【参赛】 统调检测仪

changwanren

                                                       统调检测仪
概述：
       收音机的精准统调，是提高收音机灵敏度的一个关键环节。对于业余爱好者统调收音机，业余条件下，常用铜铁棒。本人DIY的这款“统调检测仪”可以将统调跟踪情况通过数据或图像的形式显示出来，可以实现较精准的统调，对于DIY业余爱好者，可以用来对统调影响因数的实验和探究。仪器总体（见图1图2）



1、设计理念及思路：
    （1）为体现业余DIY精神，尽力的手工打造制作完成，哪怕工艺上有些简陋。
    （2）注重实用性、实验研究性，不追求华丽外表。
    （3）关于统调中的实际测量，应尽力的减小测量对调谐回路、本振回路的影响，达到可忽略的数量级。所以测量本振频率的探头采用场效应管，因输入阻抗高对本振影响小，场管的输入有几皮的电容，会使本振高端的频率发生改变，采用方法：1从本振的抽头引出，本振抽头与初级的数比一般为20：1，所以几皮的电容反馈到本振回路会减小400倍，可以忽略。2将本振抽头连接一直100千欧姆电阻再连接探头，对本振回路可以认为不产生影响。
     对于调谐回路谐振频率的检测，为了对谐振频率的影响很小，想了很多办法，终于找到了一种较理想的方法，只要将一个发射线圈靠近磁棒，与磁棒无导线连接，就能检测出谐振品率。
   （4）统调跟中的偏调情况主要决定于双联可变电容的变化情况，电路中的分布电容对其产生影响，由于电容较容易测量，所以采用测量本振回路与调谐回路的电容变化情况来研究统调情况。所以设计采用步进电机使电容器转动，获取精度的转角，同时测量变容器的电容，采集不同角度的数据，通过软件计算、作图来研究统调中的跟踪及偏调情况。
2、功能：
    此检测仪制作目的是为了统调而设计，具有如下功能
   （1）频率计，测量范围400KHz—25MHz，分辨率0.1KHz。
   （2）数控信号发生器，400KHz—12.5MHz  分辨率 0.1Hz。
   （3）扫频仪，扫频范围400KHz—12.5MHz
   （4）电容计， 1—1000p   分辨率 0.1p
3、用途：
    主要用于收音机统调及统调实验探究。
4、电路设计：
  （1）电路图
    由于电路图较复杂，担心一幅图片会看不清，所以分成①主板电路图，②扫频仪探头电路图，③测电容探头电路图，④步进电机驱动电路图。（见图3图4）




（2）PCB电路板设计：（见图5图6）




5、工作原理：
    （1）扫频仪工作原理：
      本人认为此扫频仪是此次制作和参赛的重点内容，由于为统调而设计，所以不同于一般扫频仪，他的射频信号输出，检测信号输入都不与调谐回路有阻容元件连接。其原理类似于栅陷表，不同的是栅陷表是引起电压变化，此电路是引起电流变化，变化幅度比栅陷表大。利用调谐回路谐振时吸收辐射能量最大。担任此扫频仪探头的射频辐射驱动元件是54HC04芯片，当辐射线圈的周围吸收能量大时，线圈的辐射能量也增大，导致54HC04的工作电流增大，此电流流经R1产生电压，此电压连接主板的OP-07进一步放大，由主板单片机内部的12位A/D转换，变成数字信号。
54HC04为军工级的瓷封装芯片，热稳定性和一致性非常好，网上每片20元以下的基本都是假货。
此探头的扫频频率信号由AD9833芯片提供，经由探头的三极管9018放大，驱动54HC04。
      （2）测电容工作原理：
       采用NE555通过被测电容和一只100K电阻组成多谐振荡器，占空比50%，振荡周期与被测电容和电阻的乘积成正比，由于被测电容较小，周期比较小，所以采用CD4060进行分频，得到更大周期的方波，传给还给单片机中断1，另一路由74LS04和4.5MHz石英晶体产生4.5MHz时钟频率，传给单片机计数1，设置单片机中断1高电平计数，得到“周期”数据，由电脑软件算出被测电容的大小。
（3）频率计工作原理：
此频率为大家常见的只能计数频率计，一路由CD4060与32768Hz石英晶体构成振荡器，经分频产生0.5Hz频率，传给单片机中断0。一路由探头、9018三极管放大，74LS04整形，74LS390进行5分频，传给单片机计数0。
二、制作过程介绍：
    1、PCB板制作：
      PCB板有WORD文档画出，打印在热转印纸上，通过热转印完成PCB板制作。（见图7）元件焊接（见图8图9）






     2、机壳制作：
    机壳材料采用房屋装修的废料塑料装饰板，通过壁纸刀刮割倒角，胶粘得到机壳。倒角时需注意，倒角浅了，当弯折成直角时，边缘会折断，倒角深了，不用弯折就断开了。（见图10）

    3、探头及探头外壳的制作（见图11图12）




   4、扫频仪探头线圈的制作（见图13）探头匝数的不同适应不同的扫频频率。

5、同步电机带动可变电容连接的制作。（见图14图15）




三 使用说明
（一）统调使用说明：
     1、将频率计探头插入主机A孔，探头连接“地”和本振线圈初级抽头。
     2、将扫频仪探头插入主机D孔，探头线圈靠近磁棒一端。
     3、电脑串口与主机串口相连
    打开统调检测仪软件。
    第一步统调频率覆盖，用鼠标点击“本振频率统调”中的“测量”按钮，就打开了频率计，在频率计测检测下，完成频率覆盖统调。
    第二步跟踪统调，将本振频率调到（600+465）KHz进行低端统调，将信号发生器输入框输入600，按确定键，就发出了600KHz的频率信号，调整磁棒线圈上的位置，使“增益量”后面的数字最大，完成低端统调。
    第三步在偏调检测对话框中，按“检测”键，软件就自动的由低于接收频率20KHz到高于接收频率20KHz扫描，并显示谐振峰点的频率值和偏调差值。此检测可以对整个覆盖的任何点进行检测。（见图16、图17、图18、图19）









2、测量双联的最大值最小值
     测量加计算求中波磁棒线圈的分布电容
    用电容计测得一双联最大电容为365.3pF，最小为10.4pF，用线圈探头扫频仪测得最低谐振频率为490.9 KHz，最高谐振频率为2558KHz，2558/490.9=5.21，5.21的平方=27.14。
设线圈的分布电容等于C0，侧（365.3+C0）/（10.4+C0）=27.14
解得C0=3.09pF










（三）采集双联电容的同步情况
  收音机统调的同步及偏调情况决定于可变电容的同步情况、电路的分布电容、线圈的分布电容，首先要把等容空气双联调整较良好的同步，所以此仪器设计了双联可变同步情况的检测。







操作视频：
统调操作视频网址：
https://v.youku.com/v_show/id_XNTAwNzMzMjQ4OA==.html
扫频操作视频网址：
https://v.youku.com/v_show/id_XNTAwNzMzNzA2MA==.html
单片机软件源程序









补充内容 (2021-1-4 15:41):
更直观的统调操作视频，网址：https://v.youku.com/v_show/id_XNTA0MjAyODU1Mg==.html

补充内容 (2021-1-28 14:59):
带调谐高放统调过程视频网址：https://v.youku.com/v_show/id_XNTA4ODYxMDk5Mg==.html

zmc419

强，上位机，单片机，软硬件通吃

李耀军

多功能的，好。

善人

高科技，软硬件结合

hujingdi

这个做得好，谢谢您参赛！

changwanren

感谢版主和坛友们的加分鼓励和赞同。

changwanren

     采集了一个网上收音机套件中的小薄膜介质双联的电容与角度的关系，结果是一联电容变化比为4：1，另一连为9:1。看来专为中波而设计，看不到S型变化曲线，应该是每一点都能统调同步，统调跟踪性能非常好的双联。

ITOUR

高手 这是高手

changwanren

      发布一个实际统调检测结果，在主楼的介绍中，以介绍了双联的测量结果，最大值365.3pF，最小值10.4pF，磁棒天线线圈的分布电容3.09pF。
     测量本振电路的分布电容（包含本振线圈）。
    方法：1、接通电路，测出本征的最低频率为994.4KHz，最高频率2088.4KHz。
                 2088.4/994.4=2.1   2.1的平方等于4.41
              2、断开本振线圈，测得双联（包含垫整电容和补偿电容）最小为38.8pF,最大为198.1pF。
                    设本振分布电容为C0        (198.1+C0)/(38.8+C0)=4.41     解得C0=7.9pF。
     通过理论计算作图和实际测量数据采集作图，结果非常接近。实际测量数据采集，测量的数据是人工输入的，所以数据采集间隔比较随意。理论计算采集是每减少6pF采集一次。
      

补充内容 (2020-12-18 13:35):
垫整电容数字标错，应是385pF

emars

非常喜欢这种有新思路的创作，支持

xiaomage

很好很强大，感谢大师的作品

Hongxiang

楼主专业水平和动手能力都很强，字写得也很好

火箭

王成虎

高手，比模拟的强👍，楼主扫10.7M的怎么样？

bd3ur

楼主这个作品好。