Fréquencemètre ERJI HK500 500 MHz V2.0 - F6KGL

Fréquencemètre compact HK500 de ERJI
Schéma électronique et documentation
Malgré le soin apporté à la rédaction de ce document, l’auteur n’est pas responsable
des conséquences entrainées par les erreurs, inexactitudes ou maladresses
rencontrées dans ce document. Merci de remonter vos remarques constructives et
mises à jour.
Ce fréquencemètre compact acheté au salon Radioamateur de Clermont sur Oise
pour une somme modique est un appareil « sympathique » avec des caractéristiques
intéressantes.
N’ayant pas trouvé de schéma et de documentation concernant cet appareil ancien,
je me suis décidé à réaliser le schéma et l’emplacement des composants avec le
logiciel gratuit Kicad et à le mettre à disposition des autres.
Bonne utilisation. F4FPS.
Version du document
Version
Date
Commentaires
ère
1.0
24/04/2014
2.0
18/05/2014
1 Version finalisée : réalisation du schéma électronique et de
l’emplacement des composants avec le logiciel Kicad et informations
complémentaires.
ème
2
Version finalisée : mise à jour du schéma : renumérotation des
composants et indications de quelques tensions, ajout de
commentaires et d’explications sur l’atténuateur d’entrée, suite à la
réception d’une copie de la notice de l’appareil par Philippe F4GRT.
Un grand merci à Philippe F4GRT pour l’envoi d’une copie de la notice de l‘appareil
et son esprit OM d’entraide !
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Fréquencemètre HK500 500 MHz de ERJI
Présentation générale
Le HK500 du constructeur ERJI est un fréquencemètre compact et portatif capable de
mesurer des fréquences comprises entre 5 MHz et 500 MHz.
Photo de l’appareil et exemples d’affichage
Affichage d’une fréquence
de 189 MHz
Jack Alimentation
BNC d’entrée
avec un temps de porte 1s
avec un temps de porte 0,1s
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Date de fabrication : en l’absence d’indication sur le boitier et le circuit imprimé, on peut
estimer cette date en observant la date marquée sur les circuits intégrés montés dans l’appareil
et garder la plus récente (tout en étant cohérente avec les autres), dans notre cas 1985 indiquée
de la manière suivante sur le circuit intégré 11C90 (8507
85 année de fabrication et 07 le
n° de la semaine dans l’année).
Remarque : le schéma fourni par Philipe avec la notice indique une date du 30/11/1979 et
laisse à penser à une fabrication débutant en 1980.
Le HK500 dispose d’une batterie CD-NI de 4,8V d’une capacité de 500 mAh rechargeable
par un chargeur externe de +9V continus. Un dispositif permet d’économiser la charge de la
batterie en n’alimentant l’affichage et une partie du fréquencemètre que lorsque le niveau du
signal d’entrée est suffisant pour avoir un affichage stable de la mesure.
La mesure est présentée sur un affichage composé de 7 afficheurs 7 segments à cathodes
communes qui s’allument quelques secondes à la mise sous tension pour test et lorsqu’un
signal de niveau suffisant est détecté à l’entrée.
La face avant comporte un interrupteur de marche /arrêt et un commutateur 2 positions
permettant de sélectionner le temps d’ouverture de la porte du compteur (1s ou 0,1s).
Sur le devant de l’appareil, on trouve une fiche BNC d’une impédance de 50 Ω pour raccorder
le signal à mesurer à l’appareil et une prise jack femelle pour alimenter l’appareil à partir d’un
chargeur de 9V (le + au centre).
La face arrière précise les principales caractéristiques du fréquencemètre :
•
•
•
•
tension du chargeur : 9V continus / 250 mA mini,
avant toute utilisation, mettre en charge la batterie
(interrupteur sur la position Arrêt) pendant environ 3
heures et maximum 5 heures,
niveau mini de la tension d’entrée environ 25 mV,
plage de fréquences 5 MHz à 500 MHz.
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Constitution de l’appareil
L’appareil est constitué de 2 cartes reliées par un câble souple en nappe de 10 fils.
1. la carte principale contient dans l’ordre :
1. l’atténuateur à contrôle automatique (TDA1053), l’amplificateur du signal d’entrée
réalisé avec des composants discrets, transistors bipolaire, Fet, condensateurs et
résistances. Il adapte en niveau et en impédance le signal d’entrée à l’étage suivant,
2. le pré-diviseur par 10 (11C90) fonctionnant jusqu’à 650 MHz,
3. le diviseur par 10 (74196),
4. le détecteur de niveau du signal d’entrée qui enclenche le relais d’alimentation de
la partie affichage lorsque le signal d’entrée est d’un niveau suffisant,
5. la batterie de 4,8V composée de 4 accumulateurs Cd-Ni 1,2 V 500 mAh,
6. l’interrupteur Marche/Arrêt,
7. le commutateur de choix du temps d’ouverture de porte 1s / 0,1 seconde,
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2. la carte d’affichage contient dans l’ordre :
1. la base de temps qui est architecturée autour d’un circuit intégré ICM7207A et
d’un quartz de 5,240 MHz. Elle est réglable par un condensateur variable et génère
les différents signaux nécessaires au compteur. Elle prend en compte la demande
de temps d’ouverture de la porte du compteur (1s ou 0,1s) accessible à partir du
commutateur en façade de l’appareil,
2. le compteur 7 digits réalisé par un circuit intégré ICM7208,
3. les 7 afficheurs 7 segments à Led à cathode communes FND357.
La page suivante montre le schéma électronique de l’appareil qui a été réalisé avec le logiciel
gratuit Kicad en observant le circuit imprimé et en recherchant les fiches de données des
composants (datasheet).
Le composant montée en entrée et marqué 1053 a été identifié : il s’agit d’un circuit intégré
TDA1053 : un atténuateur en PI à 3 diodes pin.
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Schéma électronique réalisé avec le logiciel Kicad
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Emplacement des composants réalisé avec le logiciel Kicad
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Le schéma électronique expliqué
Base de temps à
quartz
CI : ICM7207A
Compteur 7 digits
Multiplexés
CI : ICM7208
+ 74LS00
Affichage : 7
afficheurs cathodes
communes FND 357
+5VA
+5VA
+5VA
Atténuateur automatique
et amplificateur du signal
d’entrée. CI : TDA1053.
Transistors : Q1 à Q5
Pré-diviseur par 10
rapide.
CI : 11C90
CI : 74196
+5V
+5V
+9V Alim. + 5V et
chargeur accus
CD-NI
Diviseur par 10
+5V
Détection du niveau
d’entrée, si suffisant,
enclenche le relais +5VA
Transistors : Q6 à Q7
Relais : RL1
+5VA
+5VA
L’alimentation :
Elle est réduit à sa plus simple expression, elle provient soit du chargeur externe de 9V
continus soit de la batterie interne Cadmium Nickel de 4,8V 500 mAh. Elle fournit une
tension de +5V en passant au travers d’une résistance R26 de 10 ohms et d’une diode standard
D4 1N4004 (pour éviter les problèmes d’inversion des connexions et de décharge).
L’alimentation +5VA du compteur et des afficheurs est fournie lorsque le niveau du signal
d’entrée est suffisant (enclenchement d’un relais). Elle provient du 5V qui passe par les
contacts d’un relais RL1 et d’une résistance R24 de 3,3 Ohms et un filtrage par des
condensateurs céramiques et électrochimiques C28.
La base de temps
Elle est architecturée autour d’un circuit intégré complexe Ua2 ICM7207A et d’un quartz de
5,240 MHz d’une dérive de 5 x 10-5 par an. La fréquence est légèrement réglable par un
condensateur ajustable Ca6 pour en effectuer le recalage en injectant un signal à l’entrée de
fréquence stable et connue avec précision.
Le circuit Ua1 délivre les 4 signaux suivants nécessaires au fonctionnement du compteur :
• reset : remise à 0 du compteur,
• Store : stockage temporaire de la valeur mesurée en attendant la prochaine,
• Gating : temps d’ouverture de la porte de compteur (0,1s ou 1s),
• Mux : signal utilisé par le multiplexage 1,28 kHz,
La patte n°11 « range » du circuit prend en compte la demande de changement du temps
d’ouverture de la porte du compteur 0,1s ou 1s (suivant son état logique (haut ou bas).
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Le compteur et l’affichage
Le compteur est réalisé par un circuit intégré complexe Ua1 (ICM7208) d’une capacité de 7
chiffres (digits). La mesure est affichée sur 7 afficheurs 7 segments à cathodes communes
suivant le principe du multiplexage. Les segments « a » des afficheurs sont reliés entre eux et
à la sortie Seg « a » du compteur et de même pour les 6 autres segments. Les afficheurs sont
allumés en séquence d’une manière assez rapide pour que la persistance rétinienne entre en
action, la cadence est dérivée de la base de temps. La cathode de l’afficheur n°1 est reliée à la
sortie du compteur « D1 » (≈ digit 1) et de même pour les 6 autres afficheurs.
L’atténuateur d’entrée avec contrôle automatique
Il est basé sur un circuit intégré U1 TDA1053 contenant 3 diodes pin montées en atténuateur
en PI. Voir ci-dessous sa constitution et ses caractéristiques principales.
La caractéristique exploitée dans l’atténuateur est la variation importante de la résistance
dynamique de chaque diode PIN :
• Faible pour un courant « important »
5 Ω pour un courant direct de 10 mA
• Importante pour un courant « faible »
1,4 kΩ pour un courant direct de 10 µA
La feuille de données fournit le schéma de principe et les résultats
Montage de base
atténuation
On observe que l’atténuation va d’environ 50 dB à presque 0dB en fonction de la tension
injectée sur la base du transistor.
L’atténuateur automatique d’entrée de l’appareil est basé sur ce schéma de principe :
• La tension de la base du transistor Q1 est variable et générée par le courant traversant
la résistance R6 provenant du générateur de courant constant basé sur le transistor Q4
et les résistances R16, R17, R18 et la résistance variable Pot1,
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•
•
Une partie du courant est dérivée par le transistor Fet Q5 monté en résistance variable
dépendant de la tension sur sa porte (gate) qui est proportionnelle au signal d’entrée
redressé par la diode D5 (MBD501).
Ainsi une augmentation du niveau du signal d’entrée entraine une diminution de la
résistance drain – source du transistor Fet TQ d’où une baisse du courant traversant les
diodes Pin et ainsi une augmentation de l’atténuation.
L’amplificateur du signal d’entrée
L’amplificateur est réalisé par des transistors bipolaires 2N5179 Q2 et Q3.
Pré diviseur et diviseur par 10
Le signal d’entrée amplifié est appliqué à l’entrée d’un pré diviseur par 10 (11C90)
fonctionnant jusqu’à une fréquence de 650 MHz.
La sortie est appliquée à un 2ème diviseur par 10 (74196).
Ainsi la fréquence maximale appliquée au compteur ICM7208 est :
500 MHz = 5 MHz.
10 * 10
Cette fréquence maximale de 5MHz respecte la fréquence maximale (environ 6MHz) que
peut traiter le compteur.
Consommation électrique
La consommation électrique de l’appareil a été mesurée dans les 2 conditions extrêmes
suivantes :
minimale : pas de signal injecté à l’entrée pour que la partie affichage et compteur ne soit pas
alimentée,
maximale : signal injecté à l’entrée d’un niveau suffisant pour que la partie affichage et le
compteur soit alimentée et la fréquence réglée par exemple à 388,8888 MHz (consommation
maximale des afficheurs)
On branche une alimentation externe de 5V au niveau de l’interrupteur Marche/Arrêt en
position Arrêt pour ne pas prendre en compte le courant de charge de la batterie et on mesure
le courant délivré par l’alimentation dans les 2 cas extrêmes. On relève les intensités :
Consommation minimale : 125 mA
Consommation maximale : 240 mA
Indications de quelques tensions sur le schéma
Les tensions indiquées sur le schéma ont été relevées avec un multimètre numérique avec le –
branché au commun. L’alimentation est réglée à +5V et aucun signal n’est injectée à l’entrée.
Sensibilité du fréquencemètre
On injecte un signal à l’entrée d’une fréquence de 20MHz par exemple et on fait varier
l’amplitude du signal jusqu’à l’obtention d’un affichage de la mesure ; on note alors cette
amplitude par un moyen quelconque (dans notre cas un oscilloscope) :
Sensibilité relevée : 25 mV amplitude crête (alimentation 5V) et 70 mV (batterie à 4,6V).
Il serait intéressant d’effectuer ce relevé pour d’autres fréquences comprises dans la gamme
utile du fréquencemètre mais non effectuée ici faute de moyens suffisants.
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Les principaux composants utilisés
Atténuateur TDA1053
Afficheur FND357
7 segments à cathode communes
Circuit intégrés :
SN74LS00 : quad- 2 entrées positives Nand
SN74196 : 50 MHz compteur décimal ou
binaire
11C90 : Pré diviseur par 10 ou 11 utilisable jusqu’à 650 MHz
7207 : CMOS Base de temps
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7208 : compteur 7 digits à LED à cathodes communes
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Relais :
Clare PRME 15005 : relais 5V, bobinage : 380 Ohms, 66 mW
Transistors :
2N5179 : NPN low
Noise VHF/UHF,
Current-GainBandwith Product
1.4GHz
MPF102 : JFET
VHF Canal N
MPSA13 : NPN
Darlington
MPS2369 : NPN
commutation
Vue du dessous
Modification possible
Une modification envisageable est d’augmenter la précision du fréquencemètre d’un facteur
10 pour les fréquences inférieures à 50 Mhz en utilisant la sortie du diviseur par 10 (11C90) à
la place du diviseur 74196 et de modifier les connexions du circuit intégré 74LS00 sur la carte
d’affichage.
En effet, la position du temps de porte du compteur à 0,1 seconde ne semble pas très utile
pour la majorité des cas d’un OM.
Pour cela, il faut amener sur la carte d’affichage les sorties des diviseurs par 10 (11C90) et par
100 (74196) et en utilisant 2 fils de la nappe souple inutilisés. Puis câbler le circuit intégré
74LS00 en fonction « OU » avec les entrées diviseur par 10 et diviseur par 100, puis re-câbler
le commutateur de porte en diviseur par 10 et par 100 avec un niveau bas ou haut.
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Version 2.0
Conclusion
Ce fréquencemètre compact acheté au salon de Clermont sur Oise pour une somme modique
est un appareil de mesure «bien sympathique » avec des caractéristiques intéressantes :
• compact
• portatif (alimentation par batterie),
• gamme de fréquences étendue : 5MHz à 500MHz,
• sensible : 25 mV sur une bonne partie de la gamme de fréquence,
• réalisé avec des circuits intégrés complexes remplaçant à eux seuls de nombreux
circuits intégrés classiques TTL genre 74xx.
Par contre, la consommation de l’appareil sous tension, même sans affichage, n’est pas
négligeable (120 mA) et doit être prise en considération pour économiser la charge de la
batterie interne d’une capacité de 500 mAh.
Table des matières
Présentation générale.................................................................................................................. 3
Constitution de l’appareil ........................................................................................................... 5
Schéma électronique réalisé avec le logiciel Kicad ................................................................... 7
Emplacement des composants réalisé avec le logiciel Kicad..................................................... 8
Le schéma électronique expliqué ............................................................................................... 9
Consommation électrique ......................................................................................................... 11
Indications de quelques tensions sur le schéma ....................................................................... 11
Sensibilité du fréquencemètre .................................................................................................. 11
Les principaux composants utilisés .......................................................................................... 12
Modification possible ............................................................................................................... 14
Conclusion ................................................................................................................................ 15
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