Частотомер предназначен для использования в радиолюбительской практике. Он измеряет частоту до 1 МГц (999999 Гц) с дискретностью в 1 Гц без переключения пределов измерения. Чувствительность входного устройства (S1 в положении 1:1) 0,05, при входном сопротивлении 1 МОм. Максимальный ток потребления не более 0,2 А при напряжении питания 9...11 В (основной ток потребления ложится на светодиодные индикаторы). Схема прибора разработана таким образом, чтобы можно было использовать наиболее распространенные микросхемы серий К561 и К176, и при этом разнообразие типов микросхем было бы минимальным (чтобы упростить комплектацию).


Всего в приборе используется 9 микросхем К561ЛА7, 7 микросхем К561ИЕ10 и 6 микросхем К176ИД2.

Принципиальная схема прибора состоит из трех функциональных узлов: входной усилитель формирователь с ключевым устройством (рисунок 1), схема управления с кварцевым генератором (рисунок 2) и шестиразрядный счетчик с ячейками памяти (рисунок 3).

Принципиальная схема входного формирователя (рисунок 1). Измеряемый сигнал через гнездо Х1 и конденсатор С1 поступает на частотно-корректированный делитель на R1, R2, С2, С3. Коэффициент деления 1:1 или 1:10 устанавливается переключателем S1. Далее сигнал поступает на затвор полевого транзистора VT1. Цепочка R3 VD1-VD6 защищает этот транзистор от перегрузки по входу (ограничивая входной сигнал расширяет динамический диапазон входа).

С выхода VT1 сигнал поступает на дифференциальный усилитель, собранный на двух идентичных транзисторах микросборки DA1. На его выходе включен транзистор VT2. С выхода усилителя сигнал поступает на формирователь импульсов на элементах D1.1 и D1.2, и далее, на ключевое устройство на D1.3 и D1.4. Управление ключом производится по выводу 9 D1.3. При подаче на него логической единицы ключ пропускает импульсы на выход D1.4. Подача нуля на вывод 9 D1.3 блокирует прохождение импульсов.

Принципиальная схема шестиразрядного счетчика показана на рисунке 3. Схема состоит из трех одинаковых функциональных узлов (N1, N2 и N3), в состав каскадного из которых входит двухразрядный десятичный счетчик с двумя дешифраторами, снабженными ячейками памяти, и двумя светодиодными индикаторами. На рисунке 3 показана только схема узла N1, остальные два узла построены по точно таким же схемам.

В качестве счетчика используется микросхема К561ИЕ10 (D1), она содержит два двоичных счетчика (D1.1 и D1.2). Ограничение счета каждого из счетчиков до 10-ти возложено на микросхему D2. На её элементах собраны два простейших дешифратора числа 10, которые, при установке счетчика в положение 10 (1010) формируют на своем выходе логическую единицу, поступающую на вход R счетчика, и переводящую его в нулевое состояние. Таким образом каждый счетчик считает от нуля до девяти, а при поступлении на его вход С десятого импульса, сразу же переходит в нулевое состояние.

На выходах счетчиков включены семисегментные дешифраторы D3 и D4 на микросхемах К176ИД2. Эти дешифраторы имеют входные триггеры, которые служат для запоминания кодов, поступающих на их входы. При подаче положительно импульса (единицы) на выводы 1 D2 и D3 эти дешифраторы записывают информацию на своих кодовых входах и передают её в семисегментном виде на индикаторы.

При нуле на выводах 1 D3 и D4 дешифраторы индицируют последнее записанное в них число и не реагируют на изменение кодов на их входах "1", "2", "4" и "8". Это позволяет совместить время индикации и время счета и таким образом значительно увеличить быстродействие частотомера и исключить мигание индикаторов либо мелькание цифр во время измерительного периода.

Если измеряемая частота меняется, то показания прибора меняются через каждые 1,5 секунды без каких либо промежуточных этапов. Это обстоятельство дает возможность более оперативно отслеживать изменение частоты, при работе с прибором.

Счетчики (один на D1.1, D2.1, D2.2, а второй на D1.2, D2.3, D2.4) включены последовательно — импульсы с выхода "8" D1.1 поступают на вход С D1.2. А импульсы с выхода "8" D1.2 поступают на вход С счетчика D1.1 узла N2. Таким же образом, последовательно с узлом N2 включен узел N3.

Рис.2
Схема устройства управления показана на рисунке 2. На эту схему возложены задачи по формированию временного интервала в одну секунду, в течении которого происходит подсчет входных импульсов, а также формирование сразу после истечения времени измерения импульса записи информации в триггеры дешифраторов, и формирование импульса обнуления счетчиков схемы на рисунке 3.

В качестве опорного генератора (рисунок 2) используется мультивибратор на элементах D8.1, D8.2 и D8.3. Частота определяется кварцевым резонатором Q1 на 4 МГц. По справочным данным, эта частота является верхней пороговой частотой для логических элементов микросхемы К561ЛА7, питаемой напряжением 10В. И поэтому, было бы желательнее использовать резонатор на частоту 400 кГц или другую не более 1 -2 Мгц.

Но в продаже часто встречаются резонаторы на 27 МГц, 8 МГц и 4 МГц, и практически нет резонаторов на более низкие частоты. Поэтому было решено использовать резонатор на 4 МГц. Как показала практика, мультивибратор на К561ЛА7 с таким резонатором запускается и работает достаточно устойчиво.

Импульсы с выхода мультивибратора поступают на шестиразрядный десятичный делитель на счетчиках микросхем D1-D3. Общий коэффициент деления этого делителя получается равным 1000000 и на выводе 14 D3.2 получаются импульсы частотой 4 Гц. Эти импульсы поступают на устройство управления на счетчике D4. В исходном состоянии счетчик D4 находится в нулевом положении.

При этом на всех его выходах, и на выходе "4" будут нули. Это приводит к тому, что на выходе D9.1 будет единица, которая поступает на вывод 9 (рисунок 1) ключевого элемента D1.3. Ключ открывается и с выхода D1.4 (рисунок 1) импульсы поступают на вход "С" счетчика (рисунок 3). И этот счетчик ведет подсчет входных импульсов. Продолжаться это будет до тех пока счетчик D4 (рисунок 2) считает до 4-х. С поступлением 4-го импульса на его вход истечет временной период в 1 секунду и на выводе 5 D4 уровень сменится на единичный.

Одновременно на выходе D9.1 уровень станет нулевым и ключ (рисунок 1) закроется. Прекратится поступление импульсов на вход "С" счетчика (рисунок 3). В тоже время элемент D9.2 (рисунок 2) и цепь С3 VD1 R4 сформирует положительный импульс "S", который поступит на выводы 1 всех дешифраторов (рисунок 3) и запишет в них коды результата измерения.

Затем, на вход D4 (рисунок 2) поступит пятый импульс и на его выходах установится код "101", в результате на оба входа элемента D8.4 поступят единицы и на выходе этого элемента установится ноль, который поступит на вход "R" шести разрядного счетчика (рисунок 3) и переведет все его разряды в нулевое состояние.

Затем, на вход D4 (рисунок 2) поступит шестой импульс. На его выходах будет код "110". Уровень на выходе D8.4 сменится на единичный. В тоже время единица появится на выходе D9.4 и счетчик D4 установится в нулевое положение. Далее начинается следующий цикл измерения и весь процесс повторяется.

Рис.3
Таким образом, время полного цикла измерения составляет 1,5 секунды. При этом индикаторы не гаснут и не мелькают цифрами, обновление информации на них происходит каждые 1,5 секунды.

Частотомер собран на универсальной макетной печатной плате. Индикаторы Н1-Н6 закреплены на отрезке красного прозрачного оргстекла, выполняющего роль передней панели прибора. Соединение между индикаторами и всей схемой выполнено жгутом из 43 проводников.

Большинство микросхем К561ЛА7 можно заменить на К176ЛА7, кроме микросхем D8 и D5 устройства управления (рисунок 2). Резонатор желательно взять на 400кГц (если есть такая возможность), потому что некоторые экземпляры К561ЛА7 не желают запускаться на такой частоте и микросхему для D8 придется подбирать (сборку частотомера имеет смысл начать с мультивибратора на D8.1-D8.3 и его проверки в работе).

Если взят резонатор на 400 кГц нужно исключить один из счетчиков (рисунок 2), например D3.2, а импульсы на вход D4 подавать с вывода 6 D3.1. Индикаторы АЛС333Б можно заменить на любые другие светодиодные, если будут индикаторы с общим катодом нужно на выводы 6 микросхем К176ИД2 вместо единицы подать нуль.