實驗台上/對數掃描信號產生器的構想(三) @ 老音響資料庫/蘇桑部落格

差堪告慰的是實驗台至少已完成兩個很實用的線路設計,您只要照裝便是了。

　　8038按圖施工以後,測試的結果與原設計者所說的效果一樣好,這是指正弦波、三角波、方型波對稱方面。唯VCO線性方面的測試困難較多; 用示波器來算也很煩,尤其對於一部普及型的示波器來說,量頻率的準確性很難叫人予以相信,所以從示波器上得知的Vin與f的關係我不敢百分之百說它很線性,為了我們量的方便也為了我們的目標,我開始了頻率計數儀的設計工作。

　　計測頻率的方法有好幾種,不同的觀念不同的零件有不同的手法。只因為很久以來我自己就想設計一部供單獨用的counter所以找過很多資料,經常去逛零件市場,終於發現了德州儀器公司出品的TIL306這支帶有counter, latch與display的IC,也因為這之IC的緣故使得我的frequency counter的設計工作大為簡化。茲將原廠所給的一些規範摘要如附錄。

　　認識了TIL306以後,經過數次的更改試驗後,得到了如圖二十的完成圖。

　　它的動作是這樣的: Q1 74121是one-short, B輸入為shmitt trigger,擔任切取交流60Hz的樣品,給7490除10,給7492除5,再返回7492的第一個正反器(Flip-Flop)規劃成duty cycle為50%,pw=1秒的方波,做為度量的標準。這個方波我們稱為計數閘(count-gate),它與未知頻率的信號一起送到7400 NAND GATE上去,輸出後送到TII306的計時輸入端(clock input)。

　　Q4 74123所擔任的就是latch(閂鎖或記憶)與clear(清除)的工作。在計數閘後緣上升時,激勵了IB(第二腳)正激勵輸入使IQ產生了一個極窄的負脈波(pw=RTCT log2)送到TIL306的strobe上,將counter上所數得的BCD, load到latches上; 瞬間又將latches的「前門」關上,這個負脈波的後緣又被我們用來產生另一個負脈波當做清除信號(clear)用。產生的方法是將1Hz的輸出接到74123的第二個one-short的2B上,輸出由2Q取出,加到TIL306的clear腳上。這個方法非常之忠實,其時序關係在圖邊上繪出以便於了解。

　　這種計數方法全依據TIL306的counters與latches中間有一道NAND Gate形成的「門」,而且clear只對counter清除並不影響後面的latches及display。因此可以以memory的方式,將counter前一秒內所算得的數目hold在display上,一直等到下一秒再將新算得的數目「推過」「窄門」存入latches。同時在Display上顯示出來,假設二次間所算得的數目均一樣的話,肉眼是無法察覺到Display上的變動的。如果第一次算的數目與第二次算的數目的個位數字不同的話,則只有各位數產生可見的變動; 如果是二位數字不一樣,則只有個位十位二位數字產生可見的變動......這種方法有別於某些廠商的計頻儀,它們是顯示一秒,熄掉一秒不停地閃爍,實有害於人眼。

　　圖中Q5的作用是當計數超額時(9999Hz)它能產生一連串的脈波加到TIL306的遮沒輸入,使顯示不停地閃爍告訴使用者該換檔了。Q6 Q7個將輸入預測信號頻率除10除100,使我們的計數儀可以算到(999999Hz)1MHz的極限。

　　因為本電路的工作極其穩定,如果光作為8038信號產生器的計頻用未免太可惜了,所以我附加了一些整形(shapping)電路,使得本計頻儀也可以任意計算外加的信號頻率,整形工作由運算放大器1458來完成。

　　計頻儀試成以後,我即開始從事8038線性的度量工作,使用儀器有

　　①HP 184A儲存式示波器(照像時用TRIO 1504)

　　②現成的四位數計頻儀

　　③三用電表

　　所得的數據與波形續表如下:

　　以上測試,共換了25只8038,發現每只特性都相當均勻,尤其是方波和三角波之方正最為令人滿意,而正弦波雖是經過切削所得,也能調到相當對稱的程度,由此我想起唐老編轉來許多讀者來信,都是希望試裝本刊第一期中所介紹的三波形產生器,在這裡我可以大膽地推介這些朋友們,改變念頭來試裝這套更令人滿意的裝備。

　　但是,話雖然是這樣說,我仍不得不提醒有意試裝的朋友,對IC的選擇要特別慎重,其中不管是8038、7490、74121、74123或者是TIL306甚至最為普遍的741都一樣。否則像IC這種東西,小小的體積內就包含了數十個晶體的東西,稍有差錯,量也不好量摸也不好摸,一旦裝上線路板,更是難以查起,錢包損失事小,信心全無才令人洩氣呢?

　　以下我想提供一下我對8038即306這兩個心臟零件的選擇要領供大家參考:

　　關於8038的好壞,我研究了好久,實在想不出一個簡單的測試方法,於是只好先買了兩只,回家試試,不幸就只有一只略有微恙,無論如何正弦波調不到很理想的程度,幸好有了這只好的,裝好在一塊小巧的線路板上之後,由於有它之助,我一口氣,挑選了25只買下,朋友們如果為此有所困擾時不妨來信,或者我可以協助您買第一個。

　　致於TIL306的問題,在中華路一帶時見有售,且店裡可能備有簡單的測試器供您選擇,唯我個人所見他們所裝的測試器多只限於Display,意即試試是否可由0到9顯示就算是好的,其實306的其他功能還有Blanking, Latch, Strobe, Countoutput等,如果output有問題它便無法進位,記得我和唐老編去選購306時,由於臨時才想起這個問題,結果買了幾十個306,足足選了一下午。

只差一個目標了

　　這一兩個月來,我們這個實驗台,共獲得了兩項成果,第一是波形產生器,第二就是計頻儀所用的計時輸入,雖是取自電源頻率,經試用及以廠製計頻儀比較結果,尚稱準確,如果讀者之中,還有不滿意時,不妨自己裝上晶體振盪器(當然我自己的最後還是會裝上的)。

　　最後一個我們想實現的目標是對數掃描信號產生,有了這個東西之後,我們便可在示波幕上直接看到頻率響應圖形了,像這樣一部儀器少算也得上十萬元,關於這個目標,在最近我多少也找了一些資料,並做過一些小實驗,但總離開自己的理想太遠,為此問題,簡直是傷透了我的腦筋,我非常盼望讀者們能提供我一些寶貴的意見或想法,以促成此事。否則,這篇文章很可能要暫停一期,直到靈感突現了。

　　最後,關於三波型產生器的線路板,在上期中我們已附印出來,而計頻儀部份因為配線部分比較複雜,甚至我想可能還會用到兩面印刷,自己做的實驗是在實驗板上做的(這種IC專用的實驗板,已提供給中華路幾家電料行製售),因此實際的印刷線路板除了306部份並未畫出,恕留待下期補刊。

　　此外,為了方便讀者對全部零件的選購,我特請中壢市的佳洛電料行(中壢市中正路248號林小姐)整理成可靠的套件供應,價格大致是8038信號產生器部份860元,計頻一部份2,800元,而在台北方面,可能也會請幾家可靠的電料行代售。但以上只是線路及電源而已,至於機箱,就看唐老編如何去想辦法向讀者交代了。