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Fréquencemètre compact HK500 de ERJI Schéma électronique et documentation

F4FPS pour le RC F6KGL/F5KFF Page 2 Version 2.0

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

1.0

24/04/2014

1ère Version finalisée : réalisation du schéma électronique et de l’emplacement des composants avec le logiciel Kicad et informations complémentaires.

2.0 18/05/2014 2ème 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 !


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

avec un temps de porte 1s

avec un temps de porte 0,1s

BNC d’entrée Jack Alimentation


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.


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,


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.


Schéma électronique réalisé avec le logiciel Kicad


Emplacement des composants réalisé avec le logiciel Kicad


Le schéma électronique expliqué

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).

Atténuateur automatique et amplificateur du signal d’entrée. CI : TDA1053. Transistors : Q1 à Q5

Pré-diviseur par 10 rapide. CI : 11C90

Diviseur par 10 CI : 74196

Alim. + 5V et chargeur accus CD-NI

+9V

Compteur 7 digits Multiplexés CI : ICM7208 + 74LS00

Affichage : 7 afficheurs cathodes communes FND 357

Base de temps à quartz CI : ICM7207A

Détection du niveau d’entrée, si suffisant, enclenche le relais +5VA Transistors : Q6 à Q7 Relais : RL1

+5VA

+5VA +5VA +5VA

+5VA +5V +5V

+5V


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,


• 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.


Les principaux composants utilisés

Afficheur FND357 7 segments à cathode communes

Atténuateur TDA1053

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


7208 : compteur 7 digits à LED à cathodes communes


Relais :

Clare PRME 15005 : relais 5V, bobinage : 380 Ohms, 66 mW

Transistors :

2N5179 : NPN low Noise VHF/UHF,

Current-Gain-Bandwith 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.


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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