Feltron Frequenzzähler 5000-11



Feltron Frequenzzähler von 1972
 
Der FELTR0N Frequenzzähler der Semi-Profi Serie 5000 ist ein universell einsetzbares Gerät in Service, Schulung und Labor. Er kann entweder zur Frequenzmessung oder lmpulszählung verwendet werden.
Die technischen Daten entsprechen den in der Praxis vorkommenden Erfordernissen. Sie wurden mit einer einfachen, aber zuverlässigen und preiswerten Technik erreicht. Bis auf den Eingangsverstärker wurden sämtliche Funktionen mit integrierten Schaltungen (ICs) der TTL-Familie realisiert. Hierdurch ist der Zähler unkompliziert und aufgrund der Sockelung aller ICs servicefreundlich.

Prinzip der Frequenzmessung

Ein Frequenzzähler ist im Grunde ein Impulszähler, vor dessen Zähleingang ein zeitlich steuerbares Tor geschaltet ist. Dieses Tor kann elektrisch geöffnet oder geschlossen werden. Als Frequenz bezeichnet man die Anzahl der Perioden einer Wechselspannung pro Sekunde. Um eine unbekannte Frequenz zu ermitteln, braucht man sämtliche Perioden, die in den Zeitraum von einer Sekunde fallen, auszuzählen.
Zur zeitlichen Steuerung des Tores wird ein möglichst genaues Zeitsignal benötigt, welches das Tor periodisch für 1 Sekunde öffnet und danach wieder schließt. Dieses Zeitsignal wird in diesem Frequenzzähler aus der relativ genauen Frequenz des Lichtnetzes gewonnen.
Die aus dem Tor herauskommenden Impulse werden in einem dreistelligen Dekadenzähler ausgezählt. Sobald der Zählvorgang beendet ist, übernehmen die drei Anzeige-Speicher das Ergebnis und leiten es den Anzeige-Einheiten zu. Nun erst werden die Dekadenzähler gelöscht und damit für einen neuen Zähldurchgang vorbereitet. Das Löschen und der zweite Zählvorgang sind nicht sichtbar, da die Speicher das erste Ergebnis so lange festhalten, bis das zweite Ergebnis feststeht. Die folgerichtige Steuerung der Speicher-Übernahme und des Löschens übernehmen zwei monostabile Kippstufen, die am Ende der Torzeit nacheinander einen Steuerimpuls abgeben.
Für die Bereichsumschaltung gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten. Einmal kann man die Torzeit auf 1/10, 1/100, 1/1000 s oder noch kleinere Zeiteinheiten verkürzen. Dies ist jedoch nur bei Zählern mit quarzgesteuerter Zeitbasis möglich, da hierbei kurze Zeitsignale mit genügender Genauigkeit zur Verfügung stehen.
Zum anderen kann bei konstanter Torzeit die Bereichsumschaltung durch ein- oder mehrstufige Voruntersetzer erfolgen, wie es bei diesem Zähler der Fall ist. Dies ist im Gebrauch vielseitiger, da man nicht nur schnelle Vorgänge langsam beobachten, sondern weiterhin bestimmte Stellen eines Meßergebnisses allein anzeigen kann.

Zählbetrieb

In der Betriebsart "Zählen" sind das Tor und die Speicher auf ständigen Durchlaß geschaltet, und die beiden monostabilen Kippstufen außer Betrieb gesetzt. Ein Löschen des Zählerstandes kann und darf nur von Hand erfolgen. Das Blockschaltbild zeigt die einzelnen Funktionsgruppen und deren Zusammenspiel.

Betriebsart: Frequenzmessen

Das Eingangssignal wird in dem Vorverstärker verstärkt und gelangt an das Tor, das gleichzeitig die lmpulsformung mit übernimmt. Der richtige Arbeitspunkt des lmpulsformers kann mit dem Trigger-Potentiometer entsprechend der Kurvenform des Eingangssignals von Hand eingestellt werden.
Auf einen 2. Eingang des Tores gelangt das Zeitsignal von 0,5 Hz ( = 1 sec. ein, 1 sec. aus ) also die Torspannung. Das Tor ist immer dann geöffnet (Lässt also Impulse durch), wenn die Torspannung hoch ist, also H-Potential hat. Alle Impulse, die während dieser Zeit aus dem Impulsformer herauskommen, werden entweder direkt oder nach erfolgter Teilung in dem Vorunteretzer auf den Zähleingang des dreistelligen Dekadenzählers gegeben und hierin ausgezählt. Am Ende der Torzeit springt die Torspannung vom H-Potential auf nahezu Null (L-Potential). Dieser negativ gerichtete Sprung löst nun in dem Speicherimpulsgenerator einen kurzen positiven Impuls aus, der die drei Speicherstufen zur Übernahme der Zählerstände veranlasst. Die von den Speichern übernommenen Ergebnisse werden jetzt von den Dekodem/Treibem aus dem BCD - Code in dezimale Zahlen umgewandelt. Die Anzeigeröhren Rö 1 bis Rö 3 zeigen das Ergebnis an. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt liegen also folgende Zustände vor:

  1. Torpannung ist Null, das Tor ist geschlossen
  2. Die Dekodenzähler stehen still, beinhalten aber noch das vorgerige Zählerergebnis
  3. Die Speicher haben das Zählerergenis übernommen und an die Dekoder weitergeleitet. Es wird bereits angezeigt
  4. Der Speicherumschaltimpuls liegt noch für kurze Zeit an
Für den weiteren Verlauf muß voraus geschickt werden, daß die Speicher das übernommene Ergebnis auch nach Ablauf des Speicherumschaltimpulses weiterhin behalten. Der Speicherimpuls läuft ab und springt somit vom H-Potential auf Null ( L-Potential ). Dieser negativ gerichtete Sprung löst den Löschimpulsgenerator aus , der daraufhin einen einzigen kurzen Löschimpuls abgibt. Mit dem Löschimpuls werden sowohl die drei Zähldekaden als auch die vier Voruntersetzer gelöscht. Da die Speicher jedoch das vorherige Ergebnis weiterhin behalten, bleibt auch die Anzeige weiterhin bestehen. Zu diesem Zeitpunkt liegen folgende Zustände vor:
  1. Die Torspannung ist noch Null, das Tor ist also geschlossen
  2. Die drei Zähldekaden und die Voruntersetzer sind bereits gelöscht und damit für einen neuen Zählvorgang vorbereitet.
  3. Das alte Meßergebnis wird weiterhin angezeigt.
Nach einer knappen Sekunde wird das Tor wieder durch die Torspannung geöffnet. Ein neuer Zählvorgang beginnt. Immer noch halten die Speicher das alte Ergebnis fest. Sobald die Tor- Zeit abgelaufen ist, wird durch den negativen Sprung der Torspannung der Speicherimpulsgenerator erneut angestoßen, und er gibt wieder einen Speicherumschaltimpuls ob. Hat sich das Zählergebnis geändert, dann springen die Speicher unmittelbar von dem vorherigen auf das neue Ergebnis, das nun angezeigt wird. Danach folgt wieder der Löschimpuls, die Vorgänge wiederholen sich also im 2-Sekunden-Rhythmus.

Betriebsart: Zählen

Im Zahlbetrieb muß die Torspannung ständig H-Potential haben, also hoch sein. Dies geschieht durch entsprechende Umschaltung am 2. Teiler IC. Weiterhin muß die Leitung zur Speichersteuerung ständig auf H-Potential liegen, damit die Speicher Jede Zählerstand-Änderung unmittelbar an die Dekoder/Treiber weiterleiten. Dies geschieht durch Auftrennen der Leitung vom Speicherimpulsgenerotor. Die offenen Steuereingänge haben durch die besondere Innenschaltung der Speicher automatisch H-Potential.
Zum Löschen des Zählers von Hand braucht ebenfalls nur die Löschleitung durch einen Drucktaster vom Löschimpulsgenerator getrennt zu werden.

Torzeit-Gewinnung

Die Torzeit wird aus den 50-Hz-Perioden des Lichtnetzes ausgezählt. Dazu werden dem Netzgerät 50-Hz-Halbwellen abgenommen und zunächst einem lmpulsformer zugeführt. Der lmpulsformer wandelt die Halbwellen in ein steilflankiges Signal mit gleicher Frequenz um. Die so gewonnene Rechteck-Spannung wird in dem 1. Teiler mit 10:1 auf eine symmetrische Rechtecksponnung von 5 Hz geteilt. Der 2. Teiler teilt die 5 Hz auf 0,5 Hz herunter. Dies entspricht einer Rechteckspannung mit einer Periodendauer von 2 Sekunden = 1 Sekunde ein, 1 Sekunde aus.

Technische Daten


Netzanschluß: 220 V / 50 Hz Leistungsaufnahme: ca. 9 VA
Abmessungen: 229 x 145 x 175 mm Gewicht: 3.0 kg
Anzeige: Nixie-Röhren, 3-stellig, ohne Überlauf Betriebsart: Zählen oder Frequenzmessung
Bandbreite: 5 Hz ... 15 MHz bei Sinus-/Dreieckspannung
0 Hz ... 15 MHz bei Rechteck-/lmpulsspannung
Empfindlichkeit: ca. 100 mVss (35 mVeff) ... 300 Vss
Trigger: von Hand einstellbar, daher jede beliebige Spannungsform triggerbar Löschen: jederzeit von Hand möglich
Torzeit: in allen Bereichen 1 Sekunde aus der Netzfrequenz abgeleitet Genauigkeit: +/- 1 Hz im Hz-Bereich, alle anderen Bereiche absolut genau, sofern die Netzfrequenz stimmt
Bereich Zählen
1. Direktes Zählen: 1:1 (Taste 999 kHz) 2. Untersetztes Zählen 10:1 (Taste 9.99 kHz)
3. Untersetztes Zählen 100:1 (Taste 99.9 kHz) 4. Untersetztes Zählen 1000:1 (Taste 999 kHz)
5. Untersetztes Zählen 10000:1 (Taste 9.99 MHz)


Nachbau

Da es diesen Zähler 1986 nicht mehr auf dem Markt gab, begann der Nachbau und Umrüsten auf LED-Anzeige. Der Gerät sollte zu einem "Universellen Zähler" erweitert werden und deshalb waren Modifikationen an der ursprünglichen Schaltung notwendig.

 



Nachbau und Erweiterung 1986
 
1. Ersatz der Nixie-Röhren ZM1000 durch 7-Segment LEDs

Dazu musste neben dem Ersatz der Röhren durch 7-Segmentanzeigen auch die Treiber- und Dekoder-ICs SN74141 durch den SN7447 ersetzt werden. Dieser wandelt ein BCD-codiertes Signal in entsprechende Steuersignale für eine 7-Segmentanzeige um. Das bedeutet, dass ein duales Signal an die Eingänge gelegt wird und dieses Signal in einen Code für die 7-Segmentanzeige umgewandelt wird.
Der nicht genutzte Dezimalpunkt der linken 7-Segmentanzeige wurde noch zusäzlich dazu benutzt, die Torzeit ("Gate") anzuzeigen.

2. Einsatz einer 1 MHz Quarzzeitbasis

Da die Netzfrequenz doch recht ungenau ist, wurde zusätzlich eine quarzgetaktete Zeitbasis eingebaut. Die Schaltung dazu wurde dem Elektor-Heft Juli/August von 1972 entnommen ("Universelle Zeitbasis").
Das Herz der Schaltung bildet ein mit zwei NAND's aufgebauter quarzgesteuerter Oszillator mit 1 MHz Resonanzfrequenz. Auf den Oszillator folgen dann Dezimalzähler (SN7490), die das 1 MHz Signal bis auf 1 Hz herunterteilen. Da diese Dezimalzähler bei einem Teilerverhältnis von 5:1 angezapft werden können, steht ein ganzes Spektrum genauer Frequenzen zur Verfügung. Hinter der Zeitbasis folgt ein Flipflop damit man symmetrische Impulse mit einer Impulsbreite von 1 s, bzw. mit Impulsbreiten, die der gewählten Anzapfung entsprechen erhält. Dabei ist zu beachten, daß das Flipflop die Frequenz im Verhältnis 2:1 teilt.

3. Zusätzlicher Vorteiler

Um auch höhere Frequenzen bis zu 50 Mhz messen zu können, wurde ein Vorteiler 1:1000 in einem geschirmten Gehäuse an einem zusätzlichen Eingang eingebaut.

4. Erweiterung zur Periodendauermessung

Um niederfrequente Signale zu messen wird die Messung der Periodendauer als Messmethode eingesetzt.
Der grundlegende Unterschied zur direkten Frequenzmessung liegt in der Ansteuerung der Torzeit und welches Signal vom Zählwerk erfasst und gezählt wird. Die Torzeit wird nun über das eingespeiste Messsignal, also z. B. die steigenden Flanken, bestimmt. Bei der ersten steigenden Flanke wird das Tor geöffnet und das Zählwerk erfasst das Taktsignal der Zeitbasis und zählt somit die Impulse der Referenzfrequenz. Bei der zweiten steigenden Flanke des Messsignals wird das Tor wieder geschlossen und der Zählerstand ausgewertet. Entgegengesetzt zu der direkten Frequenzzählung arbeitet diese Messmethode umso genauer, je geringer die zu messende Frequenz ist.

5. Verwendung als Stoppuhr

Neben der Löschtaste wurden noch eine Start- und Stop-Taste zur manuellen Zeitmessung eingebaut. Die Betriebsart ist "Periodendauermessung" - nur wird das Tor nicht über ein externes Signal sondern über die beiden Tasten gesteuert. Zudem wurden die Kontakte noch an die Gehäuserückwand geführt, um die Auslösung bzw. das Anhalten elektronisch zu ermöglichen.

In Summe enthält der modifizierte Zähler nun 25 TTL-ICs, 1 OP-Amp, 5 Transistoren und einen Festspannungsregler.

Schaltplan Schaltplan Universal-Zähler (235k)



Inhalt Übersicht Hersteller

© 2002-2018 www.alte-messtechnik.de * Text und Bilder unterliegen dem Urheberrecht * Letzte Aktualisierung: 16.11.2018