Microelectronica | Frecventmetru Nuclear

Pagina dedicata
frecventmetrului nuclear.

Bine ati venit

In ultima vreme tot cochetam cu ideea construirii unui frecventmetru miniatura pentru unul dintre proiectele mele. Este vorba despre un generator de functii in domeniul audio, joasa-frecventa. Bineinteles, proiectul nu a fost abandonat dar a fost pus pe pauza datorita faptului ca mi-a picat in mana un scaler digital construit in 1977-1980 in Romania de catre Fabrica de Aparatura Nucleara (FAN).

Pentru cei ce se intreaba ce-i ala un scaler, am sa incerc sa scriu in doua-trei cuvinte ceea ce face el. In principiu este un numarator de "evenimente" nucleare, functionand in standard NIM (Nuclear Instrumentation Module). Cu un detector si un amplificator pe masura, poti numara particule ionizate, particule gamma, particule incarcate, etc. Merge folosit chiar si ca numarator de pulsuri de la un detector de radiatie. In alte cuvinte un contor Geiger.

Deci un scaler nu este altceva decat un numarator de evenimente cu precizie sporita. Tinand cont ca al meu este practic nou, nefolosit si nealimentat vreodata, ar fi pacat sa nu il pun la treaba intr-un fel in care nu cred ca a fost gandit sa functioneze in mod curent. Din cartea tehnica reiese ca se poate foarte usor folosi ca frecventmetru in compania timer-ului produs tot de catre FAN. Am si timer-ul doar ca nu am posibilitatea de a seta intervalul exact la 1 secunda din cauza ca potentiometrului de reglaj al temporizarii este imprecis.

Particularitatea este ca acest scaler e prevazut pe panoul frontal cu semnale de tip Start, Stop si Reset, actionabile, fie prin comutatoare de tip pushbutton, fie electric (TTL) prin magistrala, sau "tamponat" (buffered) prin intrarile BNC disponibile. Asta imi spune ca poate fi folosit atat in regim de contor de evenimente fara interval specificat dar cu preselectie de regim stop, fie pe post de frecventmetru cu extra logica de comanda atasata.

Conform cartii tehnice si schemei electrice principiale, acest scaler se leaga la timer prin intermediul semnalelor Start, Stop si Reset in felul urmator:

  • Timer-Start -> Scaler-Start
  • Timer-Reset -> Scaler-Reset
  • Timer-TimeBase -> Scaler->Stop

Avand aceste date tehnice, precum si alte informatii pretioase din cartea tehnica, am decis sa ma apuc de lucru la viitorul meu frecventmetru nuclear. Pentru a-l duce la bun sfarsit am nevoie sa proiectez urmatoarele module.

  • Sursa de alimentare in standard Nuclear Instrumentation Module (NIM) Sursa de alimentare va furniza o tensiune de 6 V la un curent nominal de 3 A. Scalerul consuma 1.3 A la 6 V. Are o dioda inseriata pe linia de alimentare, intocmai pentru a scadea tensiunea la 5.3 V, in limitele TTL. Fiindca 6 V e o tensiune din standardul NIM, am ales sa o pastrez in proiectarea sursei. Intuiesc deja ca dioda se va incalzi binisor din cauza disipatiei mari. La un moment-dat este posibil s-o inlocuiesc cu un bypass -- un simplu fir. In aceasta situatie, voi folosi mecanismul de reglaj al tensiunii de iesire a sursei pentru a obtine 5 V.
  • Preamplificator formator sinus - TTL In activitatea mea am nevoie ca la intrare sa masor semnale periodice sinusoidale in regim JF. Scalerul numara cu precizie garantata de +/- 5 pulsuri pana la 10 MHz. Mult prea mult fata de ce am eu nevoie. Eu voi masura maximum 180 kHz dar cel mai uzual pana in 25 kHz. Cu alte cuvinte o schema simpla, nepretentioasa este perfecta.
  • Baza de timp M-am gandit sa folosesc un oscilator cu cristal la 10 MHz pe care sa-l divizez cu CDB490-uri pana la 1 Hz. Din ce am mai citit se recomanda un cristal cu frecventa de rezonanta mai mare pentru o precizie sporita.
  • Logica de memorare (latch) a valorii numaratorului Fara ea, numaratorul este obositor pentru ochi si pe masura ce numara imi distrage atentia de la ceea ce fac.
  • Logica de comanda a scalerului Intrarea de semnal de pe panoul frontal va fi legata direct la preamplificator. Dar, am nevoie de o logica care sa-mi comande semnalele Start, Stop si Reset. Din manualul tehnic rezulta ca timerul se lega in felul urmator: Start-Start; TimeBase-Stop; Reset-Reset. Pe langa acestea am nevoie si de semnalul Latch.

Diagramele de Semnale

Inainte de toate am desenat cateva diagrame de semnal pentru a-mi face o idee despre ceea ce urmaresc sa proiectez.

Diagrama de semnale fara latch -- inutilizabila, dupa parerea mea din cauza flicker-ului numararii.

Diagrama de semnale cu latch -- aduce cu un frecventmetru modern.

Diagramele de semnale le-am desenat conform textului urmator si a schemei electrice a scalerului nuclear, pe care am atasat-o mai jos.

Schema "bloc" a logicii de comanda, trasata in graba. Urmeaza sa o implementez in logica TTL.

Schema

Incep prin a publica schema bloc a scalerului nuclear.

Schema electrica principiala a scalerului nuclear.

In continuare schema electrica principala a sursei de tensiune ce se supune standardului NIM. Sursa este capabila de a furniza o tensiune de 6 V la un curent de 3 A. Sursa de tensiune este o aplicatie clasica a circuitului integrat LM317K, un stabilizator de tensiune de generatia a 2-a. Fiindca acest circuit poate furniza un curent maximum de 1.5 A, am decis sa extind schema dupa o idee din almanahul TEHNIUM aparut in anul 1990. Astfel se utilizeaza un tranzistor de tip 2N3055 in ramura de forta a sursei.

Terminalele notate cu 5 (VIN), 6 (ADJ) si 7 (VOUT) sunt pad-uri pe cablaj. La aceste trei puncte se conecteaza circuitul integrat LM317K prin intermediul unor cabluri cu sectiune de 0.75. Analog, punctele 8 (C), 9 (B) si 10 (E) desemneaza cele trei terminale ale tranzistorului de forta 2N3055 care este montat pe acelasi radiator cu circuitul LM317K. De mentionat ca ambele piese sunt izolate cu foita de mica fata de radiatorul din aluminiu.

Fig. 1: Schema electrica de principiu a sursei de alimentare.
(click pentru a mari)

Fig. 2: Cablajul sursei de alimentare.

Fig. 3: Simulare computerizata a cablajului sursei de alimentare.

Schema electrica a formatorului de impulsuri TTL provine din revista TEHNIUM, numarul 7 din anul 1992. Este vorba despre un preamplificator pentru frecventmetru ce ofera la iesire semnal TTL. Am redesenat-o pentru a putea proiecta cablajul dupa bunul meu plac. Am adaugat si o dioda in serie cu alimentarea, intocmai pentru a putea-o folosi impreuna cu sursa de 6 V. Caderea de 0.7 V pe dioda 1N4004 duce la o tensiune de alimentare de 5.3 V. Perfect in tolerantele standardului TTL.

Fig. 4: Schema electrica de principiu a preamplificatorului formator sinus - TTL.
(click pentru a mari)

Fig. 5: Cablajul preamplificatorului formator sinus - TTL.

Fig. 6: Simulare computerizata a cablajului preamplificatorului formator sinus - TTL.

Schema electrica a bazei de timp utilizeaza un cristal de cuart de 10 MHz si numaratoare decadice in regim de divizor. Drept semnale de iesire am prevazut un sincronizator de 1000 Hz pentru generatorul de pulsuri de comanda din logica de comanda si iesirile uzuale de frecventa 100 Hz, 10 Hz, 1 Hz. LED-ul lumineaza in ritmul semnalului de iesire a selectorului de frecventa.

Fig. 7: Schema electrica de principiu a bazei de timp.
(click pentru a mari)

Fig. 8: Cablajul bazei de timp.

Fig. 9: Simulare computerizata a cablajului bazei de timp.

Pentru logica de zavorare (latch) am ales o solutie constructiva mai complexa in sensul ca vreau sa extrag cele 6 circuite SN7447 din scaler si sa montez in locul lor 6 socket-uri augat. Placa de latch va fi de tip "piggy-back" si va contine "memoriile" CDB475 precum si cele 6 SN7447 scoase anterior. Un set de 6 terminale duble (16-pin) vor asigura conectarea directa in socket-urile montate, urmand ca semnalele sa provina direct din placa de baza a scalerului si sa se propage in logica de pe placa mea.

Fig. 10: Schema electrica de principiu a logicii de memorare.
(click pentru a mari)

Fig. 11: Cablajul logicii de memorare - fata TOP.

Fig. 12: Cablajul logicii de memorare - fata BOTTOM.

Fig. 13: Simulare computerizata a cablajului logicii de memorare - fata TOP.

Fig. 14: Simulare computerizata a cablajului logicii de memorare - fata BOTTOM.

Schema principiala a logicii de comanda este dupa cum urmeaza mai jos. In proiectarea ei am incercat sa urmaresc diagrama de semnale pe care am desenat-o cu creionul initial.

Fig. 15: Schema electrica de principiu a logicii de comanda.
(click pentru a mari)

Fig. 16: Cablajul logicii de comanda -- fata TOP.

Fig. 17: Cablajul logicii de comanda -- fata BOTTOM.

Fig. 18: Simulare computerizata a cablajului logicii de comanda -- fata TOP.

Fig. 19: Simulare computerizata a cablajului logicii de comanda -- fata BOTTOM.

Fig. 20: Simulare computerizata a diagramei de semnale a logicii de comanda.
(click pentru a mari)

La intrarea de 1000 Hz CLOCK se conecteaza semnalul de 1000 Hz de sincronizare, de la baza de timp.

La intrarea de TIMEBASE se conecteaza unul din urmatoarele semnale provenite din baza de timp:

  • 100 Hz pentru masuratori pe interval de 0.1 sec
  • 10 Hz pentru masuratori pe interval de 1 sec
  • 1 Hz pentru masuratori pe interval de 10 sec

Fotografii

In aceasta sectiune gasiti fotografii ale proiectului.

...

...

...

...

...

Pagina in constructie. Va rog reveniti.


Va multumesc pentru interesul acordat acestui site.
 

Copyright © 2004- Alexandru Groza
Toate drepturile rezervate.
versiune 1.2 | revizie G