ساخت یک مدار فرکانس شمار

.

.

در این مقاله به معرفی یک مدار فرکانس شمار با محدوده ی کار تا 30 مگاهرتز و دقت 100 هرتز می پردازیم که دستگاه اندازه گیری ساده و کارآمدی برای کارگاه شما خواهد بود. این فرکانس شمار در اصل برای استفاده در یک دستگاه گیرنده-فرستنده ی رادیوآماتوری موج کوتاه طراحی شده بود، به این خاطر در ادامه ی شرح این فرکانس متر (که برای فرستنده-گیرنده ی پیش گفته طراحی شده بوده) با قابلیت ها و فانکشن هایی روبرو می شوید که ممکن است مورد استفاده ای در اندازه گیری های شما نداشته باشند که شما می توانید آنها را نادیده بگیرید.

با ارایه ی این مقاله، همزمان، به وعده ای که در مقاله ی «ساخت یک دستگاه آنالایزر آنتن» داده بودیم عمل می کنیم و مدار یک فرکانس شمار مناسب برای آن پروژه را در اختیار خواننده قرار می دهیم.

روشن است که از این فرکانس شمار به عنوان یک دستگاه مستقل نیز می توان استفاده نمود و ساختن و در دسترس داشتن چنین وسیله ی اندازه گیری مفیدی همواره به هر دوستدار الکترونیک خدمت خواهد کرد.

قلب این مدار یک میکروکنترلر PIC است که با قیمت مناسبی تهیه می شود. به این آی.سی. تعدادی افزاره ی معمولی دیگر و یک نمایشگر ال.سی.دی. دارای یک سطر 16 کارآکتری اضافه می شود. در حقیقت آرزوی داشتن فرکانس شماری ساده تر از این آرزوی محالی بیش نیست!

.

نقشه ی شماتیک مدار

.

همچنین باید یادآور شد که دقت نمایش این فرکانس شمار 100 هرتز است که برای کاربردهای معمولی بیش از حد دقیق محسوب می شود.

در مدار این فرکانس شمار نکته ی تازه ای دیده نمی شود و در طراحی آن از روش های معمول استفاده کرده ایم. برنامه ی میکروکنترلر را یکی از دوستانم، که با این افزاره ها آشناست، بازنویسی کرد تا پایانه های Ra و Rb میکروکنترلر از یک طرف برای کاربرد در نمایش فرکانس تولید شده در مولد «آنالایزر آنتن» به عنوان عضوی از آن دستگاه، و از سوی دیگر برای کاربرد در اندازه گیری های متفرقه انطباق داشته باشد. برنامه را از اینجا دریافت کنید:

.

دریافت برنامه های مدار فرکانس شمار

دریافت عنوان: 10MHZ.HEX	دریافت عنوان: 10MHZ.HEX	دریافت عنوان: 4MHZ.HEX
دریافت عنوان: 4.915.HEX	دریافت عنوان: 8.9063MHZ.hex	دریافت عنوان: 10.7MHZ.HEX

.

شرح زیادی در خصوص نحوه ی کارکرد مدار نمی توان ارایه داد، زیرا تقریباً تمام کارها در داخل میکروکنترلر انجام می پذیرد. دو ویژگی این مدار اجازه می دهند تا بتوان از آن در اندازه گیری و نمایش فرکانس خروجی اغلب مولدهای فرکانس استفاده کرد: آرایش ورودی-خروجی های میکرو به دلخواه کاربر برای تطبیق دادن آن با حالت (مُـد) کاربرد در هر موردِ فرکانسی، و امکان تنظیم «نوسانگرهای فرکانس مبنا» به عنوان «فرکانس رفرنس» در طیف وسیعی از فرکانس ها برای استفاده در تنظیم فیلترهای کریستالی و جبران خطای کوارتزهای به کار رفته در آنها.

بیایید نگاهی به موضوع « آرایش فرکانس ورودی-خروجی» بیاندازیم:

-    پایانه ی ورودی-خروجی RB6 (مرتبط با S3): در صورت وجود پل (جامپر)  روی S3، همه ی ورودی-خروجی های دیگر غیرفعال می شوند. به عبارت دیگر، فقط همان فرکانس سنجیده شده نمایش داده می شود. در این حال می توان از آن در نمایش مستقیمِ فرکانس کار بخش های مختلف گیرنده ها و فرستنده ها استفاده کرد. در دستگاه «آنالایزر آنتن» ما هم این فرکانس شمار را در این «مُـد» با یک تکه کابل هم محور (کواکسیال) کوتاه به آن متصل می کنیم. در اندازه گیری مثلاً فرکانس IF یک گیرنده، فرکانس شمار را از طریق یک خازن 3/3 تا 47 پیکوفاراد به دستگاه تحت آزمایش وصل کنید تا میان دو مدار جداسازی DC اجرا شود. پس از آن می توان تنظیمات ضروری احتمالی را در گیرنده انجام داد.

اما اگر پل روی S3 را برداریم، همه ی ورودی-خروجی های میکرو فعال خواهند شد. این حالت کاری برای مواقعی مانند استفاده از فرکانس شمار در یک مدار مرّکب گیرنده-فرستنده با ساختمان سوپرهترودین (تبدیل فرکانس) و وجود فرکانس ها و فرکانس سازهای متعدد مناسب است.

-    پایانه ی ورودی-خروجی RB5 (مرتبط با S2): وقتی پل بر آن قرار گیرد، فرکانس یک نوسانگر بیرونی (مثلاً یک VFO) با مقدار فرکانس اندازه گیری شده جمع می شود. با برداشتن پل، فرکانس نوسانگر بیرونی از مقدار فرکانس اندازه گیری شده کم می شود. این فانکشن ها در اندازه گیری طبقات فرکانس میانی دستگاه های فرستنده-گیرنده کاربرد دارد و استفاده از آنها در دستگاه «آنالایزر آنتن» لزومی ندارند.

-    پایانه ی ورودی-خروجی RB4 (مرتبط با S1): اصلاح مقدار نمایش به اندازه ی باضافه یا منهای 1/5 کیلوهرتز برای رفتن به باند جانبی بالا یا پایین برای نشان دادن حالت های کارکرد «تک باند جانبی» (SSB) یا «موج پیوسته» (CW). اگر پل بر روی S1 قرار گیرد، اصلاح معادل 1/5- کیلوهرتز (باند جانبی پایین LSB)، و اگر برداشته شود، برابر 1/5+ کیلوهرتز (باند جانبی بالا USB) خواهد بود.

-    پایانه ی ورودی-خروجی RB0 (مرتبط با S4 ): با قرار گرفتن پل روی S4، نمایشگر مقدار مجموع فرکانس کار و عبارت USB به معنی «باند جانبی بالا» را نشان خواهد داد.

-    پایانه ی ورودی-خروجی RB1  (مرتبط با S5 ): با قرار گرفتن پل روی S5، مانند بالا علاوه بر فرکانس کار، عبارت LSB نیز نمایش داده خواهد شد.

-    با قرار دادن پل رو هر دو پایانه ی RA0 و RA1: عبارت CW که همان حالت ارسال «تلگرافی» است بر صفحه ی نمایش ظاهر خواهد شد.

مزیت وجود این پل ها در آن است که امکان اتصال فرکانس شمار را به عنوان دستگاه جانبی (Periphery) به رایانه می دهد. لازم به یادآوری نیست که تمام پایانه های میکروکنترلر را می توان به واسطه ی ترانزیستور و یا اُپتوکوپلر تحت کنترل و فرمان الکترونیکی نیز قرار داد. این امکان در طراحی و ساخت دستگاه های پیچیده تر بسیار مطلوب است.

میکروکنترلرها معمولاً در داخل خودشان «نوسانگر مبنای زمان» (Time base oscillator) دارند، طوری که مثلاً برای راه انداختن نوسانگرِ 16F84 فقط لازم است بین پایانه های 15 و 16 آن یک کریستال کوارتز به همراه دو خازن کوچک (برای تنظیم دقیق فرکانس) نصب کرد. اگر دستگاه فرکانس متر برای استفاده در یک دستگاه تجارتی در نظر گرفته شده باشد، مشکلی در استفاده از این نوسانگر داخلی در پیش نخواهد بود، اما اگر قرار است فرکانس شمار شما در دستگاه دقیق تری مورد استفاده قرار گیرد، نباید در قسمت نوسانگرِ میکرو از کوارتزهای خیلی ارزان محصول تولیدکنندگان ناشناس استفاده کنید. نمونه ی چنین کاربردهایی در امور رادیوآماتوری ساخت فیلترهای کریستالی باند باریک است.

تفاوت میان مشخصه های کریستال های کوارتز موجود در بازار بر حسب سازنده بسیار زیاد است. من خودم در میان وسایلم تعدادی کریستال 10 مگاهرتز دارم که برخی از آنها دقیقاً 10 مگاهرتز هستند، اما بخشی نیز حتی خطای «آفسِت»ی تا 9/997 مگاهرتز دارند (بسته به این که برای تشدید سری یا موازی ساخته شده باشند، که البته روی آنها درج نشده است!). باید دانست که در میکروکنترلرها اصلاح حدّی از انحرافِ فرکانس، که مقدار آن از یک کیلوهرتز بیش تر باشد، با اضافه کردن خازن تریمر هم ممکن نخواهد بود. البته امکان اصلاح نرم افزاری وجود دارد که این راه حل برای یک کار غیرحرفه ای بسیار دشوار است. راه دیگر برای حذف اثر خطای انحراف فرکانس، بالا بردن فرکانس مبنای زمانی تا حد ممکن است.

در هر صورت ما در طراحی خود راه حل ساخت نوسانگر بیرونی، بیرون از میکرو، را انتخاب کردیم. در مدار ما که پیرامون Q2 ساخته شده، به کمک خازن CV1 می توان به جبران انحراف فرکانسی تا 4 کیلوهرتز دست یافت.

نمایشگر LCD به کار رفته در مدار از نوع ساده و معمولی است که داری یک سطر و 16 کارآکتر می باشد که برای کاربرد ما کاملاً کفایت می کند.

.

نمایشگر ال.سی.دی. و نمونه ای از آنچه که نشان می دهد

.

ارزان ترین نوع آن فاقد روشنایی بود، اما ما نوع دارای روشنایی پشتی (Back light) را انتخاب کردیم که اندکی گران تر بود، اما بسیار حرفه ای تر به نظر می رسد. من برای روشن کردن روشنایی ال.سی.دی. پایه ی 16 آن را به زمین و پایه ی 15 آن را از طریق یک مقاومت محدودکننده ی جریان به 5+ ولت (بعد از تثبیت کننده IC4) وصل کردم. توجه بفرمایید که آنچه در شماتیک مدار در داخل قسمت خط چین قرار دارد، روی فیبر مدار چاپی نصب نمی شود.

.

.

مقدار اهمی این مقاومت باید طوری انتخاب شود که جریان گذرنده هیچگاه از 120 میلی آمپر بیش تر نشود. در بسیاری از موارد یک مقاومت 22 اهمی مناسب است. همچنین، در صورتی که از فرکانس شمار در یک وسیله ی قابل حمل و باتری خور استفاده می شود، خوب است که سر راه تغذیه ی روشنایی ال.سی.دی. یک کلید قرار دهید تا در مواقع غیرضروری بتوانید آن را خاموش و در مصرف باتری صرفه جویی کنید. توجه کنید که ال.سی.دی. با روشنایی 121/3 میلی آمپر و بی روشنایی فقط 1/3 میلی آمپر جریان می کشد!

پتانسیومتر P1 «کنتراست» یا درجه ی خاکستری نمایش کارآکترها را تنظیم می کند. اگر این پتانسیومتر درست تنظیم نشود، ممکن است هیچ کارآکتری روی نمایشگر دیده نشود، طوری که به نظر برسد دستگاه خاموش است و یا ال.سی.دی. خراب است!

ترانزیستور Q1 و افزاره های پیرامون اش یک تقویت کننده ی کوچک را شکل داده اند که سیگنال ورودی برای اندازه گیری را تا تراز ولتاژی لازم برای کار مطمئن در میکروکنترلر تقویت می کند. پایانه ی ورودی سیگنال به مدار را می توان به یک کانکتور فرکانس بالا (مثلاً از نوع SMA یا BNC)  مجهز کرد. اما اگر ارتباط مستقیم مورد نظر است، باید از کابل هم محور (کواکسیال) استفاده شود. اگر این ارتباط کوتاه باشد، حتی می توان از کابل هم محور صوتی نیز برای این منظور استفاده نمود. در صورت قوی بودن سیگنال ورودی، می توان در مسیر آن یک مقاومت قرار داد. همچنین در مواردی که احتمال تداخل DC بین دو دستگاه و تاثیر منفی بر دامنه ی سیگنال نوسانگر وجود داشته باشد، باید در مسیر کابل، یک خازن سرامیک 3/3 تا 47 پیکوفاراد قرار داد.

دامنه ی سیگنالی که به فرکانس شمار ما وارد می شود باید کمینه 10 میلی ولت، و بهینه 40 میلی ولت باشد. اما دامنه ی این سیگنال هیچگاه نباید از 400 میلی ولت تجاوز کند.

.

طرح فیبر مدار چاپی و راهنمای چینش افزاره ها بر آن. ابعاد واقعی فیبر 48×76 میلی متر است.

.

برای تنظیم فرکانس نوسانگر مدار به یک اسیلوسکوپ یا یک فرکانس شمار دقیق احتیاج است. تنظیم فرکانس با چرخاندن تریمر CV1 انجام می شود. اگر جوشن های خازن کاملاً همپوشانی پیدا کردند اما فرکانس همچنان انحراف داشت، باید یک خازن کوچک، در حدود 20 پیکوفاراد (یا در صورت لزوم با ظرفیتی بزرگ تر) را با تریمر موازی کنید تا به تنظیم صحیح برسید.

.

.

.

مطالب مرتبط:

ساخت یک دستگاه آنالایزر آنتن

ساخت یک دستگاه آنالایزر آنتن - پیشنهادی برای بهبود کارکرد مدار

.

.

www. etesalkootah.ir ||   2017-12-30 © 

2015 www.etesalkootah.ir  © All rights reserved.

تمامی حقوق برای www.etesalkootah.ir محفوظ است. بیان شفاهی بخش یا تمامی یک مطلب از www.etesalkootah.ir در رادیو،  تلویزیون و رسانه های مشابه آن با ذکر واضح "اتصال کوتاه دات آی آر" بعنوان منبع مجاز است. هر گونه  استفاده  کتبی از بخش یا تمامی هر یک از مطالب www.etesalkootah.ir در سایت های اینترنتی در صورت قرار دادن لینک مستقیم و قابل "کلیک" به آن مطلب در www.etesalkootah.ir مجاز بوده و در رسانه های چاپی نیز در صورت چاپ واضح "www.etesalkootah.ir" بعنوان منبع مجاز است.