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自制2.4GHz数字频率计
文章长度[2445] 加入时间[2006/7/1] 更新时间[2024/5/22 23:52:00] 级别[3] [评论] [收藏]


2003年,第8期,类别:电子制作


    业余电子爱好者大都希望有一台数字频率计。目前,数字集成电路价格不断下降,各种拆机保用件更是价廉物美,原来上百元一块的微波分频器MB506邮购价已降到4元左右,这给自制数字频率计提供了很大方便。不久前,本人用邮购的数字集成电路自制了一台2.4GHz数字频率计,成本仅几十元。该频率计测频范围分10Hz~50MHz、50MHz~2.4GHz两挡;输入灵敏度达30mV;由于对晶振电路采取了简易恒温措施,故频率稳定度可达10-6。现将制作方法介绍如下:
    电路原理
    该频率计的电路如图所示,共由六部分组成。
    1. 八位计数器。 由4块74HC390,8块70LS247和8个共阳数码管等构成,因本电路在其他电子报刊上多有介绍,故原理从略。该计数器计数频率可达到50MHz(气温低时实测可达70MHz)。为简化电路,八位数码管共用一个限流电阻。另外,考虑到业余制作频率计要求不高,本电路既未设置计数消隐,也未利用集成块的无效零清隐功能。如果有的爱好者认为需要,可参考有关资料加上。
    2. 微波分频电路。 由一块MB506及外围元件构成,MB506是一块有64、128、256三种分频比的微波分频电路,最高工作频率2.4GHz。改变③、⑥脚的接法,可得到不同分频比,本电路中的接法为128分频。由于MB506自带放大、整形电路,故应用电路极为简单。②脚为电源端,由K1-2控制,当使用50MHz~2.4GHz挡时接入+5V,不用时断开,以减小干扰。④脚为输出端,由K1-1控制其是否接入电路。
    3. 50MHz放大整形及闸门电路。 由一块74HC00及外围元件组成。74HC00是2输入四与非门,其中两个与非门接成非门形式,组成放大整形电路。电阻R5和R6为偏置电路,一些书刊介绍CMOS非门作放大器时应偏置到电源中点,但本人实验证实,用1MΩ和1.3MΩ的电阻构成偏置电路灵敏度最高。另一与非门构成闸门电路,一输入端接被测信号,另一输入端接闸门控制信号。
    4. 时基产生电路。 由晶振电路、分频电路和恒温电路构成。74LS04的三个非门构成晶振和缓冲输出电路,该部分电路单独组成一体,用一金属壳封闭起来,装入简易恒温槽中。恒温电路由LM324的一个运放和负温度系数热敏电阻R10、加热电阻R9等组成,8050作开关三极管用,配合L324用于控制加热电阻的通断。发光管是加热指示灯。按照图中元件数值,恒温槽温度为40℃左右。热敏电阻R10、加热电阻R9均装入恒温槽内。方法是,在保证绝缘和导热的情况下,把这两个电阻贴在晶振电路金属壳上。恒温槽的制法是,找一块硬质泡沫塑料,切成适当大小的立方体,在其中部挖一个洞,将上述电路和元件一起装入洞中,再用泡沫塑料把洞口封闭,引出导线即可。但应给调整微调电容留个口,待调整完后再堵上。10MHz晶振产生的信号经4块74HC390分频,取出1Hz信号作为50MHz挡时基信号接入测量控制电路。同时,本分频器可输出从10MHz到0.1Hz的9个点频信号供测试用。由于MB506的分频比为128,不是十进制,当采用1Hz时基时,读数需乘以128才是实际频率,不太直观。为此,使用二进制分频电路CD4040,将74HC390输出的100Hz信号进行128分频,得到周期1.28s的时基信号,用于50MHz~2.4GHz挡作为时基,再用K1-4改变小数点位置,就可以直接读数了,单位是MHz。
    5. 测量控制电路。 由一块CD4017构成。其CP端输入1s或1.28s时基信号,输出Q0用于计数器清零,Q1用于计数测频,Q2、Q3、Q4用于显示,Q5用于4017复位。
    6. 电源电路。 未稳压的10V输出用于恒温电路及数码管显示,5V稳压输出供数字电路使用。
    制作与校准
    上述电路的1、3、5部分及时基分频电路可装在一块印刷板上,数码管应装在印制板一端便于显示的位置。有条件者最好设计制作双面印刷板,以得到更好的效果。微波输入部分单独用一块印刷板,外面需加屏蔽罩,并注意接地点的选择,以免造成干扰。电源和恒温控制电路可安排在一块板上。整个频率计应装入一个适当的金属外壳中,全机电路应做到一点接机壳。安装完毕试机正常即可进行校准,校准工作在开机十几分钟、恒温槽进入恒温状态后进行,方法有二:一是用本频率计测量已知标准频率信号,微调本机电容C10,使显示值与标准频率相同。二是用标准频率计测量本机10MHz晶振信号,微调C10,使标准频率计显示10MHz。

                                     山东  郑茂欣



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