Cu numai trei porți logice de tip NAND (CDB 400 E) se poate realiza un divizor foarte precis între 1:2 și 1:30, schimbând numai valoarea unei rezistențe.
Oscilatorul se realizează cu un cuarț, astfel că fiecare subarmonică de la ieșirea divizorului va avea stabilitatea cristalului. Cristalul poate avea o frecvență de 1 MHz, 2 MHz sau 3 MHz. În aceste cazuri, pentru a obține 100 kHz este necesară o divizare cu 1:10, 1:20, 1:30. Deci valoarea potențiometrului P1 va fi modificată corespunzător obținerii raportului de divizare necesar.
Cu două asemenea divizoare se pot înlocui două numărătoare decadice și un divizor cu 2 sau 3, dacă cuarțul folosit are valoarea de 2 sau 3 MHz.
Porțile P1 și P2 formează oscilatorul care generează frecvența de referință. Monostabilul realizat cu porțile P2 și P3 controlează poarta P5, fiind sincronizat de oscilator.
După un impuls al frecvenței de referință trecut la ieșire, monostabilul blochează poarta P5 pentru o perioadă determinată de capacitatea C și potențiometrul R1. Când monostabilul revine, un alt impuls trece la ieșire și ciclul se repetă. Astfel, frecvența de intrare este un multiplu al frecvenței de ieșire: Fin = N * Fieș, unde N este factorul de divizare, putând lua o valoare întreagă între 2 și 30.
Adăugând la ieșirea primului divizor un al doilea identic cu acesta, se poate obține o frecvență de 10 kHz. Valoarea potențiometrului R2 va trebui reglată astfel încât să se realizeze o divizare prin 10.
Simplitatea și posibilitatea realizării într-un volum mic sunt avantajele care pledează în favoarea acestui calibrator.
(Notă tehnică de pe schemă: P1…P4, P5…P8 = 2 x CDB400E)
Explicație de funcționare
Acest aparat este un calibrator de frecvență de laborator utilizat de radioamatori pentru etalonarea și calibrarea receptoarelor sau generatoarelor de semnal. El generează impulsuri foarte stabile la frecvențe fixe și standardizate (100 kHz și 10 kHz) pornind de la un oscilator de bază cu cuarț de 1 MHz.
- Oscilatorul Pilot cu Cuarț (P1 și P2): Primele două porți NAND din capsula TTL (CDB400E) sunt configurate ca un oscilator stabilizat de un cristal de cuarț de 1 MHz. Condensatorul semivariabil de 8-50 pF permite calibrarea și ajustarea fină a frecvenței exacte a cuarțului pentru o precizie absolută.
- Divizorul de Frecvență Neconvențional (Monostabilul): În loc să folosească numărătoare digitale binare sau decadice complexe (care necesitau multe circuite integrate în acea epocă), autorul folosește o metodă analogic-digitală ingenioasă. Un circuit monostabil (realizat cu porți și o rețea temporizatoare RC formată din condensatorul de 10 nF și potențiometrul R1 / P4) se declanșează la primul impuls și „inhibă” (blochează) poarta de trecere P5 pentru un timp bine determinat. Prin reglarea lui R1, monostabilul este setat să ignore exact următoarele 9 impulsuri ale cuarțului și să lase să treacă abia al 10-lea impuls. În acest fel, frecvența de 1 MHz (1 000 kHz) este divizată exact la 100 kHz.
- Cascheta de divizare în serie (Etajul al doilea): Semnalul curat de 100 kHz obținut la ieșirea primei secțiuni atacă o a doua rețea monostabilă identică (P6, P7, P8, R2). Aceasta este calibrată din potențiometrul R2 să realizeze o nouă divizare exactă prin 10, livrând la borna finală frecvența fixă de 10 kHz. Deoarece impulsurile finale sunt foarte scurte și abrupte, ele sunt extrem de bogate în armonici superioare, putând fi folosite pentru calibrarea aparatelor radio până în benzile de unde ultrascurte (VHF).
Piese echivalente moderne
Aparatul este proiectat în tehnologia logică TTL standard de prima generație (anii ’70-’80). Pentru o construcție modernă, piesele vechi pot fi înlocuite extrem de ușor:
- Circuitele integrate (2 x CDB 400 E): Circuitul original este faimosul românesc CDB400 (patru porți NAND cu două intrări, echivalent cu SN7400). Într-o replică actuală, se înlocuiesc direct (păstrând exact aceeași dispunere a pinilor) cu circuite din familiile logice moderne:
-
- 74LS00 (Low-power Schottky TTL)
- 74HCT00 (High-speed CMOS, compatibil cu nivelurile logice TTL). Varianta 74HCT00 este cea mai recomandată deoarece are un consum de curent infim în comparație cu vechiul CDB400 și o imunitate mult mai bună la paraziți.
-
- Cristalul de cuarț (1 MHz): Cristalele de cuarț cu frecvența de 1.000 MHz se găsesc și astăzi sub formă de componente standard Through-Hole în capsule de tip HC-49 sau similare.
- Potențiometrele de calibrare (R1, R2 / P4, P8): În text sunt notate ca potențiometre de 1,5 kOhm (înseriate cu trimeri/semireglabile). În locul componentelor vechi cu cursor deschis, sensibile la praf, se recomandă utilizarea unor potențiometre semireglabile multitură capsulate de tip Bourns (seria 3296W) de 2 kOhm sau 5 kOhm. Acestea permit un reglaj extrem de fin și stabil al factorului de divizare, prevenind sărirea accidentală a divizării (de exemplu, de la divizare prin 10 la divizare prin 9 sau 11).
- Condensatoarele: Condensatorul semivariabil de 8-50 pF poate fi înlocuit cu un trimer ceramic modern de capacitate similară. Condensatoarele fixe din rețeaua de timp (10 nF și 0,1 μF) trebuie să fie de tip film poliester (MKT) sau ceramice multistrat (MLCC) de mare precizie (toleranță 1% sau 5%), pentru ca durata de blocare a monostabilului să nu sufere modificări din cauza temperaturii ambientale (derivă termică).
- Alimentarea: Circuitele din seria 7400 necesită o alimentare stabilă de curent continuu de exact +5 V (toleranță ±5%). În loc de baterii înseriate care se descarcă repede, montajul modern se alimentează ideal printr-un circuit integrat stabilizator standard 7805 alimentat la rândul său de la o baterie de 9 V sau o sursă USB de 5 V.
