随着各种电子产品性能的不断提高,其工作频率也不断上升,在开发产品及维修设备时有一台较高稳定度和较高频率的频率计,无论对于专业人员、维修工作者还是无线电爱好者部有很大的帮助。市场上物美价廉的频率计其上限工作频率大部分在2.4GHz左右,再高频率的频率计大都为进口产品或进口二手仪器的,进口新品价格很高二手的价格也不低,且使用寿命难以保证,本人利用工作之余,制作了一台频率计,其指标为:上限频率在6GHz左右,稳定度在5x10的负8次方以下,灵敏度在-25dBm左右。
主要器件的选用
1.时钟源:时钟源是频率计的心脏,决定着频率计的稳定度和准确度,该频率计选用优质lOOMHz成品恒温晶体振荡器,稳定度在5x0的负8次方以下,准确度在5x0的负7次方以内(用铷钟源频率计校核),输出幅度1.2Vp-p。
2.计数显示部分:采用ICM7216D大规模频率计专用集成电路构成,可筒化电路及减少制作工作量。
ICM7216D是interSIL公司生产的专用于频率、周期、时间等测量的集成电路。ICM7216为28脚,其电源电压为5V,适用于为共阴极LED显示器,其引脚排列定义见下图,
3.分频IC:1频段(l0Hz~40MHz)采用通用TTL电路74LSl96,2频段(35MHz-2.2GHz)采用流行电路MB506,3频段(2GHz-6GHz)用微波分频电路FMMlO6HG和分频电路MC12022A,其中MB506由SAMPLE公司生产,是一款具有64、128、256三种分频比的微波分频集成电路,MCl2022A由MOTOROLA公司生产,数据手册见urvwnl.alldatasheet.net/datasheet-pdf/pdf/167185/MOTOROLA/MC12022A.html,分频电路FMMlO6HG为金属/陶瓷封装见右图,由EUDYNA公司生产,14脚表面安装,砷化镓微波用除8固定分频集成电路,其主要特点如下:
工作频率范围为2GHz-6.5GHz(厂家资料标称值),推荐的典型工作电压Vss为-5V(Vdd接地为OV),工作电流为lOOmA-l40mA,实测最低输入信号幅度在-lOdBm左右,最大输入信号幅度不能超出Vss-Vdd,即最大摆幅必须限定在-5V~OV之间。输入输出阻抗为50Ω,要求信号源及电路与之匹配,分频器输出功率通常在2dBm-4dBm。
FMMlO6HG和MCl2022A的分频原理图见下图。
频率计原理及关键电路制作频率计原理框图见下图,1频段、2频段及计数显示部分和电源的电路《无线电》杂志均有较多次介绍,本文只介绍时基部分和3频段电路的制作。
1.时基电格的制作因各频段所用分频器的分频系数不同,为了能够正确地显示计数频率,各频段有各自的时基频率要求:1频段分频系数为10,时基为lOMHz;2频段分频系数为256,时基为3.90625MHz;3频段分频系数为512,时基为1.953125MHz。笔者用AutoCAD设计的时基电路如下图所示。
1频段lOMHz时基,由lOOMHz频率源10分频后得到,因频率源输出幅度只有1.2Vp-p左右,不能够直接分频,先用74FOO(也可用74500、74ASOO等)放大,使其达到TTL电平,然后用74Sl96经10分频后得到。
笔者在制作该部分电路的过程中曾出现电路工作不稳定的情况,现象为开始时该频段能正确计频,大约30分钟后计频出现不正确的读数。测量一个稳定的10.OOOOOMHz信号,显示则为在10.OOIXX~10.1XXXXMHz之间变化且不能稳定下来,查1频段放大及显示部分电路均未发现任何问题,后来注意到该时基电路离一个电源三端稳压器的散热片较近,手摸该散热片,温度烫手(在60℃左右),将该散热片远离74Sl96,长时间工作后再没有发生上述情况。估计是74Sl96工作在lOOMHz的频率下,已是其高限值,S系列TTL电路本身工作电流较大,发热也严重,再加上旁边又有发热源,温升过高,使74Sl96不能正常分频,产生丢失脉冲现象,输出的时基频率略低于lOMHz且不稳定,才出现上述的问题。
2频段3.90625MHz时基的产生比较麻烦,因找不到除25.6的小数分频器,如用频率合成器中采用的控制模数的方法来实现,又过于复杂,故笔者最后确定用先倍频再分频的办法来实现,即将放大的lOOMHz频率先进行5倍频后再除以128得到3.90625MHz频率。倍频用高频中功率三极管2SC42OO来实现,各元件焊好以后需要调整各可调电容,使输出在500MHz频率上达到最大。可先在倍频器的输出踹接一50Ω的负载电电,用示波器观