Eingangsstufe für Frequenzzähler DC-50MHz, +5V

[m.n. (Gast)]

Bei den hier wiederholt vorgestellten Frequenzzählern mit 
unterschiedlichen Lösungsansätzen tauchte immer wieder die Frage nach 
einer geeigneten Eingangsstufe auf.  Die hier vorgeschlagene Schaltung 
arbeitet von DC – 50MHz und kommt mit einer einzigen Versorgungsspannung 
+5VDC/25mA aus. Mit den Einstellmöglichkeiten von AC/DC-Kopplung, 
zuschaltbarer Tiefpass (ca. 100kHz) und Offset-Regler sollte man auch 
bei schwierigeren Signalformen einen stabilen Trigger bekommen. Die 
Eingangsempfindlichkeit ist in Stufen 0,03 – 0,1 – 0,3 – 1 – 3 – 10 Vrms 
umschaltbar. Die Eingangsimpedanz beträgt ca. 1M || 22pF.

Zur Schaltung von links nach rechts:

1. Signaleingang mit Schalter AC/DC-Kopplung
2. kompensierter Abschwächer mit 1 – 3 – 10 Stufung
3. symmetrischer Überspannungsschutz 440k || 500pF und 2 x 3 1N4148
4. JFET-Differenzstufe zur Impedanzwandlung, Anhebung der DC-Pegel, 
Tiefpassfilter und Offset-Regler
5. Differenzkomparator mit Hysterese, Trigger-LED und Signalausgang

Als Bauteile werden weitgehend SMD-Typen einseitig bestückt; die andere 
Seite der Leiterplatte ist zur besseren Schirmung als GND-Fläche 
ausgeführt. Um eine Spannungsfestigkeit von 100VDC zu erhalten, bestehen 
R1+C1 sowie R7+C7 aus einer Reihenschaltung.
Um den Ausgang des Komparators vom Eingang zu entkoppeln, liegen dessen 
Bauteile auf der anderen Platinenseite – weit vom Eingang entfernt. Beim 
ersten Musteraufbau habe ich die Platine nebst Schaltern+Poti in eine 
geschirmtes Gehäuse TEKO 372 eingebaut. Einen offenen Aufbau halte ich 
für möglich aber nicht sehr geschickt.

Als Impedanzwandler dient hier der PMBF J620 (2 x JFET). Er ist ein 
entscheidenes Bauteil, da er den Eingangspegel von GND-Potential auf ca. 
1,5V anhebt. Nur dadurch ist es möglich mit einer Spannungsversorgung 
von 5VDC auszukommen. Da zwei JFETs in einem kleinen Gehäuse sitzen, ist 
die Drift und Exemplarstreuung gering. Mit Trimmpoti POT1 wird der 
Nullpunkt abgeglichen, der durch das externe Offset-Poti entsteht. Zum 
Abgleich wird das Offset-Poti in Mittelstellung gebracht und dann POT1 
so verstellt, daß die LED von AUS auf EIN wechselt.
Anschließend dient die LED zur Kontrolle des richtigen Triggerpunktes 
und schaltet mit der fallenden Flanke des Eingangssignals EIN. Diese 
Schaltrichtung ist gewollt, da somit Eingangssignale mit +DC-Offset 
durch Rechtsdrehung (im Uhrzeigersinn) des Offset-Potis kompensiert 
werden. Der nachfolgende Zähler sollte somit auch auf die fallende 
Flanke am Eingang triggern, die in der Praxis zumeist steiler als eine 
(passive) steigende Flanke ausfällt. Als Beispiel: Hallsensor mit 
passiven Pullup.
Am Schaltverhalten und an der Helligkeit der LED kann man den 
Triggerpunkt finden und optimieren.

T1 aktiviert einen Tiefpass und könnte auch durch einen Schalter ersetzt 
werden. Er ist ein Kompromiss (RDSon, Cout), bietet aber den Vorteil des 
kompakten Aufbaus.

Wer sich noch nicht für den passender Frequenzzähler entschieden hat, 
findet ihn vielleicht hier: 
http://www.mino-elektronik.de/fmeter/neue_versionen.htm

Viel Erfolg!

[Ralph B. (rberres)]

Ich habe folgende Frage.

Wenn am Gate von Q1 G$1 ein DC Spannung von 2,5V ( Offsetpoti in 
Mittelstellung ) und das Gate von Q1 G$2 auf eine DC Spannung von 0V 
liegt.
Wie soll die Differenzstufe dann symetrisch arbeiten?

Würde nicht am unteren Ende des Offsetpotis eine Spannung von -5V 
benötigt, damit in Mittelstellung des Potis hier auch 0V liegt, und 
somit die Differenzstufe symetrisch betrieben wird?

Ralph Berres

[m.n. (Gast)]

Die Spannung vom Poti wird durch R15 und R16 geteilt an Gate Q1 G$1 
gelegt; der Hub ist ca. 220mV mit 110mV in Mittenstellung des Potis. 
Diese leichte Asymmetrie wird durch das Trimm-POTI ausgeglichen. Die 
Ströme durch die FETs sind daher leicht unterschiedlich. Die 250 Ohm für 
den Trimmer sind 'aus der Kiste gegriffen'. Besser sind eigentlich 50 
Ohm fürs Poti und für R8 und R9 220 Ohm, um feiner abgleichen zu können. 
Der PMBF J620 ist besser als erwartet und viel, viel besser als z.B. 2 x 
BF245 o.ä..

Die leichte 'Verstimmung' der FETs ist der Kompromiß, wenn man nur eine 
+5V zur Verfügung hat. Mit zusätzlichen -5V könnte man auch noch die 
Source-Widerstände durch Stromquellen ersetzen und je eine 
Eingangsschutzdiode gegen +5V und -5V legen.
Um beliebige Eingangssignale in Rechtecksignale zu wandeln, ist die 
Schaltung völlig ausreichend.

Die obige Beschreibung ist etwas ungenau: die Differenzstufe ist erst im 
Komparator, die FETs puffern nur symmetrisch mit (nahezu) gleicher 
Drift.

[Philipp (Gast)]

Sind vielleicht blöde Fragen, aber wozu sind C1.1, ... , C6.2 gut?
Und warum kann R0 nicht einfach eine Brücke sein?

[ArnoR (Gast)]

Philipp schrieb:
> wozu sind C1.1, ... , C6.2 gut?

Frequenzkompensierter Spannungsteiler.

http://www.schruefer-messtechnik.de/EMT-Uebungen/Loesungen/2.2.2-tastkopf-02b.pdf

[m.n. (Gast)]

Philipp schrieb:
> Und warum kann R0 nicht einfach eine Brücke sein?

Könnte "ja", sollte "nein".

C0 kann im AC-Betrieb auf einige zig Volt aufgeladen sein. Beim 
Umschalten auf DC (Schalter wird geschlossen) muß C0 entladen werden. 
Dabei begrenzt R0 den Enladestrom und schont den Schalter.

[Philipp (Gast)]

@ArnoR
Okay, dankeschön. Damit werde ich wohl wieder 'ne weile beschäftigt 
sein.

@m.n.
Okay, nach dem mich der Frequenzkompensierte Spannungsteiler so verwirrt 
hat, bin ich auf das offensichtlichste nicht mehr gekommen XD

Danke euch beiden.