Практически все цифровые частотомеры имеют кварцевый генератор опорной частоты. Причем кварцевый резонатор требуется на какую-то определенную частоту, и найти необходимый резонатор оказывается значительно сложнее чем все остальные детали. К тому-же наиболее доступные резонаторы на 4 или 8 Мгц (от систем ДУ телевизоров) плохо работают с микросхемами КМОП и МОП и требуют строить генератор образцовой частоты на нескольких счетчиках ТТЛ, что значительно увеличивает ток потребления и общую стоимость устройства.
В связи с этим был разработан простой цифровой частотомер, использующий в качестве образцовой частоту электросети 50 Гц. Безусловно, точность получится ниже чем при кварцевой стабилизации (достаточно вспомнить "легендарные" радиобудильники, синхронизируемые от сети переменного тока, "уходящие" за сутки на 10-15 минут), но укладывается в класс погрешности 1%, что в большинстве случаев в радиолюбительской практике, достаточно.
Частотомер измеряет частоту электрических колебаний в двух поддиапазонах: до 10 кГц и до 100 кГц. Индикация четырехразрядная, светодиодная. Уровень минимального входного сигнала 1 В, максимального 30 В. Входное сопротивление 20 кОм.
Принципиальная схема показана на рисунке 1. Частотомер построен по классической схеме, когда после времени измерения (мелькания цифр) следует время индикации. Такая схема работает медленно (на пределе 10 кГц весь процесс занимает около 3 секунд), но зато она значительно проще "быстрых" частотомеров, не требует дополнительных ячеек памяти или специальных дешифраторов.
Функционально прибор состоит из четырех узлов (не считая источника питания): входного формирователя импульсов на транзисторах VT1-VT4, четырехдекадного счетчика на микросхемах D5-D8, устройства управления на микросхемах D1 и D2, и формирователя опорной частоты на элементах VD3, VD4, D3, D4 и обмотке 3 Т1.
Формирователь образцовой частоты работает таким образом : переменное напряжение с обмотки 3 сетевого трансформатора Т1 поступает на выпрямительный мост VD3. На его выходе получается импульсное напряжение удвоенной частоты (отрицательная полуволна развернута в сторону положительной).
Таким образом на выходе моста имеется 100 Гц. Это напряжение значительно выше напряжения логической единицы для К176 и составляет, взависимости от трансформатора 20-30В. Оно поступает на параметрический стабилизатор на R16 и VD4, который ограничивает его до 8-9В и придает ему более прямоугольную форму.
В результате на стабилитроне имеются короткие отрицательные импульсы, частота следования которых 100 Гц. Эти импульсы поступают на вход десятичного делителя частоты, состоящего из двух, включенных последовательно счетчиков — D3 и D4. На выходе D3 имеются импульсы частотой 10 Гц, а на выходе D4 — 1 Гц. Переключателем S2 выбирается предел измерения.
Входной сигнал через разъем ХР1 поступает на дифференциальный усилитель-ограничитель на транзисторах VT1 и VT2. С нагрузки этого усилителя — R5 сигнал поступает на инвертор на VT3. Резистор R8 создает между этими каскадами положительную обратную связь, обеспечивая им триггерный характер работы.
Макет печатной платы 1
При этом на коллекторе VT3 формируются импульсы с крутыми спадами и фронтами, частота следования которых соответствует частоте входного сигнала. Затем следует ограничитель на транзисторе VT4.
Далее импульсы поступают через ключ на элементе D1.1 на вход четырехдекадного счетчика. D1.1 пропускает импульсы только тогда, когда на его вывод 13 поступает низкий логический уровень.
Устройство управления работает таким образом: на вход С триггера D2.2 непрерывно поступают импульсы от формирователя образцовой частоты, а на вход С D2.1 — импульсы от генератора запуска на элементах D1.2 и D1.3 (от периода этих импульсов зависит время индикации, устанавливается время индикации резистором R14).
Допустим, оба триггера находятся в нулевом состоянии. В это время уровень логической единицы на инверсном выходе D2.2 поступает на вывод 13 D1.1 и закрывает D1.1. В этот момент прохождение импульсов на счетчик через D1.1 прекращается. С появлением на входе С D2.1 импульса от генератора запуска D2.1 переходит в единичное состояние и единицей на своем прямом выходе подготавливает триггер D2.2 к дальнейшей работе.
Одновременно на вывод 9 D1.4 поступает логический нуль. Очередной импульс от формирователя образцовой частоты обнуляет счетчики D5-D8 (через элемент D1.4) и переключает триггер D2.2 в единичное состояние, при этом ключ на D1.1 открывается и пропускает импульсы на четырехдекадный счетчик.
