Использование стандартов частоты для домашней лаборатории

Частотомер для домашней лаборатории

Это небольшая микрокомпьютерная система на базе микропроцессора типа 6803 (Motorola). Микропроцессор в своем составе имеет ОЗУ, таймер, два параллельных и один последовательный порт и другие полезные устройства. Инструкции микропроцессора включают 8-ми битный умножитель, несколько инструкций для 16-ти битных операций использование которых удобно. К большому сожалению данный тип процессора в настоящее время устарел и снят с производства.

Счетчик в своем составе имеет ТТЛ микросхемы с быстродействием до 40 МГц и предварительный делитель до 600 МГц. На высоких частотах частотомер имеет разрешение в 1 Гц. Положительный или отрицательный сдвиг результатов измерения реализуется программно и устанавливается на цифровой клавиатуре устройства (необходимо для цифровых шкал). Дополнительно реализована функция измерения емкости конденсаторов. Эта функция реализована с использованием таймера 555. Внутренний опорный генератор работает на частоте 2 МГц, разрешение 1 Гц и стабильность частотомера зависят от характеристик этого опорного генератора. Для повышения точности и стабильности параметров частотомера к нему подключается внешний блок формирования эталонной частоты 2 МГц. Он реализован с использованием MSF стандарта частоты 60 кГц, передаваемый по эфиру на длинных волнах (VLF). MSF Off-Air Standard.

Частотомер посредством интерфейса RS232 подключается к персональному компьютеру. Специальное программное обеспечение обрабатывает данные от частотомера и выводит результаты в виде графика на дисплей монитора. Ниже показанный скриншот (экранный снимок) показывает результат работы программы и измерений частоты. В опыте проверялась долговременная температурная стабильность частоты любительского трансивера Yaesu FT707, при этом трансивер переводился в режим передачи АМ сигнала с низкой мощностью. Сигнал от трансивера через аттенюатор подавался на частотомер. Общий результат измерения частоты зависит от суммарных изменений частоты гетеродина (синтезатора) и опорных кварцевых генераторов для режима передачи.

MSF стандарт частоты расположен в Великобритании недалеко от города Рагби (графство Уорикшир). Радиостанция работает на частоте 60 кГц, несущая часота модулирована цифровыми сигналами в формате А1А и стабилизирована с высокой точностью по атомному стандарту частоты.

Для использования MSF стандарта необходим прием и выделение опорной частоты 60 кГц и синхронизация с ней местного генератора 6 МГц методами фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Частота 6 МГц делится на 100 для получения частоты 60 кГц используемой в блоке ФАПЧ. Также эталонная частота 6 МГц делится на 3 для получения частоты 2 МГц используемой в частотомере.

Два сигнала с частотой 60 кГц сравниваются в фазовом компараторе CD4503. При работе системы ФАПЧ местный генератор 6 МГц (кварцевый генератор управляемый напряжением - КГУН) синхронизируется с частотой 60 кГц MSF стандарта частоты. Устойчивость системы ФАПЧ достигается за счет большой постоянной времени фильтра ФАПЧ (5 - 8 сек).

Это довольно простая конструкция с использованием фазового компаратора 4503 и в то же время надежна в практическом использовании. В качестве других аналогичных устройств можно порекомендовать мультиплексоры 4051/2/3 или двусторонний переключатель 4016. MSF приемник обеспечивает прием сигналов на короткую магнитную антенну на небольшом удалении от радиостанции. Он собран по схеме приемника прямого усиления на 3-х каскадах, два из которых резонансные для увеличения селективности. Четвертый каскад формирует ТТЛ сигнал с частотой 60 кГц.

Этот принятый сигнал подается на один из входов фазового компаратора. В блоке фазовой автоподстройки кроме получения частоты 2 МГц получаются еще 11 дополнительных эталонных частот. Дополнительные делители не показаны.

Источник: http://g4oep.atspace.com/counter/counter.htm
перевод А. Анкудинов (ua3vvm)

21.11.2009 год