0.05-10MHz高频Q表制作

Google Earth · 发表于 2024-7-16 09:48:00

本帖最后由 shangh 于 2024-7-16 14:08 编辑

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为了编辑方便分为三段来发

一.组装与初步调试

二.机箱定制与机芯初步装进机箱

三.前级板重制与最终调试总装

这表用途不大那为啥还要花精力去折腾？我大部分制作都是好奇心驱使，不是为了实用才去折腾，这个制作也不例外。为了这个制作花了很多精力，可以说是目前为止精力花费最多没有之一。

这表设计者是大名鼎鼎的福建莆田的许大佬（据说是中学老师），后来出了一批套件。从仅有的资料获知这表的软件历经多次升级，最后版本量程2500，但是最后版本代码没有公开（我同时在此向广大坛友求助，如你有这个代码能否分享给我，万分感谢），我这个制作软件只能用已公开的第一版，量程只有1000，硬件也有细微的改动。

这表坑不少软件与硬件原理图对不上，一是矩阵键盘第一版原理图X轴从上至下是P1.4-7，最后的版本却倒过来了，另外一处是单片机与DDS 芯片AD9833数据通讯IO口，原理图P2.1是数据，P2.3是使能，代码却是反的，坑得我以为是AD9833芯片都是坏的，换了芯片还是没有信号输出，最后查AD9833 PDF再对照程序代码IO口设置才发现是程序与硬件对不上，试着改下代码IO口设置看行不行（本人单片机门外汉），不行那就只能改硬件，

代码IO口设置改后试机有信号输出了狂喜呀！不用改硬件了，不是说改硬件难而是硬件改了就难看，对我这个追求完美与有强迫症的人来说是很难接受的。

这Q表有自动关机功能，键盘无操作8分钟关机，我改到15分钟

元件清单

1：拆机君用双连可变空气电容9/265pF（修改后的容量）

2：单片机STC 12LE5A602S2

3：DDS芯片 AD9833（未知是否翻新）

4：0.56吋4位共阳动态数码管

5：拆机场效应管 2SK117 TO-92（japan）

6：三极管 C9018 TO-92（韩产）

7：三极管9013 9012 SOT-23（长电）

8：三极管8550 SOT-89 （长电）

9：二极管1N4148 LL34 1206

10：电压基准TL431 SOT-23（TI）

11：多规格 NP0 0603 pF电容（Samsung）

12：多规格1% 0805 电阻

13：250R 1k 0.1% 0805电阻各一（Panasonic）

14：多规格电解电容（Rubycon Panasonic）

15：陶瓷空气微调电容VC-5P 5 pF

16：有源晶振25MHz 7050

17： 61材质磁环5961000301 12.7×7.15×4.9mm （Fair_Rite）

18：八位拨码开关贴片（进口）

19：三脚镀金钮子开关（台湾）

20：贴片6×6屏蔽电感

21：直插工字功率电感 4.7mH直流电阻小于50mΩ

22：双刀单掷带耳自锁按动开关

23：SMA镀镍射频母座/公头

24：2.54圆形插针/座排

25：4×4硅胶按键

26：1：10减速旋钮

27：Φ9转Φ6铝质梅花连轴器

28：紫铜实心铆钉M6×50mm 连轴器用

29：全铜质镀镍M6接线柱

30：M3×5mm铜柱

31：聚四氟乙烯板 100×100×4mm

32：2mm厚不锈钢支架（废物利用自己裁切）

33：电源一节锂电18650 3400mA/h 3.7V （Panasonic）

34：单节锂电充放保护板

35：定制铝合金机箱 220×105×190mm

36：铸铝屏蔽盒50.5×50.5×31mm

10多年前出的套件主板

第一版原理图

最后一版原理图，画PCB板图是按最后一版原理图画的

第一步先把键盘定下来

由于键盘排列顺序特别，而又想用市售成品键盘，这就要改硬件或者软件，改硬件那要就自己画个键盘PCB。

先试试改软件看了代码自己没能力改，然后在本坛发帖求助，

先后有digitking，china007lsh，bg4rff，mmxx2015，ccma1000，xiangzichen，lkc8210几位热心坛友

帮忙改与提出修改思路，开始改的编译通不过会报错，最后改的不会报错，但能不能用没有去验证，

因为在最后改好的出来之前已经画了键盘按键PCB，所以后来就没有去验证。

再次非常感谢上述几位坛友！

找键盘花了好几天时间

开始是找市售成品4×4的矩阵键盘来改线路，但是按键丝印全是功能标识相差太多，

最后放弃还是自己画PCB吧，但又不愿用轻触开关的要硅胶的，然后找硅胶的眼睛都看花了，

最后总算不负苦心人找到了，但商家说可能没有货了要找找（整个TB就一家），真担心找不到不

然好不容易辛苦找到了却没有货，那心情不用说大家应该都知道吧？谢天谢地后来商家说找到了几片。

要想找到一模一样的那跟中彩票的概率差不多，只有“F”键不一样

硅胶按键到手，实物很漂亮质感也非常满意，随后把硅胶按键的尺寸量出来，

就进入下一步画键盘按键PCB板

PCB画好拿去JLC制板，用上个月有消费领的沉金券做。

沉金效果还不错，阻焊依然是酷黑

键盘按键板问题解决了，但是键盘按键面板就不好弄了，手工开这样的孔根本是无法完成，

就算可以那开出来的孔也不好看，想想还是画PCB的面板吧。

为了制板不出错板子画好后先1：1打印出来，把硅胶键盘放上面查看孔位有无偏离。

检验完成没问题拿JP去制板

横纵向均没有问题

检验键盘按键位置是否在中心，是把图纸浸蜡后贴到键盘按键板图纸上的方法，所有的检验完成。

制好的PCB板到货阻焊选的白色，试装按键孔距，孔径都很完美没有不妥之处。

在这期间还给数码管画了转接PCB板

本着能省则省的精神第一次用LC EDA画，对这EDA不熟乱画一通，

没什么要求线路能通就行，画好再领张券拿去制板就好了。

还试了下程序到底能不能用，找出以前做的小系统板，把单片机焊上，

程序写进去。只能试下键盘，数码管，A/D口，试过后都没有问题。

键盘问题解决了，其他的疑问也都消除了接下来就是画主板PCB了。

按照最终版的原理图画，最终版是兼容初版的，用不上的地方空在哪里就可以。

目前是没有最终版的程序，以后万一能找到就不用改硬件了。

前级与AD9833转接板与主板拼在一起，没有开槽担心通不过制板厂的审核。还是自己切算了

主板分为5个区域来画，画好拿去JLC制板，还是用的上个月有实际消费领的第二张免费券

制好的主板PCB到货，阻焊依旧酷黑，现在是偏爱黑色的阻焊，

看着非常有质感，以前是红蓝紫都用过，看图片是很漂亮，实物就不怎么样了，

黑色是相反反，试了一次黑色的后就看不上其他颜色的了

开割，割板工具美工刀，怎么割？一般人不告诉他，

用刀背上的那个月牙状的弯钩割，谁割谁知道的好用

割完后用砂纸打磨一下

先把DDS AD9833焊好，这个真有点难焊太小了引脚是又细又密，

主要是对脚位光凭肉眼很吃力，就算是二九十八的小鲜肉都费劲。

这来自TB上7.5元含运费的芯片不知道是不是正规合格货，

反正LCSC里是不便宜要几十，mao ze上更贵比LCSC贵一倍还不止

焊了两片

然后开始焊主板，焊板顺序从低到高，焊了差不多一天，时间都花在找电阻电容的身上

焊完装上电池开机，开不了机要手动启动一下才能开机，开机后稳压输出电压才1.9V，

与正常2.75V相差也太多了，蓝色电源灯是微微刚亮起，由于电源电压及输出是受单片机控制的，

通过排查发现电源单片机电压取样口P1.1的电压只有几百mV，再对照原理图看不用计算这

分压值肯定不对，起码得有1.4V才对，然后断电用通断档测取样分压电阻R201与R202连接

点对地是否短路，果真万用表大叫呀，寻思着是不是R202焊连锡了吧，仔细看没有看到有连锡，

用烙铁重新焊一遍再测万用表依旧大叫，用肉眼看电阻丝印看到有62得字样，电阻貌似也没有焊错呀，

难道是电阻变质了还是PCB板有问题？拆下电阻测PCB电阻两焊盘之间电阻无穷大，PCB没有问题呀！

再测电阻阻值只有六十几Ω，再用手机放大看电阻丝印前两位是没错是62，

后面字的被焊剂覆盖看不清楚，不会是样品电阻商家搞错了，拿出样品本里的620kΩ

电阻一看丝印有点不对劲，再用万用表验证果然是商家搞错了，把62Ω的当成620kΩ的了，

真坑！还得去买620kΩ的先用680kΩ+7.5mΩ并联焊上应急。

这是电源电压正常时电源灯的亮度

、

换上620kΩ输出电压就精准显示2.75V

板子后期用工业酒精洗了，漂亮多了

酒精洗完再投进热水里洗一遍

用热风枪吹干，洗完漂亮多了，这工业酒精有腐蚀洗过后板子阻焊与塑料件都有变色，

阻焊泛白，电源开关按钮帽褪色。

在酒精里泡了两个小时还有死角没有洗到，原因就是弄错了的那个电阻，

换的时候焊剂残留比其他的多很多，又是在角落里刷子没有刷到

主板焊完焊前级板，这个但是没拍，调试中补拍几张算了，

这个板只是临时用，后期整机装配要重新画PCB板

这个2SK117场管是话筒里常用的，我拆了一个步步高无绳电话机话筒里的不是这个

所有板子焊完接下来连上数码管，键盘，下载程序做初步测试。

先得绕激励变压器，用三种磁环分别绕了一个，第一个是用直径大的NXO-100绕，

激励变压器是核心关键元件，它的好坏直接影响Q表的精度，对绕法工艺有要求，

下面摘录设计者的关于激励变压器制作方法的原文：

刚才测试了一个节能灯磁环，得到的结果时：
(1)电感引线串过节能灯磁环（相当于串联一个1圈的磁环电感），测Q=191的那个线圈，

Q值下降近一半，约为Q=110。经测量和计算，在600kHz时，节能灯磁环1圈的等效感抗是5欧，

串联内阻是1.9欧。这就是说，这是个低Q的磁环，次级电感量很大（单匝1.3uH），

在回路中所占比重不可忽略。如果两匝接入，内阻变为1.9*4=7.2欧，整个回路的Q值下降得惨不忍睹

，Q只剩下45。所以说，当初级开路时，这个磁环是不能直接用于激励的，因为内阻高达1.9欧（600kHz时）
(2)要降低内阻，可在初级或次级接入低阻抗元件。
A、如果在次级接入0.04欧电阻，那么这个单匝磁环的输出内阻约为0.04欧。
B、如果在初级（20匝）接入低阻元件（如短路），那么次级了阻抗也非常低，测Q基本不变

通过以上实验，节能灯磁环要实现Q表的激励，可采取以下措施：（1）在次级接入0.04欧左右电阻（2）

在初级接入的信号源内阻为100欧以下（或直接在初级并联100欧电阻，当然信号源要能够驱动100欧且恒幅输出）。

通过这两个错施就可使输出内阻小于0.02欧。实际上，从那台HP Q表的电路上看，他已实现非常低的阻抗输出。

我还测试了那个电脑主板磁环，性能要好得多，不管初级与次级有没有接入低阻元件，都不影响Q值。原因是：

这个磁环的单圈电感量非常小，而且Q值也比节能灯磁环高得多，磁环损耗可忽略，主要由导线长度损耗够成，

由于导线非常短，所以根本不影响Q值。

使用高频磁环比较好，导磁率高的频率低，感抗高，而中波段Q值却低。导磁率低的，感抗小且高频段Q值高。
单圈电感如果是1.3uH，Q=3 ,频率600kHz，等效串联电阻1.6欧
单圈电感如果是0.05uH，Q=20，频率600kHz，等效串联电阻0.01欧
二者比较，相差了160倍。前者需要很多补求措施才能得到低阻信号源，后者无须补救。如果后者也采用低阻信号

发生器接输入初级，那么次级的等效串联阻抗的电阻分量几乎为0

其实电脑主板磁环的工作频率还是偏低了，Q值不好。最好使用导磁率为50至100的高频磁环，

50多圈得到100uH至200uH的磁环，Q值最好在20以上，这种磁环就比较理想了。
信号源内阻最好做到只有50欧以下

这次采用的磁环的导磁率比较高，所以在10MHz时工作的并不很理想，今天再次对它检测，

在10MHz时的精度没有达到1%，正确安装的话，精度可以控制在2%以内，不正确安装，精度甚至只有15%
磁环绕线时，请均匀绕一层，约40圈，余16圈在第二层均匀绕一层。初级绕完后，两条引线应在同一位置。
5MHz时，不正确的安装方法，也会造成精度只有2%
最糟糕的装法，就是把初级紧扣在初级引出线位置上。这会造成Q值测量偏大。
第二糟糕的装法，就是把初级紧扣在初级引出线对面的位置上。这会造成Q值测量偏小。

改进绕法：绕成传输线变压器

双线并绕，均匀绕成28圈，第一层可以绕下21圈，余7圈在第2层均匀绕制。
然后两线串联起来，变成56圈，这样，磁环的频响会变成几十兆，比原来绕法增加一倍以上。
这种绕法，大大提高了电压变换的精度，在10MHz达到了1%

次级虽然只有一圈，但装法很重要，不然误差要可能达到2%：
1、次级引线请从磁环中间穿过，不要扣在磁环上。
2、次级引线要有较大的弧度引出

通过1、2两点，可以使次级远离初级。

分别用三种材质的磁环来做激励变压器

1号激励变压器磁环

这两种磁环是前两年做天线买的

2号激励变压器磁环

磁环上用生料带先绕3层再绕线

3号激励变压器磁环

3个绕好的激励变压器对比

2-3号磁环文档

可变电容先用这个

电容详细情况：

https://www.mydigit.cn/thread-372273-1-1.html

所有这些完成后，把整机连接好线开始测试，注意测试时Q表所有

的部件都要放在泡沫上进行，这是为了减小损耗

电压未矫正前分别用三个激励变压器测同一个电感，发现激励变压器的磁环大小电感量对Q表的测量结果影响不大，

影响大的是磁环的μi 初始导磁率，电压矫后再测得出的结果也是一样。

就是测这个材质未知，线用1mm²的镀银线

电压未矫正测出的Q值

初步测试功能没有问题后，开始调试，调试很麻烦，调试前最好是把Q表操作菜单熟悉记牢

调试按照原设计者给出的步骤与方法进行，

调试步骤原文摘录如下：

首次使用须知

首次使用，需按顺序完成以下工作：
1、进入3-0菜单，设备比值基数。按“C”键清除原来的数据。在此输入磁环的初次级的匝数比的10倍值。

例如激励磁环的初次级匝数比是56:1，请在此输出560(放大10倍)。按下“E”键确认保存。
2、进入3-1菜单，输入主可变电容最大容量的10倍，例如主要变电容的容量是512.4pF，则输入5124，

按下“E”键确认保存。
3、进入3-2菜单，输入主可变电容最小容量的10倍(目前软件未提供此菜单)。
4、对毫伏表进行非线性改正，详见下文关于毫伏表的调试部分。
5、接入信号源至主可变，详见电路图中的“激励电压测量跳线”，量程切换到低量程档，可变电容调到最

小。然后进入4号菜单，按下“C”键清除当前数据，再按“0”键可清除所有频率上的数据，最后按下“E”键

确认保存，保存时，软件自动扫描各个频点的激励电压，如果被置0，则重新测量并保存。如果频点的

某数据没有清除，则按原来的数据保存，因此，利用这一原理，用户可以自行输入自己认为合理的激

励电压值。保后，按“+”或“-”键检查激励电压值。

毫伏表的矫正方法

二、毫伏表线性度测试
  1、取得非线性矫正数据
  开机后，默认频率为600kHz
  C8接入P5点，断开接到场效应管的线路。切换到2-2菜单监视无调零电压输出。如电路图所示，

把非线性矫正器接到P7点。
调节Rj，使输出电压达到1022(也可以是1000至1022任选一个值，大概即可)，不得调到1023，

因为，当电压达到或大于1023，均显示为1023
  记下此时电压读数，标识为V125
  C8接入P4点，读出电压，标识为V100
  C8接入P3点，读出电压，标识为V75
  C8接入P2点，读出电压，标识为V50
  C8接入P1点，读出电压，标识为V25
  C8重新接到P5，调节Rj，使电压读数为V25
  C8接入P4点，读出电压，标识为V20
  C8接入P3点，读出电压，标识为V15
  C8接入P2点，读出电压，标识为V10
  C8接入P1点，读出电压，标识为V5
  C8重新接到P5，调节Rj，使电压读数为V5
  C8接入P4点，读出电压，标识为V4
  C8接入P3点，读出电压，标识为V3
  C8接入P2点，读出电压，标识为V2
  C8接入P1点，读出电压，标识为V1
  C8接入P0点，读出电压，标识为V0(V0实即就是调零电压)
  将已测得的V125、V100……V0全部减去V0，得到已调零的电压，记为U125、U100……U1、U0
  2、存入非线性矫正数据
  切换到5号菜单，把已测得的非线性矫正数数数据U0……U125输入单片机
  按“+”、“-”号，可以切换U0、U1……U125输入点。
  当显示为U0时，把U0输入，然后按“+”号键，跳到U1并输入U1值，其余类推。每次输入前

请按“C”清除原来的数值，应注意，屏幕采用分屏显示U的标识符和电压值。
首次下载程序后，内部数据不是0，即使显示为0，但内部真正的数值不是为0，因为

EEPROW的初始值超过4位数，屏显为0，其实不一定是0。
按上面的算法，U0总是0，程序中，U0不再置为0，而是指未调零的值（即V0），该值将用于

检测温标的参考值。
3、一组参考数据
如果暂时不想立刻进行非线性矫正，可先用以下我测得的数据，并输入，以便使单片机尽快工作，

等您有空的时候再做仔细矫正。
U0=122，U1=1，U2=2，U3=3，U4=6，
U5=9，U10=32，U15=61，U20=93，
U25=127，U50=310，U75=503，U100=700，U125=898
程序中的温漂系数采用0.7，详见程序中的该语句“b = (V0-cs.jz[0])*7/10”，这个温度

系数是我的Q表的温度系数，您的Q表不一定是该值，如果不确定，温度系数可置为0。
4、矫正完成，请复原电路。
5、激励电压未测量

  Q表全部接好以后，把5pF电容接到变压器初级（断开主调电容），进入4号菜单，按下C键，再按下0键，然后按E键，所有频点激励电压将自动被测量并保存
适当调节5pF的电容量，使500kHz时的激励电压为290至310即可

  如果您已经把5pF固定好了，取下来麻烦，用以下方法测激励电压也可以，但（如5MHz以上）高频的精度稍差一点。

接上电路图中的“激励电压测量临时跳线”，把可变电容调到最小，然后进入4号菜单。按下C键清除单前频点数据，再按0键可自动清除所有频点数据，按下“E”键，系统将自动测量出所有频点的激励信号电压，并保存到EEPROW。

激励信号在显示屏上显示3位，最后1位是频点标识，“0”表示0kHz(实际采用300kHz)，“0.”表示500kHz，“1”表示1MHz，“1.”表示1.5MHz，“2”表示2MHz……

  适当调5pF电容的容量，使500kHz时的激励电压为290至310即可，每次调节后，都要重测激励电压。
  6、毫伏表线性度的频响综合测试之一（以下测试报告，供参考，读者不一定要做这项实验。）
测试方法：菜单切换到2-0菜单（显示已非线性矫正的调零输出电压），用AD9850做为信号发生器，

接入电路图中非线性矫正器上的分压器进行测试，把C8接入P5并调节Rj使输入电压为1226，

然后用电阻分压法，得到不同的输入电压，比例关系详见下表中的“输入电压”

第一段超字节，超出的发到第二段

到这里先告一段落，接下来是为Q表找个房子安身，

大家先别插楼

楼下继续。。。。。。。。。。

kkdkj · 发表于 2024-7-16 10:14:10

虽然不太懂，制作辛苦就得加分

Google Earth · 发表于 2024-7-16 10:58:36

本帖最后由 shangh 于 2024-7-16 11:07 编辑

接第一段未发完
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