Frequenzzähler 25 Hz - 1 GHz

Ich wollte mit einem befreundeten Funkamateur einen bewährten Frequenzzähler nachbauen. Er sollte den Frequenzbereich von 25 Hz bis 1 GHz abdecken.

Dabei haben wir eine sehr praktikabel aussehende Lösung gefunden Frequenzzähler628 mit PIC Prozessor. Vielen Dank an Herrn Sprut für die Bereitstellung dieser Schaltung und guten Software.

attachment:FrqCnt_Box_DSC02799.jpg

Leider haben sich beim Nachbau einige Schwierigkeiten ergeben:

attachment:FrqCnt_Platine_DSC02797.jpg

Jetzt funktioniert er gut, und konnte, weitgehend in SMD Technik aufgebaut, in ein kompaktes Gehäuse Reichelt: SP 2002 SW für 3,55 EUR eingebaut werden (128 x 59 x 47 mm).

Da der neue Vorverstärker auf der zuerst gemachten Platine als Rucksack aufsitzt, wird noch ein neues Layout gemacht.

Im Oktober 2014 habe ich die Schaltung noch verbessern können (Rev. 1.3). Die folgenden Daten beziehen sich darauf.

Vorverstärker 25 Hz - 30 MHz

Der Vorverstärker soll ja im ungünstigsten Fall ein kleines (circa 100 - 300 mVss) Sinus Signal auch im Niederfrequenz Bereich sicher in ein Rechteck mit TTL Pegel umsetzten. Leider wird die Empfindlichkeit ab 20 MHz deutlich schlechter.

Dafür ist ein Komparator die am Besten geeignete Schaltung. Bei Firma Reichelt konnte für diesen Zweck nur der LT1016 aufgetrieben werden. Er soll bis 50 MHz funktionieren, testen konnte ich nur bis 42 MHz.

Der Mitkopplungswiderstand von 33 KOhm wurde gewählt, um eine möglichst hohe Empfindlichkeit zu erreichen. Der Koppel-widerstand von 47 Ohm wurde durch eine Brücke ersetzt, da die FET Schaltung hochohmiger ist als im Original, bedingt durch die einfachere +5 V Versorgung. Im der Applikations-Schaltung wird dagegen mit +/-5 V gespeist.

Das Platinen Layout ist nach der Applikations Note AN-13, Seite 24 und AN-72 von Linear Technology auch sehr kritisch, um Schwingungen zu vermeiden. Das vorliegende Layout wurde danach ausgelegt.

attachment:PreAmp_LT1016_sch.png

Die FET Eingangsstufe bringt einen hochohmigen Eingangswiderstand. Der 100 pF Kondensator gleicht Verluste bei der Eingangsempfindlichkeit im Hochfrequenzbereich aus. Der zuerst eingesetzte Transistor Typ BF245C hat eine Eingangskapazität von 4 pF. Dann wurde auf den SMD Typ BF545C umgestellt, mit einer Eingangskapazität von 2,5 pF. Um die Breitbandigkeit der Schaltung zu verbessern, wurde ein FET Sourcefolger mit Stromquelle gewählt.

Herr Sprut hat im Original des Zählers jetzt den 10 MHz Quarz durch einen 20 MHz Quarz ersetzt, und die Software geändert, um die Genauigkeit zu verbessern.

Um möglichst immer eine stabile Frequenzanzeige auch bei etwas unsauberen Signalen zu bekommen, wurde die Vergleich Spannung am Komparator mit einem Potentiometer variable gemacht.

Die Schaltung wurde mit LTSpice4 simuliert, der Simulationsfile (.asc) und das Transistor Modell BF245A/B/C sind im Anhang zum herunterladen.

attachment:LTSpiceIV_PreAmpLT1016.png

Das letzte Bild rechts zeigt das Programm LTSpiceIV mit der Simulation bei 50 MHz in der Transient Analyse.

Um

Als schneller Komparator wäre auch der Texas Instruments LTV3501 mit FET Eingang geeignet. Leider ist er nicht gängig im Einzelhandel.

Eingang Empfindlichkeit

Die minimal Eingangsspannung wurde mit einem 100 MHz Oszillograph gemessen.

Dabei wurde eine stabile Frequenz mindestens 5 Sekunden angezeigt.

Vorverstärker

Frequenz

Umin [mVss]

dBm

Terminierung

30 Hz

100

keine

10 KHz

100

keine

100 KHz

100

-16

50 Ohm

4 MHz

150

-13

50 Ohm

15 MHz

150

-13

50 Ohm

25 MHz

200

-10

50 Ohm

42 MHz

300

-10

50 Ohm

Teiler 1:64

20 MHz

350

-5

50 Ohm

40 MHz

50

-22

50 Ohm

160 MHz

50

-22

50 Ohm

SMD Technik

Da die SMD Kondensatoren und Widerstände einzeln relativ teuer sind, bietet sich ein Sortiment an. Das gibt es preiswert in China in Gurtstreifen:

Leider werden aus den angebotenen je 100 Stück Widerstände nur 40 Stück, und bei den Kondensatoren sind es je Wert nur 30 Stück anstatt 50 Stück, aber es ist dann immer noch preiswert.

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-- RudolfReuter 2012-03-05 11:43:58


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