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Frequenzimetro 1.3GHz Parte 1 Stampa E-mail
Scritto da IK0OTG   
Lunedì 23 Febbraio 2009 01:01

 

Frequenzimetro 1.3GHz

Titolo_italiano Parte 1

 Dopo la pubblicazione sul numero 12 /2006 di Radio Kit Elettronica      

 del frequenzimetro con PIC 16F628A, ho cercato di migliorarne le

 prestazioni apportando alcune modifiche sia all’ HW che al SW.

 Le caratteristiche della nuova versione sono:

 

 

 

 

 

Caratteristiche tecniche

 

Campo di misura

  • 300 Hz  – 50 Khz con risoluzione 1 Hz o10 Hz

  • 50 Khz  – 52 Mhz con risoluzione 1 Hz o 10 Hz

  • 30 Mhz – 1.3 Ghz con risoluzione 10 Hz o 100 Hz

 

Sensibilità

  • 300 Hz – 1 Khz >= di -20dBm / 600 Ω ( circa 77mV)

  • 1 Khz – 10 Khz >= di -35 dBm / 600 Ω (circa 13 mV)

  • 10 Khz – 100 Khz >= di -40dBm / 600 Ω (circa 8 mV)

  • 100 Khz – 40 Mhz >= di -28 dBm / 50 Ω (circa 9 mV)

  • 40 Mhz – 50 Mhz >= di -25 dBm / 50 Ω (circa 13 mV)

  • 50 Mhz –1300 Mhz >= di -26 dBm / 50 Ω (circa 11 mV)

 

Indicazione sul display

Modo di misura

  • NOT IF

  • IF – VFO

  • VFO – IF

  • IF + VFO

Range di misura

  • 50K

  • 50M

  • 1G3

Risoluzione

  • 1 Hz

  • 10 Hz

  • 100Hz

Tempo di conteggio e di trasferimento (GATE)

  • Due asterischi presenti uno durante il tempo di conteggio e l’altro durante il tempo di trasferimento dati

Alimentazione

  • senza retro illuminazione, batteria interna da 9 V, durata ≈ 50 h

  • con retro illuminazione, alimentatore esterno da 9 a 13 Vcc oppure 9 Vac

Dimensioni mm 142x64x35

 

 

Schema elettrico

In figura 1 è riportato lo schema elettrico realizzato con il CIRCAD, versione 4.20t, il noto programma gratuito ( www.holophase.com) per schemi e PCB. Nella sezione download di questo sito potete scaricare lo schema originale.

 

figura1

  

Fig. 1

Il tutto è composto da pochi pezzi. Partendo dal connettore BNC1 troviamo i diodi D1 e D2 in antiparallelo che servono a tosare i segnali troppo forti che potrebbero danneggiare Q1 e U1. Il transistor Q1, ed i relativi componenti, costituiscono un preamplificatore per le frequenze sino a 50 Mhz. Per migliorare la sensibilità e l’adattamento di impedenza alle frequenze superiori a 100Mhz, ho inserito due perline di ferrite (Amidon FB 43 101) sui reofori di C2 (L2 ed L3 dello schema). Al di sopra dei 100Mhz la reattanza di L2 ed L3 è molto alta ed il segnale vede soltanto i 50 Ω dell’ U664; il gruppetto R4 C6 è un filtro di Bassa Frequenza che serve per migliorare la capacità di misura sino a 50Khz. Di fatto avevo verificato che con alcuni generatori di bassa frequenza, le misure di segnali deboli al di sotto di 10 – 20Khz risultavano molto difficoltose o impossibili, specialmente se l’impedenza d’uscita del generatore era superiore a 50Ω.      Questo problema lo avevo parzialmente risolto con il filtro R4 C6 e con la perlina di ferrite sull’emettitore di Q2, sacrificando la capacità di misurare oltre i 30Mhz. In questa versione ho preferito estendere la capacità di misura senza prescaler sino a 52Mhz e mettere un interruttore (SW5) FILTER che inserisce il filtro solo se necessario e con effetto solo nella banda 52Mhz, inoltre ho cambiato il valore di C6 in modo da limitare drasticamente la banda passante. Se si inserisce il filtro, sul display viene visualizzato il nuovo limite di banda. La presenza del filtro di BF mi ha permesso anche di estendere in basso la capacità di misura. Il valore di C2 è passato da 22nF a 100nF ed ora si possono misurare valori di 300Hz a -20 dBm.

Tramite uno scambio di RL1, il segnale amplificato passa sulla base di Q2 che costituisce l’amplificatore squadratore; L1 serve per linearizzare il guadagno alle frequenze più alte.

Il segnale da misurare amplificato da Q1 e squadrato da Q2, è applicato all’ingresso del PIC tramite R8. Questa resistenza ha il compito di limitare la corrente sulle porte del PIC e contemporaneamente di evitare che il collettore di Q2 sia cortocircuitato a massa, quando il PIC mette a 0 le suddette porte.

Ritornando su BNC1, tramite il condensatore C1 il segnale è applicato anche all’ingresso dell’integrato U1 che è il ben noto U664. Questo integrato, nato come prescaler per i sintetizzatori dei televisori e quindi facilmente reperibile, incorpora al suo interno un preamplificatore ed un divisore per 64 capaci di operare da 30 Mhz sino a 1,3 Ghz. L’uscita di U1 è costituita da un’onda quadra con una frequenza che varia da 0,468 Mhz a 20,3 Mhz (30 Mhz/64 e 1,3 Ghz/64) avente un’ampiezza di circa 1Vpp.

Quando RL1 è alimentato, l’uscita di U1 è collegata all’ingresso di Q2, ulteriormente amplificata ed inviata al PIC per essere contata.

RL1 è un micro relè con bobina a 5V comandato direttamente dal PIC. Visto che il relè della NEC utilizzato nel prototipo, è praticamente introvabile, ho modificato il circuito per utilizzare quello della NAIS modello TQ2-5V; per questo ho dovuto aggiungere la resistenza R14 da 330 Ω ed il diodo zener D4 da 5.1V. Poiché il relè è comandato direttamente dal PIC, ho sostituito il doppio interruttore a slitta della vecchia versione con un pulsante (SW4) denominato BND (band) che, quando premuto, dice al PIC di cambiare banda, ossia di passare da 52Mhz a 1.3Ghz o viceversa e di scrivere sul display il valore della banda inserita

Per risparmiare corrente ed allungare la vita della batteria, con l’altro scambio del relè ho tolto tensione a U1, quando si utilizza Q1 e viceversa.

In posizione 50 Mhz avremo:

  • SW4 è aperto

  • RL1 è a riposo

  • Q1 è alimentato

  • al PIC arriva l’uscita di Q1 – Q2

  • il PIC conta direttamente

  • U1 è senza alimentazione

In posizione 1,3 Ghz avremo:

  • SW4 è chiuso

  • RL1 è attratto

  • U1 è alimentato

  • al PIC arriva l’uscita di U1 – Q2

  • il PIC, il cui piedino 1 è stato collegato a massa quando è stato pigiato SW4 (BAND), moltiplica per 64 quello che conta

  • Q1 è senza alimentazione

Il resto è intuibile, U2 è il regolatore di tensione del tipo piccolo (78L05), D3 serve a proteggere il tutto da possibili inversioni di polarità dell’alimentatore esterno ed eventualmente a rettificare l’alternata qualora decidiate di alimentare il tutto con un semplice trasformatorino con secondario a 9 - 10 Vac. I gruppi Z1 C8, Z2 C11, Z3 C13 servono per disaccoppiare le alimentazioni.

R6 è la resistenza da 2 W che regola la corrente di retro illuminazione del display quando si utilizza un alimentatore esterno, in questo caso non può essere sostituita con un diodo perché per la retro illuminazione non si utilizza il 5 V ma direttamente il 9 -12V. La potenza dissipata da questa resistenza dipende dalla tensione di alimentazione e per evitare che scaldi troppo (vedi REALIZZAZIONE PRATICA) sarebbe opportuno utilizzare un alimentatore esterno da 9 - 10 Vcc. A proposito di alimentatori esterni, fate molta attenzione a quelli di piccola potenza, perché in genere non sono stabilizzati ed alcuni, a vuoto o con poco carico, erogano tensioni molto più alte della nominale.

 

 

 

Il PIC 16F648A

Questo PIC costituisce il frequenzimetro vero e proprio, vale a dire l’oggetto che conta quanti cicli arrivano al suo ingresso (i piedini 2 e 12) in un certo intervallo di tempo fisso e preciso, elabora i dati misurati ed il risultato lo invia al display che provvede a trasformarlo in numeri e lettere comprensibili dal genere umano. Come riferimento per l’intervallo di tempo il PIC utilizza l’oscillatore a quarzo da 4 Mhz che è sufficientemente stabile (ossia fisso) per la classe di questo strumento, mentre per renderlo preciso è stato inserito il condensatore variabile CV1 che poi vedremo come deve essere tarato.

Nei ricevitori che non hanno un indicatore digitale della frequenza, per conoscere la frequenza di ricezione si usa misurare la frequenza dell’oscillatore locale e, conoscendo il valore della IF, si calcola quella di ricezione. Questo frequenzimetro, come altri, esegue automaticamente questi calcoli. R10 SW3 ( INC della tastiera) e R11 SW2 (IF della tastiera) servono per indicare al PIC l’eventuale valore di IF e come conteggiarla per risalire alla frequenza ricevuta dal ricevitore.

R13 SW4, come già detto, servono per informare il PIC che deve inserire il prescaler che divide per 64 e che pertanto lui deve moltiplicare per 64 i valori letti al suo ingresso.

R12 C12 sono un circuito di ritardo che serve per resettare il PIC all’accensione.

 

Le variazioni rispetto alla versione precedente sono:

  • PIC 16F648A pin to pin compatibile con la 16F628A ma dotata del doppio di memoria

  • Uso di TMR1 anziché di TMR0 per avere una maggior capacità di conteggio e quindi misure più precise. Ora l’ingresso del segnale da misurare è su i piedini 2 e 12.

  • Eliminazione della perlina di ferrite sull’emettitore di Q2, aggiunta delle perline di ferrite sui reofori di C2, aggiunta del trimmer VR2 e modifica del valore di R5 da 22KΩ a 18KΩ . Poiché il circuito si è rivelato molto stabile ho tolto la perlina che riduceva la sensibilità alle frequenze al di sopra dei 20Mhz. A proposito di sensibilità, è da tener presente che potreste trovare valori diversi da quelli che ho indicato, in quanto essendo Q2 solo parzialmente contro reazionato, il guadagno ed il punto di lavoro di questo amplificatore dipendono dal β (coefficiente di amplificazione) del transistor che, come noto, varia da esemplare ad esemplare. Per questo ho inserito VR2 variando il quale è possibile ottimizzare la sensibilità (vedi taratura). Se per leggere 50Mhz, dopo aver regolato VR2, dovessero essere necessari valori più alti di -20 dBm provate a cambiare il transistor.

  • Sostituzione del LED lampeggiante D6 e del valore della resistenza R9. Per economizzare corrente avevo usato un led lampeggiante che però risultava fastidioso. Lo ho sostituito con un LED piccolo da 2.5 mm ed ho ridotto la sua corrente portando R9 a 560 Ω.

 

Realizzazione pratica

 

In figura 2 vedete l’interno del frequenzimetro.

 

FIG2

 

Fig. 2

Il tutto è stato realizzato su due circuiti stampati (PCB) inseriti all’interno di una scatola di plastica della TEKO (modello 10008.9). Sulla destra vedete il più piccolo dei due PCB che costituisce la tastiera, mentre il più grande, (97 x 58 mm) è parzialmente coperto dal display.

Notate in basso l’interruttore (SW5) che inserisce il filtro BF ed accanto il trimmer (VR2) che serve a regolare il punto di lavoro e la sensibilità di Q2

Sulla destra la tastiera che è diversa dalla precedente versione ed è collegata con solo 5 fili anziché 6 come prima.

In alto nella foto , notate che non ho inserito la resistenza R6 da 2W per la retro illuminazione. Anche se sul circuito stampato è presente il posto e la serigrafia per questa resistenza, vi consiglio di non montarla perché il calore generato dalla resistenza e da i led del display provocano un riscaldamento del quarzo a 4Mhz con conseguente perdita di stabilità delle misure. D’altro canto la retro illuminazione è del tutto inutile, in quanto nelle normali condizioni di illuminazione dei locali, neanche si nota, poi se è disponibile la rete elettrica per alimentare il frequenzimetro e tutto il resto, lo sarà anche per illuminare il locale.

In figura 3 vedete lo stesso PCB senza il display.

 

 

FIG3

 

Fig. 3

Sulla destra trovate la resistenza R14 330 Ω ½ W ed il diodo Zener D4. Il relè RL1 questa volta è di colore grigio. Anche in questa versione il PCB è fissato sulla scatola di plastica con solo 3 viti parker, la quarta sarebbe dovuta stare sotto al connettore BNC.

Il rettangolino giallo in alto è la presa di alimentazione esterna P1 con accanto l’interruttore di accensione SW1. Al centro troviamo il PIC, in basso da sinistra si vede il connettore BNC1 da circuito stampato, il divisore U1 ed il relè RL1.

Come potete notare, gli unici fili sono quelli della batteria ed il pezzetto di cavo nastro a 5 fili per collegare la tastiera. I due PCB sono mono faccia con un ponticello alla destra del PIC.

In figura 4 è riportato il disegno lato rame e la foto dei PCB.

  

 

FIG4A

 

FIG4B

 

Fig. 4

 

 

In figura 5 è riportata la foto dei PCB lato componenti. Per L1 ho previsto i doppi fori, così sarà possibile montare sia le induttanze rettangolari Neosid sia quelle cosi dette a “funghetto”. Notate il ponticello alla destra del PIC ed R8 che ha un reoforo più lungo (entrambi in parte sotto a Z1). Il condensatore C12 è inserito all’interno dello zoccolo del PIC e pertanto dovrete usare uno zoccolo con al centro una fessura ( quasi tutti sono così).

 

FIG5

 

 

Fig. 5

 

 

Segue su parte 2.

 

 

Titolo_italiano

Ultimo aggiornamento Venerdì 03 Giugno 2011 09:52