989, # 11, с. 80.

3. Турчинский Д. Активный щуп к осциллографу. - Радио, 1998, # 6, с 38.

Осциллографический ВЧ пробник с Свх = 0.5 пф

http://www. *****/ot07_19.htm

При осциллографических измерениях в высокочастотных устройствах входная емкость делителя может вносить значительные искажения в настраиваемый узел (например, при подключении пробника к контуру ВЧ генератора и т. п.). Делители с коэффициентом 1:1 имеют входную емкость порядка 100 пф и более (емкость кабеля плюс входная емкость осциллографа), что существенно ограничивает их частотный диапазон. В то же время стандартные пассивные делители 1:10 с входной емкостью 12 – 17 пф снижают чувствительность осциллографа до 50 мВ на деление (при максимальной чувствительности по входу равной 5 мВ / деление, типичной для большинства промышленных осциллографов), а также имеют все еще слишком большую входную емкость для проведения неискажающих измерений в ВЧ цепях, где емкости контуров могут иметь такое же значение.

Данная проблема решается использованием для измерений специальных активных пробников, выпускаемых для этой цели (например, фирмой Tektronix). Однако, эти устройства довольно трудно найти и их цена (от $150 и выше) сопоставима с ценой хорошего б/у осциллографа. В то же время не представляет большой сложности самостоятельно изготовить простой активный осциллографический пробник с малой входной емкостью, что и было сделано автором.

Активный осциллографический пробник предназначен для измерений переменных напряжений в низковольтных ВЧ схемах и имеет следующие характеристики:

Диапазон измеряемых амплитудных значений сигнала – от 10 мВ до 10 В Частотная характеристика – линейна от 10 КГц до 100 МГц при малом сигнале Выходной сигнал – инвертированный, с коэффициентом деления 1:2 Напряжение питания – 12 вольт (4 * CR2025) или внешний источник Входная емкость – 0.5 пф (0.25 пф с внешним делителем 1: 10) Входное сопротивление – 100 килоом Потребляемый ток – 10 мА Размеры 60 х 33 х 16 мм

Внешний вид изготовленного прибора приведен на фото.

Конструкция прибора

Принципиальная схема пробника приведена на рисунке. Прибор собран на трех малошумящих СВЧ транзисторах 2SC3356 с граничной частотой 7 ГГц. Коэффициент усиления по напряжению составляет около 23 дб. Выходной эмиттерный повторитель служит для дополнительной развязки усилителя от нагрузки и может быть исключен, если пробник будет использоваться с одним и тем же осциллографом. Цепочка из светодиода, стабилитрона на 9 вольт и резистора служит индикатором включения и пороговым индикатором напряжения батареи питания. Питающее напряжение 12 вольт необходимо и достаточно для того, чтобы получать на выходе прибора максимальное амплитудное значение измеряемого сигнала до 5 вольт, и тем самым обеспечивать максимальный динамический диапазон до 50 дб при проведении измерений с установкой коэффициента отклонения, начиная от 5 мВ на деление (чувствительность большинства осциллографов).

https://pandia.ru/text/79/067/images/image004_5.jpg" width="750" height="373 src=">

Налаживание

Этот этап работы должен быть проведен весьма тщательно для получения нужного результата.

После сборки усилителя необходимо прежде всего точно установить его рабочую точку подбором резистора на 120 килоом для получения максимальной амплитуды неискаженного сигнала на выходе. В данной схеме и при свежих элементах питания этот режим достигается при установке постоянного напряжения от +5.2 до +5.3 вольта на эмиттере второго транзистора. Рабочая точка второго эмиттерного повторителя не требует настройки при указанных номиналах резисторов. Далее следует точно подобрать значение нижнего по схеме резистора (в данном случае 20 килоом) входного делителя для получения требуемого маштаба (1: 2) передачи сигнала между входом и выходом прибора на относительно низкой частоте (порядка 100 КГц). Заметим, что входное сопротивление усилителя при указанных номиналах деталей составляет около 5 килоом (на той же частоте), так что при отсутствии указанного резистора коэффициент передачи устройства будет выше требуемого примерно на 3 дб (величина ослабления входного сигнала равняется (105 / 5) = 26 дб, в то время как общий коэффициент усиления схемы равен 23 дб, а требуемый коэффициент передачи всего устройства должен быть равен 0.5, т. е. минус 6 дб). Подбор компенсирущих емкостей (0.5 пф параллельно резистору на 100 килоом, и подстроечный конденсатор в нижней ветви входного делителя) осуществляется путем сравнения коэффициента передачи на двух частотах, например, 1 МГц и 30 МГц, и подбора емкостей до получения нужного постоянного коэффициента передачи устройства. Далее производится окончательная проверка устройства на верхней рабочей частоте, если у радиолюбителя имеется такая возможность. В заключение проверяется фактическая входная емкость пробника на высокой частоте (например, подключением его к контуру с известными параметрами работающего генератора и контролем изменения частоты выходного сигнала по цифровому частотомеру или приемнику). При правильном выполнении конструкции прибора она не должна существенно отличаться от указанного на схеме значения (суммарная входная емкость в изготовленном автором пробнике, измеренная на частоте 20 МГц, составила 0.505 пф).

Замечания

Данный пробник создавался автором для измерений в цепях синусоидальных ВЧ сигналов в контурах генераторов и усилительных каскадов транзисторных схем, и он в целом решает поставленную задачу. Именно по этой причине в пробнике и был выбрано указанное выше соотношение между всеми основными параметрами прибора – его частотным диапазоном, высокой чувствительностью, достаточно большим входным сопротивлением и минимально возможной входной емкостью измерителя, а также небольшим потребляемым током. Радиотехника – это всегда компромисс при заданных разработчиком предельных значениях параметров.

Активный щуп для С1-94.

http://*****/izmeren/369-tri-pristavki-k-s1-94.html

Алюминий" href="/text/category/alyuminij/" rel="bookmark">алюминиевый стаканчик из-под валидола. С осциллографом щуп соединяют любым высокочастотным экранированным кабелем, желательно небольшого диаметра.

При налаживании щупа сначала подбирают (если это понадобится) резистор R1, чтобы обеспечить указанный на схеме режим работы транзистора VT2. Коэффициент передачи устанавливают подбором резистора R4, а верхнюю границу полосы пропускания - подбором конденсатора С4. Нижняя граница полосы пропускания зависит от емкости конденсатора С1.

Желательно проверить амплитудно-частотную характеристику щупа. Если на ней будет обнаружен подъем иа частотах, соответствующих верхней границе полосы пропускания, придется включить последовательно с конденсатором С4 резистор сопротивлением 30Ом

Взято отсюда: http://www. *****/lcmeter3.htm

Частотометр, измеритель ёмкости и индуктивности – FCL-meter

На транзисторе VT1 собран усилитель сигнала частотометра F1. Схема особенностей не имеет за исключением резистора R8 (100 Ом), необходимого для питания выносного усилителя с малой входной ёмкостью, во многом расширяющего область применения прибора. Его схема показана на рис. 2 .

При пользовании прибором без внешнего усилителя необходимо помнить, что его вход находится под напряжением 5 Вольт, и поэтому необходим развязывающий конденсатор в сигнальной цепи.

Предделитель частотометра F2 собран по типовой для большинства подобных прескалеров схеме, лишь введены ограничительные диоды VD3, VD4. Необходимо заметить, что при отсутствии сигнала предделитель самовозбуждается на частотах около 800-850 МГц, что является типичным для высокочастотных делителей. Самовозбуждение пропадает с подачей на вход сигнала от источника с входным сопротивлением близким к 50 Ом. Сигнал с усилителя и прескалера поступает на DD2.

Выносной щуп к осциллографу.

http://forum. /index. php? showtopic=13268&st=440

На рис. 3 представлена принципиальная схема повто­рителя напряжения, выполненного в виде электронного щупа к осциллографу. Схема повторителя содержит че­тыре транзистора. Согласованная пара полевых тран­зисторов VT1, VT2 с n-каналом работает в дифферен­циальном каскаде, транзистор VT3 является источником тока для указанного каскада, а транзистор VT4 включен в схему усилителя напряжения с общим эмиттером.

Устройство работает следующим образом. Входной сигнал подается на затвор транзистораVT1. Напряже­ние, усиленное полевым транзистором VT1, поступает на базу транзистора VT4.Выходное напряжение повто­рителя снимается с коллекторной нагрузки - резистора R10.Одновременно выходное напряжение прикладыва­ется к затвору второго транзистора дифференциальной пары VT1, VT2. Глубокая отрицательная обратная связь и большое дифференциальное сопротивление источника тока обеспечивают близкий к единице коэффициент пе­редачи повторителя. Выбором тока коллектора транзи­стора VT4 (около 4 мА) снижается нелинейность повто­рителя в области высоких частот. Температурная ста­бильность устройства обеспечивается за счет глубокой отрицательной обратной связи и введения источника то­ка на транзисторе VT3.

Основные характеристики повторителя напряжения представлены на рис. 4. Кривыми 1 -4 показана ампли­тудно-частотная характеристика устройства для различ­ных значений емкости нагрузки. С увеличением емкости от 15 до 100 пФ полоса пропускания повторителя, изме­ренная на уровне 3 дБ, сужается от 25 до 10 МГц. Указанная выше емкость нагрузки складывается из емкости кабеля и входной емкости осциллографа.

Рис. 3. Вариант схемы повторителя напряжения - щупа к осцилло­графу

Необходимо иметь в виду, что современные радио­частотные кабели с полиэтиленовой изоляцией имеют по­гонную емкость, увеличивающуюся с уменьшением вол­нового сопротивления. Так, например, типичное значение погонной емкости кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом равно ПО…125 пФ, с волновым сопротивлением 75 Ом - в пределах 60…80 пФ. У высокоомных кабелей и кабелей с полувоздушной изоляцией погонная емкость может быть ниже, однако они сравнительно малодо­ступны

https://pandia.ru/text/79/067/images/image011_6.gif" alt="589x432, 6,8Kb - 589x432, 6,8Kb" width="589" height="432">

Частотомеры представляют собой необходимые приборы для каждого радиолюбителями. Они позволяют измерять период следования и длительность импульса, а также другие важные показатели. Для усиления чувствительности частотомера требуется специальный щуп, который можно купить на Алиэкспресс .

Выносной щуп для частотомера на Алиэкспресс: каталог, фото

Как мы уже сказали, частотомер важен для каждого радиолюбителями. Сегодня огромной популярностью пользуются устройства, собранные на микроконтроллерах. Они отличаются относительной простотой изготовления.

В зависимости от того, какой конкретно используется микроконтроллер, максимальная частота измерения может составлять от сотен килогерц до десятков мегагерц. Для стабильной работы входу микроконтроллера нужно подавать сигнал с логическими уровнями, поэтому у частотомера есть усилитель входного сигнала на ОУ или транзисторах, либо компаратор.

Для усиления чувствительности частотомера часто усилители и компараторы изготавливаются в виде специального выносного щупа. Приобрести это устройство можно и на Алиэкспресс .

Входной активный щуп для частотомера на Алиэкспресс: каталог, фото

Многие самодельные цифровые частотомеры обладают низким входным сопротивлением, большой входной ёмкостью и плохой чувствительностью. Все эти факторы плохо влияют на точность измерения частоты. Чтобы таких проблем не возникало, необходим широкополосный входной щуп с Алиэкспресс .

Он представляет собой входной щуп с высокой чувствительностью и формирователем прямоугольных импульсов. Он отличается высоким входным сопротивлением и небольшой входной ёмкостью. Устройство сохраняет рабочее состояние от 2 Гц до 38 МГц. Это позволяет использовать его во многих ситуациях, где другие устройства не справляются.

Щуп для частотомера на Алиэкспресс: распродажи, скидки, бесплатная доставка

Бесплатная доставка тоже даёт возможность неплохо экономить на покупках. Чтобы посмотреть товары, к примеру, тот же щуп для частотомера, с бесплатной доставкой, вам нужно под строкой поиска выбрать соответствующий фильтр:

Бесплатная доставка с Алиэкспресс

Щуп для частотомера на Алиэкспресс: лучшие продавцы и магазины

На Алиэкспресс представлено очень много магазинное, где можно приобрести щуп для частотомера. Наиболее надежными из них являются.

Автор предлагает выносные щупы, расширяющие пределы измерения частотомера. Они делят на 100 частоту измеряемого сигнала, имеют дифференциальные входы и в одном варианте такие же выходы. Во втором варианте выход обычный, несимметричный. Напряжение питания щупов - 5 В, потребляемый ток - 51 мА. Они построены на аналоговом компараторе ADCMP553 и делителях частоты МС12080 и КС193ИЕ3.

На рис. 1 изображена схема щупа с симметричным выходом. Измеряемый сигнал с входных контактов по цепям C1R1 и C2R2 поступает на симметричный вход компаратора напряжения ADCMP553 (DA1), выполненного на полевых транзисторах, изолированные затворы которых защищены обратно-смещёнными диодами. Выводы 1 и 2 DA1 управляют внутренней "защёлкой", позволяющей в нужный момент зафиксировать состояние выходов компаратора. При показанном на схеме подключении этих выходов "защёлка" отключена.

Рис. 1. Cхема щупа с симметричным выходом

Как установлено экспериментально, чувствительность компаратора ADCMP553 зависит от синфазного напряжения смещения на его входах, которое поступает от внутреннего источника положительного напряжения. Если в цепях входов нет резисторов R3 и R5, соединяющих их с общим проводом, напряжение на входах - более 3 В, а чувствительность компаратора понижена. Максимальная чувствительность достигается при напряжении смещения 1...1,15 В, которое устанавливают подборкой этих резисторов.

При указанном на схеме их сопротивлении 150 кОм входное сопротивление щупа - около 230 кОм. Размах входного сигнала, при котором щуп работает устойчиво в полосе частот от 1 МГц до 600 МГц, - не менее 0,3 В, 0,7 В на частоте 0,9 ГГц и 1 В на частоте 1,2 ГГц.

Максимальная рабочая частота компаратора ADCMP553, согласно техническому описанию в , - всего 800 МГц. Между его входами с помощью разъёма X1 можно подключить резистор R4 сопротивлением 51 Ом. При этом входное сопротивление щупа уменьшается до 1 кОм, а полоса расширяется в сторону высоких частот. На частотах от 0,6 ГГц до 1 ГГц чувствительность - не хуже 0,3 В, на частоте 1,4 ГГц - 0,7 В, на частоте 1,55 ГГц - 1 В. Однако на частотах ниже 0,6 ГГц частотомер, к которому подключён щуп, завышает показания.

Резисторы R6 и R7 в цепях выходов компаратора (выводов 5 и 6) соединены с общим проводом. Их сопротивление не 100 Ом, как рекомендовано, а 390 Ом, чтобы не допустить превышения допустимого выходного тока. Сопротивление нагрузки при этом не превышено, поскольку к выходам компаратора подключены входы первого делителя частоты - микросхемы МС12080 (DD1), имеющей входное дифференциальное сопротивление менее 100 Ом.

Эксперименты показали, что этот делитель работает на частотах от 1 МГц до 1,6 ГГц, хотя в его документации область устойчивой работы простирается от 100 МГц до 1,1 ГГц. Управляющие входы SW1-SW3 делителя МС12080 соединены с плюсом питания, что задаёт его коэффициент деления равным 10. С выхода первого делителя сигнал амплитудой 1,2 В с крутыми перепадами поступает на вход микросхемы КС193ИЕ3 (DD2) - второго делителя частоты на 10.

Плата щупа соединена с выходным разъёмом X2 жгутом из четырёх проводов длиной 80 см. Резистор R11 находится в непосредственной близости к контактам разъёма. Разъём X2 рассчитан на подключение к симметричному входу доработанного мной частотомера FC250 . По жгуту на щуп подано напряжение питания 5 В со стабилизатора напряжения, имеющегося в FC250, а на дифференциальные входы этого частотомера, доработанного в соответствии с , с выходов делителя DD2 щупа поступает противофазный сигнал размахом 0,6 В.

Поскольку время счёта входных импульсов в частотомере FC250 всего 0,1 с, без щупа-делителя на его индикатор выводится значение частоты в десятках герц (если не учитывать положение десятичной запятой). С учётом деления частоты щупом на 100, оно будет выражено в килогерцах.

Чертёж платы рассмотренного щупа изображён на рис. 2, а расположение деталей на нём - на рис. 3. Чертёж печатной платы для разъёма X2 и резистора R11 имеется на рис. 13 в . Платы изготовлены из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, покрытого фольгой с двух сторон (для платы щупа) или с одной стороны (для платы разъёма). Края платы щупа "обмётаны" медным лужёным проводом диаметром 0,5 мм, который припаян к фольге с обеих сторон платы. Из такого же провода сделаны и припаяны к фольге показанные на рис. 3 перемычки. Входные контакты щупа выполнены из жёсткого лужёного провода диаметром 0,75 мм.

Рис. 2. Чертёж платы щупа

Рис. 3. Расположение деталей на плате щупа

Резистор R4 - МЛТ-0,25. Его выводы перед припайкой к контактам вилки разъёма X1 следует обрезать до минимальной длины. Остальные резисторы и конденсаторы - типоразмеров 0805 или 1206 для поверхностного монтажа. Разъём X1 - любая четырёхконтактная пара вилка - розетка с шагом расположенных в один ряд контактов 2,54 мм (например, CHU-4 и CWF-4), у которой оставлены только крайние контактные пары, а средние удалены. Вилка X2 - WF-4R. Корпусы разъёмов приклеены к соответствующим платам.

Под корпусами микросхем DA1 и DD1 плату перед их пайкой покройте лаком или тонким слоем термоклея. Конденсатор C8 и резистор R9 устанавливают на плату в процессе налаживания щупа.

Вставив вилку X2 с резистором R11 в соответствующий разъём частотомера, подбирают сопротивление резистора R9 до прекращения счёта микросхемой DD2, после чего монтируют на плату конденсатор C8. Затем основную плату проверенного в действии щупа и платы разъёмов обезжиривают и покрывают влагозащитным лаком. Основную плату помещают в термоусаживаемую трубку диаметром 25/12,5 мм, а плату разъёма X2 - в такую же трубку диаметром 12,5/7 мм. Экранирование щупа не предусмотрено, оно увеличило бы его входную ёмкость и уменьшило чувствительность. Внешний вид щупа показан на фотоснимке рис. 4.

Рис. 4. Внешний вид щупа

Для работы с частотомером, имеющим обычный несимметричный вход, был изготовлен второй вариант щупа, отличающийся лишь тем, что его выходные цепи выполнены по схеме, изображённой на рис. 5. Этот щуп соединяют с частотомером жгутом из трёх проводов. Нагрузка (резистор R11) на конце провода "Вых.", подключаемого к частотомеру, отсутствует. Уровни выходного сигнала - ТТЛ. Чертёж печатной платы этого щупа изображён на рис. 6. Элементы расположены на ней в соответствии с рис. 7.

Рис. 5. Схма выходных цепй

Рис. 6. Чертёж печатной платы второго варианта щупа

Рис. 7. Расположение элементов на плате

На рис. 8 показано измерение частоты гетеродина средневолнового радиоприемника, настроенного на радиостанцию, работающую на частоте 612 кГц. Измеренная частота гетеродина (1077 кГц) на 465 кГц (значение промежуточной частоты приёмника) выше несущей частоты радиостанции.

Рис. 8. Измерение частоты гетеродина средневолнового радиоприемника

Рис. 9. Демонстрация работы щупа

Частоту сигнала источника, создающего вокруг себя достаточно мощное электромагнитное поле (например, беспроводной телефонной трубки), можно измерять, не подключая к нему щуп, а превратив его входные выводы в антенну - полуволновый вибратор. На рис. 9 это сделано с помощью зажимов "крокодил". Рабочая частота передатчика телефонной трубки - 927076 кГц.

Литература

1. Single-Supply, High Speed PECL/ LVPECL Comparators ADCMP551 /ADCMP552/ ADCMP553. - URL: http://www.analog. com/media/en/technical-documentation/ data-sheets/ADCMP551_552_553.pdf (27.02.17).

2. MC12080 1,1 GHz Prescaler. - URL: http://www.nxp.com/assets/documents/ data/en/data-sheets/MC12080.pdf (27.02.17).

3. Паньшин А. Предварительный усилитель-формирователь для частотомера FC250. - Радио, 2015, № 2, с. 18-20.

4. Паньшин А. Доработка частотомера FC250. - Радио, 2016, № 3, с. 23, 24.

Дата публикации: 23.06.2017

Мнения читателей

• Паньшин а.в. / 30.07.2017 - 20:21
  В тексте статьи есть неточность: 3-й абзац после рис.1. Написано "частотомер к которому подключён щуп, завышает показания". Следует читать: "частотомер к которому подключён щуп с подключённым к нему R4, завышает показания".

Цифровые мультиметры моделей М830 , М838, MV-63 и аналогичные широко распространены; радиолюбители их используют для проверки и настройки различной радиоэлектронной аппаратуры. Но у таких приборов, конечно же, есть недостатки и один из самых существенных с точки зрения радиолюбителя - это невозможность измерения напряжения радиочастотного диапазона.

Устранить этот недостаток поможет приставка к цифровому мультиметру, которая выполнена в виде высокочастотного щупа. Она имеет достаточно большое входное сопротивление (около 50 кОм), малую входную емкость (не более 1 пФ) и работает в диапазоне частот 0,1…200 МГц, а при снижении чувствительности - и до 500 МГц. Совместно с мультиметром она позволяет измерять действующее напряжение в пределах от 5…10 мВ до 10 В (диапазон 60…65 дБ), что в большинстве случаев вполне достаточно для любительской практики.

Главной особенностью устройства является то, что результаты измерений выводятся не в вольтах или милливольтах, а в относительных единицах - дБВ, то есть в децибелах относительно уровня напряжения, равного 1 В. Следует сразу отметить, что относительные единицы измерения широко используют в измерительной технике, например, для измерения мощности - дБВт (относительно 1 Вт), дБмВт или дБм (относительно 1 мВт), и для измерения напряжения - дБмкВ (относительно 1 мкВ) или, как в данном случае, дБВ (относительно 1 В).

Применение такой единицы измерения с предлагаемой приставкой имеет очевидные преимущества. Во-первых, отпадает необходимость в переключении поддиапазонов измерения мультиметра, так как достаточно одного: прибор устанавливают на предел 2 В постоянного напряжения. Во-вторых, становится очень простым определение коэффициента передачи четырехполюсника в децибелах, так как интересующий результат получается как разность двух значений на входе и выходе этого четырехполюсника. В-третьих, гораздо удобнее станет измерение полосы пропускания по различным уровням спада: -3 дБ, -6 дБ, -40 дБ или ином. К недостаткам можно отнести нераспространенность такой единицы измерения, как дБВ, но она достаточно удобная и к ней быстро привыкаешь. В табл. 1 приведены соответствия между относительными единицами измерения уровней (дБВ) и напряжениями в вольтах или милливольтах для нагрузки сопротивлением 50 Ом.


Схема щупа-приставки показана на рис. 1. На специализированной микросхеме DA1 (корпус SOT23-5) собран входной усилитель с большим входным сопротивлением и малой входной емкостью. Эта микросхема представляет собой буферный усилитель с коэффициентом усиления, который можно устанавливать в интервале 1…2, верхней граничной частотой около 200 МГц, большим входным сопротивлением (3 МОм на низкой частоте), малым выходным сопротивлением (6 Ом) и малой входной емкостью (1 пф). Кроме того, она имеет встроенную защиту от повышенного напряжения на входе. Резистивный делитель R2R3 обеспечивает режим микросхемы по постоянному току. Для увеличения входного сопротивления устройства на высокой частоте и возможности работы с входным напряжением до 10 В на входе установлен резистор R1.

На микросхеме DA2 выполнен логарифмический детектор . Она преобразует входное переменное напряжение высокой частоты в постоянное напряжение, пропорциональное напряжению входного сигнала. Закон преобразования - логарифмический. Эта микросхема работоспособна на высоких частотах до 900 МГц в диапазоне уровня входных сигналов от -72 дБмВт до 16 дБмВт . На выводе 4 DA2 формируется постоянное напряжение, пропорциональное напряжению входного сигнала с крутизной 25 мВ/дБ. При этом гарантируется отклонение от закона в пределах ±1 дБ во всем диапазоне входных напряжений. На микросхеме DA3 (корпус SOT23-5) собран стабилизатор напряжения, от которого питаются две первые микросхемы. Диод VD1 защищает устройство от неправильной полярности питающего напряжения.

Благодаря применению малогабаритных деталей для поверхностного монтажа размеры щупа-приставки удалось сделать небольшими. Большинство деталей размещено на плате из двусторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 115 мм и размерами 10×70 мм, эскиз которой показан на рис. 2. На второй стороне размещены дроссели и конденсаторы СЮ, С11. Большая часть металлизации второй стороны используется в качестве общего провода и соединена через края и отверстия с общим проводом со стороны монтажа. Плату соединяют с мультиметром двухпроводным экранированным проводом, питающее напряжение также желательно подать через экранированный кабель.

Для подключения к точкам контролируемого узла на входе устройства припаивают металлический щуп (XI), например, швейную иглу, а к общему проводу припаивают отрезок гибкого мягкого провода или малогабаритный зажим (Х2). Плату можно разместить в пластмассовом корпусе от маркера (см. фото на рис. 3), в этом случае для уменьшения наводок на плате над микросхемами DA1, DA2 надо установить экран из фольги.

В устройстве можно применить и некоторые другие детали: микросхему DA1 можно заменить на AD8079 или ОУ AD9631, AD849, но топологию платы придется изменить; кроме того, будет необходимо применение двухполярного питания. Интегральный стабилизатор DA3 можно заменить на 78L05 или аналогичные, В качестве защитного диода можно применить любой выпрямительный малогабаритный, полярные конденсаторы - танталовые для поверхностного монтажа, неполярные - К10-17в или аналогичные импортные. Постоянные резисторы - Р1-12 и аналогичные импортные, подстроенные - 330W-3, POZ3 или СПЗ-19, но в последнем случае габариты платы придется увеличить.


Налаживание проводят в следующей последовательности. Устройство подключают к генератору ВЧ с выходом, калиброванным в дБВ, и нагруженному на стандартную нагрузку, а выход - на вход мультиметра (предел измерения - 2 В). Подают сигнал с частотой 20…30 МГц и уровнем в пределах от -30 дБВ до О дБВ. Изменяя выходное напряжение генератора ВЧ в указанных пределах, контролируют выходное напряжение и подстроенным резистором R6 устанавливают крутизну выходного сигнала 10 мВ/дБ. Затем подают сигнал с уровнем напряжения 0 дБВ и резистором R10 устанавливают на мультиметре нулевые показания. Настройку надо повторить несколько раз. После этого надо проверить показания в диапазоне частот и входных напряжений. В табл. 2 приведены показания авторского макета устройства при подаче на вход сигнала с напряжением 1 В в широком частотном диапазоне. Как видно из этой таблицы, устройство можно с успехом использовать до частоты 500 МГц, вводя соответствующие коррективы в показания мультиметра. Подбором емкости конденсатора С1 можно изменить нижнюю рабочую частоту устройства. Слишком низкой ее делать нежелательно, так как увеличится влияние низкочастотных наводок. Для коррекции АЧХ на высоких частотах между выводом 4 микросхемы DA1 и общим проводом можно установить конденсатор емкостью от нескольких единиц до нескольких десятков пикофарад.

Питать щуп-приставку можно от источника питания с напряжением 8…20 В, потребляемый ток составляет 12… 15 мА. При этом мультиметр и щуп не должны соединяться по цепям питания. Входные параметры щупа оценивались с помощью прибора для измерения индуктивности и добротности катушек индуктивности Е4-11. На частоте 100 МГц проводилось измерение добротности катушки индуктивности с подключенным щупом и без него. Входное сопротивление составило 40…45 кОм, входная емкость - 0,6-0,7 пф.

ЛИТЕРАТУРА
1. Афонский А., Кудреватых Е., Плешкова Т. Малогабаритный мультиметр М-830В. - Радио, 2001, № 9, с. 25-27.
2. Нечаев И. Индикатор напряженности поля на микросхеме AD8307. - Радио. 2003, № 3, с. 64, 65.

И. НЕЧАЕВ, г. Курск
“Радио” №11 2004г.