Высокоточный калибратор для частотомера из подручных компонентов - Мои статьи - Каталог статей

Итак, собрав новый частотомер и перемерив частоты около сотни кварцев я озадачился вопросом: если у высокоточных кварцев такой жуткий разброс частот, по чём же настроить опорный генератор частотомера? Ведь от его калибровки зависит точность всех последующих измерений.. Не скажу, что решение нашлось сразу. Наверно с неделю я в свободное время гуглил сеть на тему источников эталонных частот. С одной стороны, сейчас не голые 70-е годы, мир изменился и на том же ebay.com можно купить б/у опорный цезиевый эталон за $200 (+ доставка). Но это во первых не дёшево, во вторых есть риск не получить заказанное..

Решение оказалось до смешного простым и доступным. Уже лет 10 как все телецентры синхронизируют свои передатчики по спутникам с точностью до 10 в -11 степени. Я понимаю, что из-за нашего повсеместного разгильдяйства точность может упасть на пару порядков, но даже -9 степень куда лучше точности обычных кварцев в 10 в -5 степени. Чтоб не городить телеприёмник я решил в качестве такового использовать обычный бытовой телевизор, имеющий видеовыход. В качестве опорной частоты калибратор использует частоту строчных синхроимпульсов. При работе калибратора желательно выбрать один из центральных телеканалов - там точность формирования опорных частот выше.

Схема калибратора частотомера формирует частоты 10МГц, 1Мгц и 100кГц. (выбираются переключателем). Все уровни КМОП. Канал 100 кГц имеет дополнительный выход с амплитудой 1в. Схема проста и не содержит дефицитных деталей. Контроллер тоже из самых доступных - PIC16F628A. На входе калибратора я применил простейший усилитель видеосигнала и телевизионный селектор синхроимпульсов LM1881. Эта связка показала себя в работе с лучшей стороны. Вот схема калибратора:

А так выглядит калибратор в сборе. Слегка по спартански :)

В программу контроллера добавлены функции, облегчающие настройку и эксплуатацию калибратора. Для этого на плате имеются два джампера "Hi" и "Lo", а также три светодиода "Hi", "Midl" и "Lo".
Если установлен джампер "Hi", контроллер выставляет на ЦАП максимальное напряжение и включает светодиод "Hi". Это позволяет с помощью подстроечного конденсатора подстроить верхний предел девиации задающего генератора.
Если установлен ждампер "Lo" контроллер выставляет минимальное напряжение на выходе ЦАП и зажигает светодиод "Lo". В таком режиме настраивается нижняя частота генератора.

Если установить оба джампера, контроллер включит светодиод "Midl" и выставит на ЦАП напряжение, соответствующее середине диапазона регулировки. В этом режиме желательно с помощью подстроечного конденсатора подогнать частоту генератора ближе к заданной.
Для удобства настройки у калибратора есть выход DBG RS232. На него контроллер выводит текущее значение частоты генератора. Для его просмотра необходимо воспользоваться любой терминальной программой (например Гипертерминал в Windows) установив скорость приема 57600. Для подключения к компьютеру понадобится любой согласующий датакабель (например для работы с мобильными телефонами).
Для локализации ошибок на светодиоды выводится состояние "нет видеосигнала" (быстрое моргание среднего светодиода) и "частота задающего генератора слишком отличается от заданной" - быстро вспыхивают два крайних светодиода. Такая ошибка может возникать не только от не качественного кварцевого резонатора но и от зашумленного телевизионного сигнала.

В режиме генератора оба джампера должны быть удалены, а на вход "Видео" подан стабильный видеосигнал. Лучше всего для этого подходят центральные каналы, пользующиеся дорогостоящим высокостабильным оборудованием. Если частота генератора находится ниже 10МГц горит светодиод "Lo", если выше "Hi". При точном совпадении частоты горит средний светодиод.

При разработке этого калибратора было опробовано больше десятка кварцевых резонаторов от разных производителей. Все имели маркировку 20 000 000 Hz, но оказалось что только 25-30% резонаторов вписываются в допуски. Остальные очень отличаются от заданной частоты. "Рекордсменом" оказался китайский кварц выпуска девяностых годов - его частота почти на 20 кГц была выше заданной. Так что если Вы решитесь повторить эту конструкцию, приобретите кварцев с запасом, чтобы было из чего выбрать.

Всё необходимое для сборки калибратора находится традиционно в разделе "Каталог файлов"

Продолжение этой статьи на моём новом сайте. Калибратор стал несравнимо проще и в качестве источника точного сигнала использует не ТВ сигнал, а сигналы от спутников системы GPS и ГЛОНАСС.

Если при повторении этой конструкции у Вас возникли какие-то вопросы или идеи по улучшению её, напишите мне в онлайн форме свои соображения по этому поводу.