Metode de măsurare a frecvenței, tipuri de frecvențemetre. Principiul de funcționare al unui frecvenmetru electronic la măsurarea frecvenței Ce măsoară frecvențametrul?

Unul dintre principalii parametri ai curenților periodici și pulsatori este , care determină numărul de oscilații periodice pe ciclu complet și este principala caracteristică a sistemului SI de unități. Necesitatea unei determinări precise a frecvenței apare în diverse domenii ale activității științifice și practice determinarea acesteia este de o importanță deosebită în inginerie electrică, electronică radio, telecomunicații etc.

Pentru a fixa frecvența, se folosesc frecvențămetre - acestea sunt instrumente electrice speciale de măsurare utilizate pentru a fixa frecvența unui proces periodic sau componentele armonice ale spectrului de semnal.

Clasificarea dispozitivelor

Pe baza metodei de măsurare există aparate de evaluare directă (analogice) și dispozitive de comparare (heterodină, numărătoare electronică).

Pentru a determina frecvența surselor de alimentare pentru dispozitivele radio, utilizați:

• electromagnetic;
• electro- și ferodinamice, folosind metoda comparației cu o anumită scară de măsurare;
• instrumente cu diapazon.

Astfel de dispozitive sunt caracterizate de limite înguste de măsurare, de obicei în intervalul de +-10% din intervalul standard de frecvențe 25, 50, 60, 100, 150, 200, 300, 400, 430, 500, 800, 1000, 1500 și 2400 Hz și funcționează la tensiuni nominale de 36, 110, 127, 220, 380 V.

Pentru numărarea maximului frecvente joase(sub 5 Hz) utilizați dispozitive magnetoelectrice complete cu cronometru. Pentru a face acest lucru, numărând numărul de perioade de oscilație pe o anumită perioadă de timp, se efectuează o măsurare completă.

În plus, toate contoarele de frecvență sunt împărțite în mod convențional în dispozitive analogice și digitale. Pentru prima opțiune, informațiile măsurate sunt indicate prin metoda standard „scale and pointer”, iar în a doua - folosind un afișaj digital.

Conform designului lor, acestea sunt împărțite în:

• panou;
• portabil;
• staționar.

Pentru a determina frecvențele semnalelor periodice, precum și pentru a identifica componentele armonice ale spectrelor, se folosesc instrumente speciale de măsurare radio (și de măsurare electrică) numite frecvențămetre.

Astăzi, există două tipuri de frecvențemetre bazate pe metoda de măsurare: analog (pentru estimarea directă a frecvenței) și dispozitive de comparație (care includ: numărătoare electronică, heterodină, rezonantă etc.).

Cele analogice sunt potrivite pentru studierea oscilațiilor sinusoidale, heterodine, rezonante și vibraționale - pentru măsurarea componentelor armonice ale unui semnal, de numărare electronică și a celor condensatoare - pentru determinarea frecvențelor evenimentelor discrete.

După tipul de proiectare, contoarele de frecvență pot fi montate pe panou, portabile sau staționare - tipul de proiectare depinde de zona de aplicare a unui anumit dispozitiv.

Un indicator de frecvență analogic aparține instrumentelor de măsură electromecanice și funcționează pe principiul magnetoelectric, electromagnetic sau.

Funcționarea unui astfel de dispozitiv se bazează pe dependența modulului de impedanță al circuitului de măsurare compozit de parametrii curentului care trece prin acesta. Circuitul de măsurare al dispozitivului este format din rezistențe dependente de frecvență și independente de frecvență.

Deci, diferite semnale sunt furnizate brațelor raportorului: curentul măsurat este furnizat unui braț printr-un circuit independent de frecvență, celuilalt – printr-un circuit dependent de frecvență. Ca urmare, acul dispozitivului este instalat într-o poziție în care fluxurile magnetice ale curenților prin cele două brațe își vor găsi echilibrul.

Un exemplu de frecvențămetru care funcționează pe acest principiu este sovieticul M800, proiectat în intervalul de la 900 la 1100 Hz în circuitele obiectelor mobile și staționare. Consumul de energie al dispozitivului este de 7 W.

Un vibrator de frecvență cu lamelă are pe scara sa un set de plăci sub formă de trestie elastică din oțel, iar fiecare dintre lamele are propria frecvență de rezonanță a vibrațiilor mecanice. Vibrațiile rezonante ale stufului sunt excitate prin acțiunea unei alterne camp magnetic electromagnet.

Când curentul analizat trece prin circuitul electromagnetului, trestia cu frecvența de rezonanță cea mai apropiată de frecvența curentului începe să oscileze cu cea mai mare amplitudine. Frecvența vibrațiilor rezonante ale fiecărei trestii se reflectă pe scara dispozitivului. Deci indicația vizuală este destul de clară.

Un exemplu de contor de frecvență cu vibrații este dispozitivul B80, care este folosit pentru a măsura frecvența în circuitele de curent alternativ. Gama de frecvență este de la 48 la 52 Hz, consumul de energie al frecvențeimetrului este de 3,5 W.

Frecventametru condensator

Astăzi puteți găsi contoare de frecvență pentru condensatori pentru intervale cuprinse între 10 Hz și 10 MHz. Principiul de funcționare al acestor dispozitive se bazează pe procese alternative de încărcare și descărcare a unui condensator. Condensatorul este încărcat din baterie, apoi descărcat în sistemul electromecanic.

Frecvența repetărilor de încărcare-descărcare coincide cu frecvența semnalului studiat, deoarece semnalul măsurat însuși setează impulsul pentru comutare. Știm că sarcina CU curge într-un ciclu de lucru, prin urmare curentul care curge prin sistemul magnetoelectric este proporțional cu frecvența. Astfel, amperii sunt proporționali cu herți.

Un exemplu de contor de frecvență condensator cu 21 de domenii de măsurare este dispozitivul F5043, utilizat pentru reglarea echipamentelor de joasă frecvență. Frecvența minimă măsurată este de 25 Hz, cea maximă este de 20 kHz. Consumul dispozitivului în modul de funcționare nu este mai mare de 13 W.

Pentru configurarea și întreținerea dispozitivelor transceiver și pentru măsurarea frecvențelor purtătoare ale semnalelor modulate, contoarele de frecvență heterodină sunt utile. Frecvența semnalului studiat este comparată cu frecvența semnalului oscilatorului local (oscilator reglabil auxiliar) până când se obțin bătăi zero.

Bătăile zero indică faptul că frecvența semnalului studiat coincide cu frecvența oscilatorului local. Un exemplu de contor de frecvență heterodin testat în timp este tubul „Wavemeter Ch4-1”, folosit pentru calibrarea emițătorilor și receptoarelor care funcționează cu oscilații continue. Gama de operare a dispozitivului este de la 125 kHz la 20 MHz.

Frecvența rezonatorului reglabil este comparată cu frecvența semnalului studiat. Rezonatorul este un circuit oscilator, un rezonator cu cavitate sau un segment de linie cu un sfert de undă. Semnalul studiat este furnizat rezonatorului, iar de la ieșirea rezonatorului semnalul merge către galvanometru.

Citirile maxime ale galvanometrului indică cea mai bună potrivire a frecvenței naturale a rezonatorului cu frecvența semnalului studiat. Operatorul reglează rezonatorul folosind un cadran. Unele modele de contoare de frecvență de rezonanță folosesc amplificatoare pentru a crește sensibilitatea.

Un exemplu de frecvență de rezonanță este dispozitivul Ch2-33, proiectat pentru reglarea receptoarelor și emițătoarelor cu frecvențe de semnale continue și modulate cu impulsuri de la 7 la 9 GHz. Consumul dispozitivului nu depășește 30 W.

Un contor electronic de frecvență numără pur și simplu numărul de impulsuri. Impulsurile numărate sunt generate de circuitele de intrare dintr-un semnal periodic de formă arbitrară. În acest caz, intervalul de timp de numărare este setat pe baza oscilatorului de cuarț al dispozitivului. Astfel, un contor electronic de frecvență de numărare este un dispozitiv de comparație, a cărui precizie depinde de calitatea standardului.

Contoarele electronice de frecvență sunt dispozitive foarte versatile, caracterizate prin game largi de măsurare a frecvenței și precizie ridicată. De exemplu, domeniul de măsurare al dispozitivului Ch3-33 este de la 0,1 Hz la 1,5 GHz, iar precizia este de 0,0000001. Frecvențele măsurabile disponibile cresc la zeci de gigaherți datorită utilizării divizoarelor în instrumentele moderne.

În general, contoarele electronice de frecvență sunt de departe cele mai comune și cele mai solicitate dispozitive profesionale. în acest scop. Ele nu numai că vă permit să măsurați frecvențele, dar vă permit și să găsiți durata impulsurilor și intervalele dintre ele și chiar să calculați relația dintre frecvențe, ca să nu mai vorbim de numărarea numărului de impulsuri.

Cea mai importantă caracteristică a proceselor periodice este frecvența, care este determinată de numărul de cicluri complete (perioade) de oscilații pe unitatea de interval de timp. Nevoie de măsurarea frecvenței apare în multe domenii ale științei și tehnologiei și mai ales adesea în electronica radio, care acoperă o zonă vastă de oscilații electrice de la frecvențe infra-joase până la frecvențe ultra-înalte inclusiv.

Pentru a măsura frecvența surselor de alimentare ale dispozitivelor radio electrice, se folosesc contoare de frecvență electromagnetice, electro- și ferodinamice cu evaluare directă pe scara unui contor ratiometric, precum și contoare de frecvență cu diapazon. Aceste instrumente au limite de măsurare înguste, de obicei în +-10% din una dintre frecvențele nominale de 25, 50, 60, 100, 150, 200, 300, 400, 430, 500, 800, 1000, 1500 și 2400 Hz și 2400 Hz. funcționează la tensiunea nominală 36, 110, 115, 127, 220 sau 380 V.

Frecvențele foarte joase (mai puțin de 5 Hz) pot fi determinate aproximativ prin numărarea numărului de perioade complete de oscilație pe o perioadă fixă ​​de timp, de exemplu, folosind un dispozitiv magnetoelectric conectat la circuitul studiat și un cronometru; frecvența dorită este egală cu numărul mediu de perioade de oscilație a acului instrumentului în 1 s. Frecvențele joase pot fi măsurate prin metoda voltmetrului, metoda punții și, de asemenea, prin comparație cu o frecvență de referință folosind bătăi acustice sau un osciloscop cu fascicul de electroni. Contoarele de frecvență bazate pe încărcarea-descărcare a condensatorului și metodele de numărare discretă funcționează într-o gamă largă de frecvențe joase și înalte. Pentru a măsura frecvențele înalte și ultra-înalte (de la 50 kHz și mai sus), se folosesc frecvențemetre bazate pe metode rezonante și heterodine. La frecvențele de microunde (de la 100 MHz și mai sus), metoda de estimare directă a lungimii de undă a oscilațiilor electromagnetice folosind linii de măsurare este utilizată pe scară largă.

Dacă oscilațiile studiate au altă formă decât sinusoidală, atunci, de regulă, se măsoară frecvența armonicii fundamentale a acestor oscilații. Dacă este necesar să se analizeze compoziția de frecvență a unei vibrații complexe, atunci se folosesc dispozitive speciale - analizoare de spectru de frecvență.

Tehnologia modernă de măsurare face posibilă măsurarea frecvențelor înalte cu o eroare relativă de până la 10 -11; aceasta înseamnă că o frecvență de aproximativ 10 MHz poate fi determinată cu o eroare de cel mult 0,0001 Hz. Oscilatorii de cuarț, moleculari și atomici sunt utilizați ca surse de frecvențe de referință foarte stabile, iar oscilatorii diapazon sunt utilizați în regiunea de frecvență joasă. Metodele de stabilizare a frecvenței utilizate la stațiile de emisie fac posibilă menținerea frecvenței cu o eroare relativă de cel mult 10 -6, astfel încât frecvențele purtătoare ale acestora pot fi utilizate cu succes ca frecvențe de referință în măsurătorile de frecvență. În plus, prin posturi de radio Serviciu civil timpul și frecvența URSS sunt transmise regulat oscilații ale unui număr de frecvențe standard (100 și 200 kHz, 2,5; 5; 10 și 15 MHz), care reprezintă o purtătoare nemodulată, întreruptă periodic de furnizarea indicativelor de apel și de timp precis. semnale.

În multe cazuri de practica ingineriei radio, la măsurarea frecvențelor joase, poate fi permisă o eroare de până la 5-10%, iar la măsurarea frecvențelor înalte - până la 0,1-1%, ceea ce simplifică cerințele pentru circuitul și proiectarea frecvențemetre utilizate.

Măsurarea frecvenței cu un voltmetru

Cea mai simplă este o metodă indirectă de măsurare a frecvenței, bazată pe dependența rezistenței elementelor reactive de frecvența curentului care trece prin ele. O posibilă schemă de măsurare este prezentată în Fig. 1.

Orez. 1. Circuit pentru măsurarea frecvenței cu ajutorul unui voltmetru

Un lanț al unui rezistor nereactiv R și al unui condensator C cu pierderi mici, ai cărui parametri sunt cunoscuți cu precizie, este conectat la sursa oscilațiilor de frecvență F x. Un voltmetru AC de înaltă rezistență V cu o limită de măsurare apropiată de valoarea tensiunii de intrare măsoară alternativ tensiunile U R și U C pe elementele lanțului. Deoarece U*R = I*R și U C = I/(2πF x C) (unde I este curentul din circuit), atunci raportul U R /U C = 2πF x RC, care urmează:

F x = 1/(2πRC) * U R /R C

Rezistența de intrare a voltmetrului V trebuie să fie de cel puțin 10 ori rezistența fiecărui element din lanț. Cu toate acestea, influența unui voltmetru poate fi eliminată dacă este folosit doar ca indicator al egalității tensiunilor U R și U C , realizată, de exemplu, printr-o schimbare lină a rezistenței R. În acest caz, frecvența măsurată este determinată de o formula simpla:

F x = 1/(2πRC) ≈ 0,16/(RC),

și cu o capacitate constantă a condensatorului C, rezistența variabilă R poate fi echipată cu o scară cu un raport în valorile lui F x.

Să estimăm ordinea posibilă a frecvențelor măsurate. Dacă rezistența R are o rezistență maximă R M = 100 kOhm, atunci la C = 0,01 μF, 1000 și 100 pF, limita superioară de măsurare va fi 160, 1600 și, respectiv, 16000 Hz. Atunci când alegeți R M = 10 kOhm și aceleași valori de capacitate, aceste limite vor fi egale cu 1600 Hz, 16 și 160 kHz. Eficacitatea metodei depinde de acuratețea selecției denumirilor și de calitatea elementelor lanțului RC.

Frecvențemetre capacitive

În scopuri practice, frecvențametrele cu indicare directă sunt cele mai convenabile, permițând observarea continuă a frecvenței vibrațiilor care sunt studiate pe scara contorului cu cadran. Acestea includ, în primul rând, contoare capacitive de frecvență, a căror funcționare se bazează pe măsurarea valorii medii a curentului de încărcare sau de descărcare a unui condensator de referință, reîncărcat periodic cu tensiunea frecvenței măsurate f x. Aceste instrumente sunt folosite pentru a măsura frecvențe de la 5-10 Hz la 200-500 kHz. Cu o eroare de măsurare admisă de aproximativ 3-5%, acestea pot fi efectuate conform circuite simple, una dintre opțiuni este prezentată în Fig. 2. Aici, tranzistorul T1, care funcționează în modul comutator, este controlat de tensiunea de frecvență f x, care este alimentată la baza sa de la potențiometrul de intrare R1. În absența unui semnal de intrare, tranzistorul T1 este deschis, deoarece baza sa este conectată prin rezistențele R3 și R2 la polul negativ al sursei de alimentare. În acest caz, se creează o cădere de tensiune U pe rezistorul R5 al divizorului R5, R2; acesta din urmă, datorită prezenței unui condensator de capacitate mare C2, este fixat ca tensiunea de alimentare a cascadei tranzistorului și cu schimbări periodice rapide în modul tranzistor aproape că nu se schimbă. La instalarea comutatorului ÎNîn poziția „U-”, contorul Și, conectat în serie cu rezistența suplimentară R6, formează un voltmetru care măsoară tensiunea constantă U pe condensatorul C2, care este menținută la un anumit nivel, de exemplu 15 V, cu ajutorul a rezistenței de reglare R2 În locul celui discutat, se poate folosi cu succes un circuit standard de stabilizare a tensiunii parametrice pe dioda zener, care nu necesită monitorizare sistematică.

Orez. 2. Circuitul unui contor de frecvență capacitiv

În timpul semiciclului pozitiv al tensiunii de intrare cu frecvența f x, tranzistorul T1 se închide și tensiunea la colectorul său crește brusc până la valoarea U; în acest caz, unul dintre condensatorii C este încărcat rapid la o tensiune apropiată de U, al cărui curent de încărcare trece prin contor. ȘIși dioda D2. În timpul semiciclului negativ, tranzistorul T1 se deschide, rezistența sa devine foarte scăzută, ceea ce duce la o descărcare rapidă și aproape completă a condensatorului C cu curent care trece prin dioda D1. Pe parcursul unei perioade a frecvenței măsurate, cantitatea de electricitate transmisă condensatorului în timpul încărcării și eliberată de acesta în timpul descărcării este q ≈ CU. Deoarece procesul de încărcare-descărcare se repetă cu o frecvență f x, atunci valoarea medie eu Curent de încărcare, înregistrată de contor ȘI, se dovedește a fi proporțional cu această frecvență:

I = q*f x ≈ C*U*f x .

Acest lucru permite contorului să fie echipat cu o scară liniară, calibrată direct în valorile frecvențelor măsurate.

Dacă se cunosc curentul total de deviație al contorului I și tensiunea constantă U, atunci pentru o valoare limită dată a frecvențelor măsurate f p condensatorul trebuie să aibă o capacitate

C = I și /(U*f n).

De exemplu, cu valorile elementelor circuitului prezentate în Fig. 2, Frecvențametrul poate fi reglat pentru a funcționa la limitele superioare de măsurare de 100 Hz, 1, 10 și 100 kHz.

În acest circuit, comutatorul de pe tranzistorul T1 îndeplinește simultan funcțiile unui amplificator-limitator, datorită căruia citirile frecvențeimetrului depind puțin de forma tensiunii de intrare. Orice tensiune periodică de intrare cu o amplitudine de aproximativ 0,5 V și mai mult este transformată într-o tensiune de impuls de formă aproape dreptunghiulară cu o amplitudine constantă U f care alimentează circuitul de măsurare (numărătoare) al frecvențeimetrului. Condensatorul C3, un contor de șunt, netezește ondulațiile acului acestuia din urmă atunci când măsoară frecvențele cele mai joase din domeniul general.

Rezistorul trimmer R7, conectat în paralel cu contorul, servește la corectarea scalei contorului de frecvență în timpul funcționării acestuia. În acest caz, o tensiune de frecvență de referință este furnizată la intrarea contorului de frecvență de la un generator de măsurare sau o rețea de curent alternativ (50 Hz) și prin reglarea rezistenței R7, acul contorului este deviat la diviziunea corespunzătoare a scalei de frecvență. Această reglare se repetă de mai multe ori, alternând-o cu setarea mai sus menționată a tensiunii de alimentare U, efectuată cu ajutorul rezistenței R2.

O tensiune de intrare mai mică de 0,3-0,5 V poate să nu fie suficientă pentru a opri tranzistorul T1 pentru cea mai mare parte a semiciclului pozitiv; atunci condensatorul C nu va avea timp să se încarce la tensiunea U și citirile contorului de frecvență vor fi subestimate. Pentru a crește sensibilitatea tensiunii de intrare la 20-50 mV, comutatorul electronic este uneori precedat de o etapă de amplificare, realizată conform unui circuit cu emițător comun.

Dacă tensiunea de intrare este excesivă, tranzistorul de intrare poate fi deteriorat; aceasta conduce la necesitatea includerii elementelor de limitare sau de reglare la intrare, de exemplu, potențiometrul R1 în circuitul din Fig. 2. Tensiunea de intrare trebuie crescută treptat, monitorizând citirile frecvențeimetrului, iar atunci când acesta din urmă, după un anumit interval de creștere, se stabilizează, se poate estima frecvența f x. Este util să monitorizați tensiunea de intrare pentru a o seta la nivelul optim pentru un contor de frecvență dat, de exemplu 1,5 V. În acest circuit, aceasta are loc în poziția „U~” a comutatorului B, când contorul cu diodele D1, D2 și rezistorul R4 formează un curent de voltmetru AC cu o limită de măsurare de aproximativ 3 V, controlând tensiunea prelevată de la potențiometrul R1.

Frecvențametrele realizate după circuite similare cu cel discutat mai sus dau citiri destul de precise doar la tensiuni de intrare apropiate ca formă de tensiunile (de obicei sinusoidale) utilizate în timpul depanării și calibrării dispozitivului. Frecvențametrele capacitive universale vă permit să măsurați frecvențele tensiunilor continue și pulsate de orice formă și polaritate într-o gamă largă de frecvențe și tensiuni de intrare 1. În cel mai general caz, acestea diagrama functionala conţine următoarele componente conectate în serie: divizor de intrare - etaj de potrivire - amplificator - declanşator Schmitt - circuit de diferenţiere cu diodă de filtru - multivibrator standby - circuit de numărare. Un divizor de intrare de înaltă impedanță, de obicei în trepte, crește tensiunile de intrare maxime admise la sute de volți. Un emițător sau un adept de sursă oferă dispozitivului o impedanță mare de intrare, slăbind influența acestuia asupra circuitelor testate. Amplificatorul reduce tensiunea de intrare maximă admisă la zeci de milivolți. Oscilațiile de frecvență f x amplificate de acesta declanșează periodic un declanșator Schmitt, care generează impulsuri dreptunghiulare cu o frecvență de repetiție f x .

Orez. 3. Schema unui contor de frecvență capacitiv universal

Deoarece durata acestor impulsuri depinde de frecvența și amplitudinea semnalului de intrare, acestea nu sunt potrivite pentru măsurători precise de frecvență. Prin urmare, cu ajutorul unui circuit RC de diferențiere, fiecare impuls de declanșare dreptunghiular este convertit într-o pereche de impulsuri ascuțite de polarități diferite. Unul dintre aceste impulsuri, care apare pe marginea descendentă a pulsului dreptunghiular, este filtrat de o diodă, iar cel de-al doilea, corespunzătoare marginii de creștere a pulsului dreptunghiular al flip-flop-ului, este utilizat pentru a declanșa multivibratorul de așteptare. Acesta din urmă produce impulsuri dreptunghiulare de durată și amplitudine strict definite, a căror frecvență de repetiție este în mod evident egală cu f x. Ca urmare, un circuit de numărare cu condensatori comutabili de diferite valori nominale, elemente redresoare și un contor cu cadran asigură măsurarea frecvenței f x cu independență completă a citirii de amplitudinea și forma tensiunii de intrare. Pentru a reduce eroarea de măsurare (care nu depășește 1% în cele mai bune probe), durata optimă a impulsurilor multivibratorului este setată la fiecare limită de frecvență, aproximativ egală cu jumătate din perioada frecvenței celei mai înalte a acestei limite de măsurare. Dacă frecvența universală este alimentată de la o rețea de curent alternativ, atunci trebuie efectuată stabilizarea parametrică a tensiunii redresate, iar frecvența rețelei de 50 Hz sau valoarea sa dublă de 100 Hz (frecvența de pulsație) este utilizată ca referință pentru scară. corecţie.

În dispozitivele specifice, diagrama funcțională considerată este implementată în diverse opțiuni. În fig. Figura 3 prezintă o diagramă a unui contor de frecvență universal relativ simplu, cu limite superioare de măsurare de 200, 2000 și 20.000 Hz, în care contorul poate fi utilizat ȘI cu un curent de abatere total de 1-3 mA. Dispozitivul conține un divizor de pas de intrare R1-R3, un amplificator pe tranzistorul T1, un declanșator Schmitt pe tranzistoarele T2 și T3, un circuit de diferențiere C3, R13 cu dioda D2, care trece doar impulsuri de polaritate pozitivă și un multivibrator de așteptare pe tranzistoare. T4, T5. O caracteristică specială a contorului de frecvență este absența elementelor redresoare speciale. Contorul AND este inclus într-unul din brațele multivibratorului, care este deschis pentru un interval de timp fix prin impulsuri de declanșare diferențiate, și înregistrează valoarea medie a curentului de colector, proporțional cu frecvența f x. Limitele superioare ale măsurătorilor f p sunt determinate de durata impulsurilor multivibratorului, care sunt stabilite prin selectarea valorilor condensatoarelor C4-C6 folosind rezistențele de reglare R18-R20. Deoarece în acest circuit toate lanțurile de numărare RC sunt interconectate, acestea ar trebui ajustate în următoarea ordine: C4-R18, C5-R19 și C6-R20, urmată de reajustarea tuturor limitelor cu rezistențele R18-R20.

Eroarea de măsurare a frecvențeimetrului este determinată în principal de precizia de reglare și stabilitatea multivibratorului standby, prin urmare tensiunea de alimentare a acestuia din urmă este stabilizată de rezistența R12 și dioda zener D1. Folosind rezistența de tăiere R4, polarizarea optimă este selectată pe baza tranzistorului T1 (4-5 V). Dacă există o limită de măsurare de înaltă frecvență (de exemplu, până la 200 kHz), pentru a crește viteza declanșatorului și a multivibratorului, este util să conectați condensatori mici (zeci de picofarads) în paralel cu rezistențele R10 și R15.

Deoarece amplificatorul de pe tranzistorul T1 funcționează în modul de limitare a amplitudinii, la tensiuni de intrare de până la 10-20 V puteți face fără un divizor de tensiune de intrare; În acest caz, un rezistor de limitare ar trebui să fie pornit la intrare.

Contoare electronice de numărare (digitale).

Contoarele electronice de frecvență sunt dispozitive universale în capacitatea lor. Scopul lor principal este de a măsura frecvența oscilațiilor continue și pulsate, efectuate într-un domeniu larg de frecvență (de la aproximativ 10 Hz la 100 MHz) cu o eroare de măsurare de cel mult 0,0005%. În plus, fac posibilă măsurarea perioadelor de oscilații de joasă frecvență, a duratelor impulsurilor, a raportului dintre două frecvențe (perioade) etc.

Funcționarea contoarelor electronice de frecvență de numărare se bazează pe o numărare discretă a numărului de impulsuri care sosesc într-un interval de timp calibrat la un contor electronic cu afișaj digital. În fig. Figura 4 prezintă o diagramă funcțională simplificată a dispozitivului. Tensiunea frecvenței măsurate f x în dispozitivul de formare a amplificatorului este convertită într-o secvență de impulsuri unipolare repetate cu aceeași frecvență f x . În acest scop, este adesea folosit un sistem de amplificator limitator și declanșator Schmitt, completat la ieșire cu un circuit de diferențiere și un limitator de diodă (vezi și Fig. 3). Un selector de timp (un comutator electronic cu două intrări) transmite aceste impulsuri la contorul electronic numai în timpul unui interval de timp strict fixat Δt, determinat de durata impulsului dreptunghiular care acționează pe a doua sa intrare. Când se înregistrează m impulsuri cu un contor, frecvența măsurată este determinată de formulă

De exemplu, dacă într-un timp Δt = 0,01 s se notează 5765 impulsuri, atunci f x = 576,5 kHz.

Eroarea de măsurare a frecvenței este determinată în principal de eroarea de calibrare a intervalului de timp de numărare selectat. Componenta principală a sistemului pentru formarea acestui interval este un oscilator cu cuarț foarte stabil, să zicem, cu o frecvență de 100 kHz. Oscilațiile pe care le creează cu ajutorul unui grup de divizoare de frecvență conectate în serie sunt transformate în oscilații cu frecvențe (f 0) 10 și 1 kHz, 100, 10, 1 și 0,1 Hz. care corespund perioadelor (T 0) 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1; 1 și 10 s (lipsesc ultimele una sau două dintre valorile indicate de f 0 și T 0 pentru unele frecvențemetre).

Oscilațiile frecvenței selectate (prin comutatorul B2) f 0 (valoarea numerică a acesteia din urmă este un multiplicator al numărului de contor) sunt convertite în oscilații dreptunghiulare cu o frecvență de repetiție f 0 folosind un declanșator Schmitt. Sub acțiunea lor, în dispozitivul de comandă se formează un impuls de interval de durată Δt = T 0 = 1/f 0 de formă strict dreptunghiulară. Acest impuls face ca citirile anterioare ale contorului să fie resetate și apoi (cu o întârziere de câteva microsecunde) ajunge la selector și îl deschide pentru un timp Δt pentru a trece impulsuri cu o frecvență de repetiție f x. După închiderea selectorului, numărul de impulsuri m trecute de acesta este înregistrat de indicatorul contor, iar frecvența măsurată este determinată de formula f x = m*f 0 .

Orez. 4. Schema funcțională simplificată a unui contor de frecvență electronic de numărare (digital).

Circuitul de control al selectorului poate fi pornit manual (prin apăsarea butonului „Start”); în acest caz, dispozitivul de control trimite selectorului un singur impuls cu durata Δt, iar contorul produce un rezultat de măsurare unic cu un timp de indicare nelimitat. În modul de măsurare automată a frecvenței, impulsurile releului de timp sunt repetate periodic și rezultatele măsurătorilor sunt actualizate la intervale de timp selectate.

Frecvențametrul poate servi ca sursă de oscilații a unui număr de frecvențe de referință f 0, obținute folosind un oscilator cu cuarț, multiplicator și divizoare de frecvență și luate de la o ieșire specială. Aceleași oscilații, aplicate la intrarea frecvențeimetrului, pot servi la verificarea corectitudinii citirilor contorului.

Contorul de frecvență este asamblat de la 4-7 decenii de recalculare pe circuite de declanșare și lămpi indicatoare digitale. Numărul de decenii determină numărul maxim de cifre semnificative (cifre) în rezultatele măsurătorilor. Eroarea posibilă de numărare, numită eroare de discreție, este o unitate în cifra cea mai puțin semnificativă. Prin urmare, este de dorit să se selecteze un interval de timp de numărare Δt care utilizează numărul maxim de cifre de contor. Deci, în exemplul discutat mai sus, cu Δt = 0,01 s (f 0 = 100 Hz), patru cifre ale contorului și rezultatul măsurării f x = 576,5 kHz + -100 Hz au fost suficiente pentru numărare. Să presupunem că măsurătorile se repetă la Δt = 0,1 s (f 0 = 10 Hz) și se obține un număr de m = 57653 impulsuri. Atunci f x = 576,53 kHz +-10 Hz. O eroare de discretitate și mai mică (+-1 Hz) se va obține la Δt = 1 s (în acest caz, contorul trebuie să aibă cel puțin șase decenii).

Când extindeți domeniul de măsurare al unui frecvențămetru spre frecvențe înalte, factorul limitativ este viteza deceniilor de recalculare. La implementarea circuitelor de declanșare pe tranzistoare de siliciu de înaltă frecvență (de exemplu, tip KT316A), care au un timp de resorbție a sarcinii în bază de aproximativ 10 ns, frecvența măsurabilă limită superioară poate ajunge la zeci de megaherți. În unele instrumente, atunci când se măsoară frecvențe înalte care depășesc, de exemplu, 10 MHz, acestea sunt mai întâi convertite la o frecvență mai mică de 10 MHz (de exemplu, o frecvență de 86,347 MHz la o frecvență de 6,347 MHz), folosind metoda heterodină (vezi ).

Factorul care limitează limita inferioară a frecvenței măsurate este timpul de măsurare. Dacă, de exemplu, setăm cel mai mare interval de timp de numărare pentru multe frecvențemetre la Δt = 1 s, atunci când contorul înregistrează 10 impulsuri, rezultatul măsurării va fi frecvența f x = 10 = +-1 Hz, adică. Eroarea de măsurare poate ajunge la 10%. Pentru a reduce eroarea, să spunem, la 0,01%, ar fi necesară numărarea impulsurilor pe o perioadă de timp Δt = 1000 s. Este necesar și mai mult timp pentru a măsura cu precizie frecvențe egale cu 1 Hz sau mai puțin. Prin urmare, în contoarele electronice de frecvență, măsurarea frecvențelor foarte joase f x este înlocuită cu măsurarea perioadei lor de oscilație T x = 1/f x. Circuitul de măsurare a perioadei de oscilație este format atunci când comutatorul este instalat ÎN 1în poziția „Tx” (Fig. 4). Tensiunea studiată, după conversia în declanșatorul Schmitt, acționează asupra dispozitivului de comandă, în care se formează un impuls dreptunghiular de durată T x, menținând selectorul de timp în stare deschisă; în acest timp, contorul înregistrează impulsuri generate de oscilațiile uneia dintre frecvențele de referință f o, determinate de setarea comutatorului LA 2. Pentru numărul m de impulsuri marcate, perioada măsurată

De exemplu, cu m = 15625 și f 0 = 1000 Hz, perioada T x = 15,625 s, care corespunde frecvenței f x = 1/T x = 0,054 Hz. Pentru a reduce eroarea acestora, este indicat să se facă măsurători la cea mai mare frecvență posibilă f o (excluzând, desigur, supraîncărcarea contorului). Dacă perioada T x< 1 с (f x >1 Hz), atunci se poate dovedi utilizare rațională oscilaţii de frecvenţă f 0 egale cu 1 sau 10 MHz, obţinute după multiplicatori de frecvenţă. În acest caz, limita inferioară a frecvențelor măsurate poate fi extinsă la 0,01 Hz.

Măsurarea raportului a două frecvențe f 1 / f 2 (f 1 > f 2) corespunde setării comutatoarelor B2 în poziția „Oprit” și B1 în poziția „f x”. La bornele „f o” se aplică o tensiune de frecvență mai mică f 2, iar perioada acesteia determină intervalul de timp de numărare Δt. Tensiunea de frecvență f 1 furnizată la intrare este convertită în impulsuri, al căror număr (m) este înregistrat de contor în timpul Δt = 1/f 2 . Raportul de frecvență dorit f 1 / f 2 = m (cu o eroare de până la unitate). Evident, această metodă are sens să găsească raportul dintre frecvențe semnificativ diferite.

Dezavantajele contoarelor electronice de frecvență includ complexitatea circuitelor lor, dimensiunile și greutatea semnificative și costul ridicat.

Metode de măsurare a frecvenței oscilografice

Frecvența măsurată poate fi determinată comparând-o cu o frecvență de referință cunoscută f o . Această comparație se face cel mai adesea folosind un osciloscop cu raze catodice sau metode de bătăi.

Osciloscoapele cu raze catodice sunt utilizate pentru a măsura frecvențele de oscilație ale formelor de undă în principal sinusoidale pe un interval de frecvență de aproximativ 10 Hz până la o valoare determinată de limita superioară a lățimii de bandă a canalului de deflexie; eroarea de măsurare este practic egală cu eroarea de calibrare a sursei (generatorului) de oscilație a frecvenței de referință f 0 . Cel mai adesea, măsurătorile sunt efectuate cu scanarea osciloscopului oprită, folosind diagrama de conectare prezentată în Fig. 5. Tensiunile frecvențelor măsurate și cunoscute sunt aplicate direct sau prin amplificatoare la diferite perechi de plăci deflectorale ale CRT (în funcție de intrarea osciloscopului afectează aceste tensiuni, vom nota frecvențele lor cu f x și f y). Dacă aceste frecvențe sunt legate între ele ca numere întregi, de exemplu 1:1, 1:2, 2:3 etc., atunci mișcarea fasciculului de electroni devine periodică și se observă pe ecran o imagine staționară numită figura Lissajous. . Forma acestei figuri depinde de raportul dintre amplitudini, frecvențe și faze inițiale ale oscilațiilor comparate.

Orez. 5. Schema de măsurare a frecvenței folosind metoda figurii Lissajous

În fig. Figura 6 prezintă formarea unei figuri Lissajous atunci când plăcile deflectătoare ale tubului sunt expuse la două oscilații sinusoidale de aceeași frecvență și amplitudini egale, dar având faze inițiale diferite. Această figură are aspectul unei elipse înclinate, care, cu defazări între oscilații de 0 și 180°, este comprimată într-o linie dreaptă înclinată, iar cu defazări de 90° și 270°, se transformă într-un cerc (noi convențional presupunem că sensibilitatea la deformare a ambelor perechi de plăci este aceeași). Dacă amplitudinile de tensiune ale frecvențelor f x și f y nu sunt egale, atunci în acest din urmă caz, în loc de cerc, se va observa pe ecran o elipsă cu axele paralele cu planurile plăcilor deflectante.

Orez. 6. Construcția unei oscilograme cu raportul frecvențelor comparate f x /f y = 1

Dacă raportul de frecvență f x /f y (sau f y /f x) este egal cu doi, atunci figura de pe ecran ia forma unei cifre opt, care, cu schimbări inițiale de fază de 90 și 270°, se contractă într-un arc. (Defazarea inițială este întotdeauna evaluată în raport cu perioada tensiunii de frecvență mai mare). Din tabelul prezentat în Fig. 7, este clar că, cu cât este mai mare numărul fracției care caracterizează raportul frecvențelor comparate, cu atât mai complexă figura Lissajous observată pe ecran.

În timpul măsurării, frecvența oscilatorului de referință f 0 (egal cu f x sau f y) este modificată fără probleme până când pe ecran apare una dintre figurile Lissajous cu cea mai simplă formă posibilă. Această figură este străbătută mental de liniile xx și y, paralele cu planurile plăcilor de deviere X1, X2 și Y1, Y2 și se numără numărul de intersecții ale fiecărei linii cu figura. Raportul numerelor obținute este exact egal cu raportul frecvențelor f x:f y, cu condiția ca liniile trasate să nu treacă prin punctele nodale ale figurii sau tangente la aceasta, iar forma oscilațiilor comparate să fie apropiată de sinusoidală. .

Orez. 7. Cifre observate pe ecran la diferite rapoarte de frecvență f x / f y

După ce am determinat raportul f x:f y și cunoscând una dintre frecvențe, de exemplu f y, este ușor să găsim a doua frecvență.

Să presupunem că la o frecvență cunoscută f y = 1000 Hz se obține pe ecran figura prezentată în fig. 5. Din construcția prezentată în desen este clar că această cifră corespunde raportului de frecvență f x:f y = 3:4, din care f x = 750 Hz.

Din cauza unei anumite instabilitati a frecventelor comparate, se incalca constant relatia intreaga sau fractionara-rationala stabilita intre ele, ceea ce duce la o schimbare treptata a formei figurii observate, trecand succesiv prin toate starile de faza posibile. Dacă fixăm timpul Δt în care figura suferă un ciclu complet de schimbări de fază (de la 0 la 360°), atunci putem calcula diferența dintre frecvențele comparate |f x - f y | = 1/Δt, al cărui semn poate fi determinat cu ușurință experimental prin modificarea ușoară a frecvenței f 0 . La frecvențe înalte, chiar și o instabilitate foarte mică a uneia dintre frecvențe provoacă modificări atât de rapide ale cifrei Lissajous încât devine imposibil să se determine raportul de frecvență. Aceasta limitează limita superioară a frecvențelor măsurabile la aproximativ 10 MHz.

Orez. 8. Circuit pentru măsurarea frecvenței folosind metoda de scanare circulară cu modulație de luminozitate

Când raportul întreg al frecvențelor comparate depășește 8-10, sau raportul fracțional al acestora cu numere la numitor sau numărător mai mari de 4-5, din cauza complicației cifrei Lissajous, crește posibilitatea de eroare în stabilirea raportului de frecvență adevărat. . Definiție precisă rapoarte de frecvență întregi relativ mari (până la 30-50) pot fi produse folosind metoda de scanare circulară cu modularea luminozității imaginii (Fig. 8). În acest caz, o tensiune de o frecvență inferioară f 1, folosind două circuite RC cu divizare de fază identice, este convertită în două tensiuni de aceeași frecvență, decalate reciproc în fază cu 90°. Când aceste tensiuni sunt aplicate intrărilor Y și X ale osciloscopului, iar raportul amplitudinilor lor este ajustat de rezistențele R și de controalele de câștig ale canalelor Y și X, punctul luminos de pe ecran se va deplasa de-a lungul unei curbe. aproape de cerc; acesta din urmă este setat clar vizibil folosind controlul luminozității. La intrarea modulatorului M (sau canalul Z) se aplică o tensiune cu o frecvență mai mare f 2 și va crește și scade periodic intensitatea fasciculului de electroni și, prin urmare, luminozitatea secțiunilor individuale ale curbei de scanare de pe ecran. . Cu un raport de frecvență întreg f 2: f 1 = m, realizat prin schimbarea unuia dintre ele, curba cercului observat devine punctată, constă din f segmente luminoase nemișcate de lungime egală, separate prin intervale întunecate. Când relația întregă este încălcată, se observă rotația cercului punctat, la viteză mare a căruia cercul pare solid.

Metoda considerată poate fi folosită și pentru măsurarea frecvenței de repetiție f p a oscilațiilor pulsului. În acest caz, se efectuează o măturare circulară folosind tensiunea frecvenței de referință f 0, iar cu un control al luminozității se setează vizibil sau invizibil în funcție de polaritatea (negativă sau pozitivă, respectiv) a oscilațiilor pulsului furnizate modulatorului. Acesta din urmă va crea pauze întunecate pe linia de scanare în primul caz și puncte luminoase în al doilea. Prin schimbarea lină a frecvenței fo (de la valoarea sa minimă posibilă), se obține o urmă de puls staționară sau care se mișcă lent pe linia de scanare, cu f p = f 0.

Frecvența fp a oscilațiilor pulsului poate fi măsurată folosind diagrama din Fig. 5 când se aplică o tensiune sinusoidală a frecvenței de referință f 0 la intrarea X și tensiune de impuls- la intrarea Y a osciloscopului. Frecvența de scanare f 0 = f x este crescută treptat, pornind de la valoarea sa cea mai mică, până când pe ecran apare o imagine destul de stabilă a unui singur impuls, care apare când f p = f 0 . Această tehnică de măsurare elimină posibilitatea de eroare, deoarece un singur impuls va fi observat pe ecran la alte rapoarte de frecvență întregi, mai mari decât unitatea, f 0:f n.

Măsurarea frecvenței folosind metode de bătăi

Sursa de oscilații a frecvențelor de referință este de obicei un generator de măsurare cu o setare lină sau fără trepte, a cărui frecvență f 0 poate fi setată egală cu frecvența măsurată f x . Dacă frecvențele f 0 și f x sunt sonore, atunci egalitatea lor poate fi evaluată aproximativ prin ascultarea pe rând a tonurilor vibrațiilor pe care le creează folosind telefoane sau difuzor.

Eroarea de măsurare este redusă aproape la eroarea de calibrare a generatorului de măsurare dacă oscilațiile electrice ale ambelor frecvențe comparate sunt aplicate simultan la telefoane în conformitate cu diagrama din Fig. 9, a. Dacă frecvențele f 0 și f x sunt apropiate una de cealaltă, atunci când se adaugă oscilațiile corespunzătoare, apar bătăi acustice, care se manifestă printr-o creștere periodică și o scădere a intensității tonului T f auzit în telefoane. Frecvența de bataie

poate fi determinată prin ascultarea numărului de creșteri sau scăderi ale intensității tonului pe o perioadă fixă ​​de timp. Pentru ca bătăile să apară destul de ascuțit, amplitudinile oscilațiilor frecvențelor f 0 și f x trebuie setate aproximativ la fel; aceasta rezultă din luarea în considerare a Fig. 9, b, unde curba medie a oscilațiilor care pulsa cu frecvența F este rezultatul adunării curbelor de oscilație superioară și inferioară corespunzătoare frecvențelor f 0 și f x.

Orez. 9. La principiul măsurării frecvențelor joase folosind metoda bătăii acustice

Prin modificarea setărilor generatorului, frecvența f 0 este adusă mai aproape de frecvența f x , care este detectată de o creștere a perioadei de bătaie. Când frecvențele comparate coincid, bătăile dispar și se aude un ton monoton în telefoane. În loc de telefoane, un voltmetru AC poate fi folosit ca indicator de ritm; Acest lucru este util în special atunci când se măsoară frecvențe de peste 5 kHz, al căror ton nu este clar audibil pe telefoane.

La frecvențe înalte, compararea frecvențelor f 0 și f x se realizează cel mai adesea folosind metoda ritmului zero. În fig. 10 prezintă cea mai simplă schemă de măsurare. Oscilațiile de frecvență f 0 și f x sunt introduse simultan în circuitul de diode D prin bobinele de cuplare L1, L2 și L. Ca urmare a detectării oscilației totale, în circuitul diodei apare un curent pulsatoriu, care conține componente ale frecvențelor fundamentale f 0 și f x, precum și componente ale armonicilor superioare și ale frecvențelor combinate f 0 + f x și |f 0 - f x | . Dacă frecvențele f 0 și f x sunt apropiate una de cealaltă, atunci diferența de frecvență de bătaie F = |f 0 - f x | poate fi în intervalul de frecvențe audio și tonul acestei frecvențe va fi auzit în telefoanele Tf, șuntate de la curenții de înaltă frecvență de către condensatorul C.

Orez. 10. La principiul măsurării frecvențelor înalte folosind metoda ritmului zero

Dacă schimbați una dintre frecvențe, de exemplu f o , apropiindu-l de o altă frecvență f x , tonul din telefoane va scădea și dacă aceste frecvențe sunt egale se vor observa zero bătăi, detectate prin pierderea sunetului din telefoane. Astfel, măsurarea frecvenței este redusă la determinarea frecvenței oscilatorului de referință la care apar bătăi zero. După cum se poate observa din graficul din fig. 11, a, atunci când se îndepărtează de punctul zero de bătăi, diferența de frecvență F crește atât cu o creștere, cât și cu o scădere a frecvenței generatorului f 0.

Orez. 11. Grafice ale dependenței frecvenței bătăilor de setările generatorului de frecvență de referință

Eroarea de măsurare a frecvenței este determinată în principal de eroarea de calibrare a frecvenței f 0 a oscilatorului de referință. Totuși, la efectuarea măsurătorilor precise, este necesar să se țină cont de o posibilă eroare de câteva zeci de herți, datorită faptului că sistemul auditiv uman nu percepe tonuri cu o frecvență sub o anumită frecvență F n; valorile acestuia din urmă pentru diferite persoane variază de la 10-30 Hz. Pentru a elimina această eroare, puteți conecta un contor de curent magnetoelectric în serie cu telefoanele T f, acul căruia, la o diferență de frecvență foarte mică F, va pulsa cu această frecvență. Când se apropie de zero bătăi, oscilațiile acului încetinesc și sunt ușor de numărat într-o perioadă fixă ​​de timp.

Legătura dintre oscilatorul de referință și sursa frecvenței măsurate nu trebuie să fie puternică pentru a evita apariția fenomenului de „blocare”, ceea ce duce la o creștere a erorii de măsurare. Dacă există o conexiune puternică între două generatoare, a căror diferență de setări de frecvență este mică, unul dintre generatoare își poate impune frecvența celuilalt și ambele generatoare vor crea oscilații de aceeași frecvență. În acest caz, frecvența de bătaie F se modifică în conformitate cu graficul din Fig. 11, b, adică în întreaga zonă de „captură” se dovedește a fi zero și nu există sunet în telefoane.

Ca indicator sensibil al bătăilor zero, puteți utiliza un osciloscop cu raze catodice, de preferință cu o intrare deschisă pe canalul Y. În acest caz, în locul telefoanelor, este conectat un rezistor cu o rezistență de 50-200 kOhm ca sarcină de circuitul detector (Fig. 10), a cărui tensiune este alimentată la intrarea U a osciloscopului. Când scanarea este activată, curba de tensiune a frecvenței de bătaie F este vizibilă pe ecran Pe măsură ce se apropie de zero bătăi, perioada acestei tensiuni va crește și la f 0 = f x doar o linie de scanare orizontală este vizibilă pe ecran. Dacă măsurătorile sunt efectuate cu scanarea oprită, atunci linia verticală observată pe ecran la f 0 = f x se transformă într-un punct.

Funcționarea calibratoarelor de cuarț și a frecvenței heterodinei se bazează pe principiul măsurării frecvențelor înalte folosind metoda ritmului zero.

Calibratoare de cuarț

Dintre instrumentele de înaltă precizie utilizate pentru măsurarea frecvențelor înalte, cele mai simple sunt calibratoarele de cuarț. Acestea vă permit să verificați scalele dispozitivelor de recepție radio și de transmisie (generatoare) radio într-un număr de puncte corespunzător frecvențelor (de referință) strict definite.

Orez. 12. Schema funcțională a unui calibrator de cuarț

Schema funcțională a calibratorului de cuarț este dată cel mai mult versiunea completaîn fig. 12. Componenta principală a dispozitivului este un oscilator de cuarț care funcționează într-un mod astfel încât oscilațiile excitate de acesta să aibă o formă care este puternic diferită de cea sinusoidală și, prin urmare, conțin, în plus față de componenta frecvenței fundamentale f 0, a număr mare de armonice, ale căror frecvențe sunt 2f 0, 3f 0, 4f 0 etc., iar amplitudinile scad treptat odată cu creșterea frecvenței. De obicei, este posibil să se utilizeze pentru măsurători de la zeci la câteva sute de armonici, care au aceeași stabilitate ridicată (de obicei între 0,01 - 0,001%) ca și frecvența f 0, stabilizată de un rezonator cu cuarț (cuarț) în absența dispozitivelor speciale ( de exemplu, termostate) crescând efectul de stabilizare.

Oscilațiile excitate de oscilatorul cu cuarț sunt furnizate la priza de comunicare (sau clema) An, care, împreună cu un mic conductor sau știft atașat de acesta, joacă rolul unei antene de recepție sau de transmisie, în funcție de natura utilizării dispozitivului. . În scopuri de ecranare, dispozitivul este de obicei plasat într-o carcasă metalică.

La verificarea cântarelor receptoarelor radio, calibratorul servește ca sursă de oscilații a unui număr de frecvențe de referință emise prin firul de comunicație. Receptorul este reglat secvențial la diferite armonici ale oscilatorului de cuarț și se determină punctele de scară corespunzătoare. Dacă receptorul funcționează în modul telegraf, atunci acordarea sa la armonica generatorului este înregistrată cu zero bătăi cu frecvența celui de-al doilea oscilator local, auzită în telefoane sau într-un difuzor conectat la ieșirea receptorului. Scalele receptoarelor cu amplificare directă sunt verificate la părere, adusă în generație. Pentru a verifica calibrarea receptoarelor care funcționează numai în regim de telefon, de exemplu, cele de difuzare, oscilațiile unui oscilator cu cuarț trebuie modulate cu o frecvență audio, ceea ce necesită introducerea unui generator de oscilații cu o frecvență de 400 sau 1000 Hz în calibrator (la dispozitivele cu sursa de alimentare Uneori se folosește o tensiune de 50 sau 100 Hz pentru modulare). În acest caz, receptorul este reglat la armonicile oscilatorului de cuarț pe baza volumului cel mai mare al tonului reprodus de difuzor sau, mai precis, pe baza citirilor maxime ale voltmetrului conectat la ieșirea receptorului.

Dacă calibratorul de cuarț este, de asemenea, destinat verificării scalelor oscilatoarelor de înaltă frecvență, de exemplu transmițătoare radio, atunci este completat cu un detector (mixer), a cărui intrare este conectată la mufa de comunicare An și la ieșirea cuarțului. oscilator. Oscilațiile emițătorului testat, induse în conductorul de comunicație, creează bătăi cu armonica oscilatorului de cuarț cel mai apropiat de acestea ca frecvență; Ca rezultat al detectării, sunt eliberate oscilații ale frecvenței diferențelor de bătaie, care, după amplificare, se aud în telefoane. Emițătorul este reglat secvențial la frecvențele unui număr de armonici ale generatorului folosind bătăi zero și, prin urmare, determinând punctele corespunzătoare pe scara de frecvență a transmițătorului.

Principalul dezavantaj al calibratoarelor de cuarț este ambiguitatea rezultatelor măsurătorilor, deoarece bătăile zero permit doar stabilirea faptului că frecvența măsurată este egală cu una dintre armonicile oscilatorului de cuarț fără a stabili numărul acestei armonici. Pentru a evita erorile în stabilirea frecvenței armonicii care creează bătăi zero, este de dorit ca dispozitivul studiat să aibă o scară de frecvență aproximativ calibrată folosind un dispozitiv cu o estimare clară a frecvenței (frecvență de rezonanță, generator de măsură etc.), a căror precizie de măsurare poate fi mică.

Diferența de frecvență dintre punctele de referință adiacente ale calibratorului este egală cu frecvența fundamentală a oscilatorului cu cuarț f 0 . Pentru a acoperi principalele benzi de difuzare, frecventa f 0 este adesea luata egala cu 100 kHz, ceea ce asigura ca scalele aparatelor radio pot fi verificate pana la frecvente de ordinul a 10 MHz (λ = 30 m). Pentru a extinde gama de frecvențe măsurate către unde mai scurte și pentru a elimina erorile în determinarea frecvenței armonicilor utilizate, este posibil să se opereze un oscilator cu cuarț la două frecvențe fundamentale stabilizate și de 10 ori, de obicei egale cu 100 și 1000 kHz. Fiecare dintre aceste frecvențe are propria sa grilă de puncte de referință. Principiul partajării ambelor frecvențe fundamentale poate fi înțeles din exemplul următor. Să presupunem că reglarea emițătorului este verificată la o frecvență de 7300 kHz. Apoi, calibratorul este pornit inițial la frecvența fundamentală de 1000 kHz. Emițătorul este reglat în funcție de zero bătăi la frecvența cea mai apropiată de cea dorită, un multiplu de 1000 kHz, adică la o frecvență de 7000 kHz. La această frecvență, posibilitatea de eroare este practic eliminată, deoarece punctele de referință sunt localizate rar, la fiecare 1000 kHz. Calibratorul este apoi comutat la frecvența fundamentală de 100 kHz; cu ajustarea precisă a cuarțului, bătăile zero ar trebui păstrate. Acordul emițătorului este schimbat ușor către frecvența necesară, iar punctele de scară corespunzătoare bătăilor zero la frecvențele 7100, 7200 și 7300 kHz sunt marcate secvențial.

Dacă este necesar să se reducă intervalul dintre frecvențele de referință adiacente, atunci se folosesc divizoare de frecvență, care sunt de obicei implementate folosind un circuit multivibrator sincronizat la o subarmonică a semnalului de intrare. Astfel, folosind două trepte de divizare cu factori de divizare egali cu 10, cu o frecvență fundamentală a unui oscilator de cuarț de 1 MHz, se pot obține oscilații cu frecvențe fundamentale de 100 și 10 kHz și un număr mare de armonici. Apoi, punctul de scară corespunzător, de exemplu, unei frecvențe de 7320 kHz va fi identificat prin trecerea secvențială a punctelor de referință la frecvențele 7000, 7100, 7200, 7300, 7310 și 7320 kHz. Cu o frecvență fundamentală de cuarț de 100 kHz, doi divizoare pot produce oscilații cu frecvențe fundamentale de 10 și 1 (sau 2) kHz, dar armonicile lor la frecvențe înalte vor fi foarte slabe. Oscilațiile frecvențelor combinate cu intervale mici între punctele de referință, dar având intensitate semnificativă, pot fi obținute prin amestecarea oscilațiilor mai multor frecvențe fundamentale.

Orez. 13. Schema unui calibrator universal de cuarț

În fig. Figura 13 prezintă o diagramă a unui calibrator de cuarț simplu adecvat pentru măsurarea frecvenței generatorului și a dispozitivelor de recepție radio. Un oscilator cu cuarț pe tranzistorul T2 excită oscilații ale frecvenței fundamentale de 100 sau 1000 kHz, în funcție de setarea comutatorului LA 2. Reglarea precisă a frecvențelor fundamentale la valorile nominale este efectuată de nucleele de reglare ale bobinelor L1 și L2. Distorsiunea formei de oscilație, necesară obținerii unui număr mare de componente armonice, se realizează prin conectarea diodei D1 între emițător și baza tranzistorului T2. Dacă este necesară modularea acestor oscilații, comutatorul B1 pornește generatorul de joasă frecvență de pe tranzistorul T1. Detectarea bătăilor este efectuată de dioda D2, componentele de înaltă frecvență ale curentului redresat sunt filtrate de condensatorul C9.

Tensiunea de frecvență de bătaie, amplificată de tranzistorul T3, creează vibrații sonore în telefoanele Tf.

Orez. 14. Schema unui calibrator de cuarț cu divizor de frecvență

În fig. Figura 14 prezintă o diagramă a unui calibrator de cuarț conceput pentru calibrarea scărilor de frecvență ale receptoarelor radio. Un oscilator cu cuarț pe tranzistoarele T1 și T2 excită oscilații de frecvență de 100 kHz. Reglarea precisă a frecvenței la valoarea nominală se poate face prin selectarea capacității condensatorului C2 sau prin utilizarea unui condensator de reglaj de capacitate mică conectat în paralel cu contactele suportului de cuarț. Parametrii multivibratorului pe tranzistoarele T3, T4, care servește la împărțirea frecvenței de 10 ori, sunt selectați astfel încât în ​​modul de auto-oscilație liberă să genereze oscilații cu o frecvență puțin mai mică de 10 kHz. Apoi, atunci când este expus la oscilațiile unui oscilator cu cuarț, acesta va fi sincronizat la o frecvență de 10 kHz; acest lucru trebuie verificat cu atenție la instalarea dispozitivului: între oscilațiile armonicilor adiacente cu o frecvență de 100 kHz în 9 puncte de pe scara dispozitivului testat ar trebui să apară armonici cu o frecvență de 10 kHz. Abundența armonicilor este facilitată de o reducere a duratei impulsurilor folosind lanțuri de diferențiere C3, R6 și C6, R12, precum și de amplificarea impulsurilor cu un amplificator de impulsuri pe tranzistorul T5 pornit la ieșire.

La operarea calibratoarelor cu cuarț, trebuie avut în vedere faptul că, din cauza îmbătrânirii, frecvența naturală a rezonatoarelor cu cuarț se modifică ușor în timp.

Frecvențemetre heterodine

Frecvențametrele heterodine sunt utilizate pentru măsurători precise de frecvență într-un interval neted de înaltă frecvență. În principiu, un frecvențămetru heterodin diferă de un calibrator de cuarț, realizat conform diagramei funcționale din Fig. 12, doar că în loc de un oscilator cu cuarț folosește un oscilator local, adică un generator de putere redusă cu o frecvență de acord variabilă continuu. Prezența unui mixer permite dispozitivului să fie utilizat nu numai pentru calibrarea scărilor de frecvență ale receptoarelor radio, ci și pentru măsurarea frecvenței generatoarelor folosind metoda zero-beat. Indicarea ritmului zero este efectuată de telefoane, osciloscop și indicatoare electronice de lumină, precum și contoare cu cadran.

Eroarea de măsurare a unui contor de frecvență heterodin este determinată în principal de stabilitatea frecvenței oscilatorului local și de eroarea setării acestuia. Prin urmare, ei preferă adesea să execute oscilatoare locale folosind tuburi cu vid. Crește stabilitatea frecvenței alegerea potrivita circuite și proiecte ale oscilatorului local, utilizarea pieselor cu un coeficient de temperatură scăzut, includerea unei etape tampon între oscilatorul local și circuitele de ieșire, stabilizarea tensiunilor de alimentare, încălzirea pe termen lung a dispozitivului sub curent înainte de măsurători. Pentru a crește netezimea ajustării și acuratețea setării frecvenței, condensatorul de reglare a oscilatorului local este de obicei controlat printr-un mecanism vernier cu o întârziere mare (de până la 100-300 de ori). Citirea directă a frecvenței pe scara unui condensator variabil se realizează numai în cea mai mare parte desene simple; la majoritatea instrumentelor, scara este uniformă cu un număr foarte mare de diviziuni (până la câteva mii), iar citirea de pe aceasta este convertită în frecvență folosind tabele sau grafice.

Pentru a reduce numărul de subdomenii de frecvență și pentru a crește stabilitatea frecvenței, oscilatorii locali funcționează de obicei într-un interval restrâns de frecvențe relativ joase (cu un coeficient de suprapunere de doi), iar pentru măsurători atât frecvențele fundamentale ale oscilațiilor generate, cât și un număr de se folosesc armonicile lor; apariţia acestuia din urmă este asigurată prin selectarea modului de funcţionare a oscilatorului local sau amplificatorului tampon. De exemplu, într-un contor de frecvență utilizat pe scară largă de tip Ch4-1, cu o gamă generală de frecvențe măsurate de la 125 kHz la 20 MHz, oscilatorul local are două subdomeni netede ale frecvențelor principale: 125-250 kHz și 2-4 MHz. . În prima sub-bandă, atunci când se utilizează prima, a doua, a patra și a opta armonică, este posibil să se acopere fără probleme banda de frecvență 125-2000 kHz; în a doua subbandă, când se utilizează prima, a doua, a patra și parțial a cincea armonică, banda de frecvență de 2-20 MHz se suprapune. Astfel, fiecare poziție a butonului de reglare a oscilatorului local corespunde la trei sau patru frecvențe de funcționare, ale căror valori pot fi determinate din tabelul de calibrare. De exemplu, frecvențele de 175, 350, 700 și 1400 kHz sunt măsurate cu aceeași setare a oscilatorului local la frecvența fundamentală f g = 175 kHz.

Ambiguitatea frecvențelor de reglare a oscilatorului local creează posibilitatea de eroare în stabilirea armonicii cu care oscilațiile frecvenței măsurate f x creează bătăi. Prin urmare, la începerea măsurătorilor, este necesar să se cunoască valoarea aproximativă a frecvenței f x. Cu toate acestea, acesta din urmă poate fi determinat și prin calcul folosind frecvențametrul heterodin însuși.

Să presupunem că atunci când se schimbă setarea oscilatorului local, se obțin bătăi zero cu o frecvență f x la două valori adiacente ale frecvențelor fundamentale f g1 și f g2 ale aceluiași subgamă de oscilator local. Este evident că frecvența f x este simultan o armonică a ambelor frecvențe, adică.

f x = n*f g1 = (n+1)*f g2 .

unde n și (n + 1) sunt numerele de armonici, respectiv, pentru frecvențele fundamentale f g1 și f g2 (pentru f g2< f г1).

Rezolvând egalitatea rezultată pentru n, găsim

n = f g2 /(f g1 -f g2).

Prin urmare, frecvența măsurată

f x = n*f g1 = f g1 *f g2 / (f g1 -f g2).

De exemplu, dacă se obțin bătăi zero la frecvențele fundamentale f g1 ≈ 1650 kHz și f g2 ≈ 1500 kHz, atunci aproximativ f x ≈ 1650*1500/(1650 - 1500) = 16500 kHz.

Când măsurați frecvența, trebuie să aveți grijă de erorile cauzate de posibilitatea apariției bătăilor între oscilațiile oscilatorului local și armonica frecvenței măsurate; Prin urmare, măsurătorile ar trebui efectuate cu o conexiune slabă între contorul de frecvență și generatorul studiat. Eroarea de măsurare crește și atunci când dispozitivul este expus la vibrații modulate; în acest caz, bătăile cu frecvența principală (purtătoare) vor fi auzite împotriva zgomotului de fundal al bătăilor cu frecvențe laterale.

Frecvențemetrele heterodine de tipul considerat asigură măsurarea frecvențelor înalte cu o eroare de aproximativ 1%. Reducerea erorii de măsurare la 0,01% sau mai puțin se realizează prin adăugarea unui oscilator cu cuarț la frecvențămetru, ceea ce face posibilă verificarea și corectarea scării oscilatorului local la un număr de puncte de referință înainte de începerea măsurătorilor.

O diagramă funcțională extinsă a unui contor de frecvență heterodin de înaltă precizie este prezentată în Fig. 15. Oscilatorul local are două subdomeni, a căror reglare este efectuată prin tăierea condensatoarelor C3 și C4. Frecvența oscilațiilor fundamentale este stabilită de un condensator variabil de frecvență directă C1. Nivelul semnalului de intrare (ieșire) este controlat de potențiometrul R. Oscilatorul cu cristal creează oscilații bogate în armonici, a căror frecvență fundamentală este adesea considerată 1 MHz. Tipul de funcționare al dispozitivului este selectat fără a întrerupe conexiunile între etape prin pornirea sau oprirea alimentării componentelor individuale. Când comutatorul B2 este setat pe poziția 3 („Cuart”), oscilatorul local este oprit și oscilatorul cu cristal este pornit; în acest caz, frecvențametrul poate fi folosit ca un calibrator de cuarț pentru măsurători de frecvență asupra armonicilor generatorului. În poziția 1 a comutatorului („Loterodyne”), dimpotrivă, oscilatorul cu cristal este oprit și oscilatorul local este pornit. Acesta este modul normal de funcționare al contorului de frecvență.

Orez. 15. Schema funcțională a unui frecvențămetru heterodin de înaltă precizie

Scala de frecvență a oscilatorului local este verificată prin punerea comutatorului B2 în poziția 2 („Verificare”), când atât oscilatorul local, cât și generatorul sunt pornite în același timp, ale căror oscilații sunt furnizate detectorului. La un anumit raport de frecvențe sau armonici ale acestor vibrații, apar bătăi sonore, a căror frecvență este determinată de formula

F = |m*f g - n*f k |,

unde f g și f k sunt frecvențele fundamentale ale oscilatorului local și, respectiv, oscilatorului de cuarț, iar m și n sunt numere întregi corespunzătoare numerelor de armonici care interacționează.

Frecvența de bătaie se dovedește a fi zero (F = 0) pentru un număr de frecvențe din domeniul oscilatorului local care îndeplinesc condiția

f g =(n/m)*f c.

Aceste frecvențe se numesc frecvențe de referință și sunt evidențiate în mod special în tabelele de calibrare. Să găsim, de exemplu, frecvențele de referință (f 0) ale intervalului oscilatorului local 2000-4000 kHz, dacă frecvența fundamentală a oscilatorului cu cuarț f k = 1000 kHz:

la m = 1 și n = 2, 3 și 4 f 0 = 2000, 3000 și 4000 kHz; la m = 2 și n = 5 și 7 f 0 = 2500 și 3500 kHz;

la m = 3 și n = 7, 8, 10 și 11 f 0 = 2333, 2667, 3333 și 3667 kHz etc.

Trebuie luat în considerare faptul că, pe măsură ce numărul de armonici care interacționează crește, amplitudinea bătăilor scade.

Dacă calibrarea scalei oscilatorului local este încălcată, atunci când butonul său de reglare este setat la una dintre frecvențele de referință și oscilatorul de cuarț este pornit, în loc de bătăi zero, se creează oscilații de frecvență audio, care, după amplificare, se aud în telefoane. Pentru corecție (calibrare) se folosește un condensator de capacitate mică C2, conectat în paralel la condensatorul principal de reglare C1: cu ajutorul acestuia, înainte de începerea măsurătorilor, se realizează bătăi zero la punctul de referință cel mai apropiat de frecvența măsurată.

Să ne uităm la procedura de configurare a unui contor de frecvență heterodin folosind următorul exemplu. Să presupunem că doriți să verificați corectitudinea scalei transmițătorului la o frecvență de 10700 kHz. Referindu-ne la tabelul de calibrare al frecvențeimetrului, constatăm că această frecvență corespunde frecvenței fundamentale de 10700/4 = 2675 kHz. Folosind tabelul sau scara punctelor principale, determinăm că cea mai apropiată frecvență de referință este 2667 kHz. Apoi, pe scara condensatorului C1, setăm frecvența la 2667 kHz și, punând comutatorul B2 în poziția „Verificare” (2), folosim corectorul C2 pentru a obține bătăi zero. Apoi punem comutatorul B2 în poziția „Loterodyne” (1) și, după ce se setează frecvența oscilatorului local la 2675 kHz, verificăm scala transmițătorului la această frecvență.

Când se măsoară o frecvență necunoscută f x, scara oscilatorului local este calibrată la punctul de referință cel mai apropiat de valoarea așteptată a acestei frecvențe, iar apoi în modul de măsurare, bătăile zero sunt setate prin ajustarea frecvenței oscilatorului local.

La calibrarea scalei oscilatorului local, precum și la măsurarea frecvenței generatoarelor, modulatorul trebuie oprit; La măsurarea frecvenței de acordare a receptorilor, unitatea de frecvență joasă a dispozitivului nu este necesară. Utilizați un comutator pentru a opri componentele contorului de frecvență neutilizate. LA 3.

Frecvențemetre heterodine tipuri variate cele fabricate industrial acoperă în mod colectiv banda de frecvențe măsurate de la 100 kHz la 80 GHz cu o eroare de măsurare în +-(5*10 -4 ...5*10 -6). La frecvențe foarte înalte este dificil să obții zero bătăi. Prin urmare, în contoarele de frecvență cu microunde, un contor de frecvență joasă (de exemplu, unul capacitiv) este uneori folosit ca indicator; este utilizat pentru a determina diferența de frecvență de bătaie F, a cărei dimensiune este corectată în rezultatele măsurătorii.

O eroare de măsurare foarte mică într-un interval de frecvență foarte larg (de la joasă la ultra-înaltă) se realizează prin combinarea a două frecvențemetre: un heterodin și un contor electronic. Ultimul, de altfel utilizare independentăîn domeniul său de frecvență inerent, poate fi utilizat pentru a măsura cu precizie frecvența de reglare a oscilatorului local atunci când sunt atinse bătăi zero; în acest caz, un oscilator cu cuarț, tabele de calibrare și grafice se dovedesc a fi inutile.

Contoare de frecvență de rezonanță

Caracteristicile frecvenței de rezonanță utilizate pentru măsurarea frecvențelor înalte și ultra-înalte sunt simplitatea designului, viteza de funcționare și lipsa de ambiguitate a rezultatelor măsurătorilor; Eroarea de măsurare este de 0,1-3%.

Un frecvență de rezonanță este un sistem oscilator care este reglat în rezonanță cu frecvența măsurată f x a oscilațiilor care îl excită, care provin de la sursa studiată prin elementul de cuplare. Frecvența de rezonanță este determinată de citirile unui dispozitiv de reglare calibrat. Starea de rezonanță este înregistrată folosind un indicator încorporat sau extern.

Frecvențemetrele care măsoară frecvențe de la 50 kHz la 100-200 MHz sunt realizate sub forma unui circuit oscilator format din elemente cu constante concentrate: un inductor L 0 și un condensator variabil C 0 (Fig. 16). E.M.F. este indusă în circuitul frecvenței. frecvența măsurată f x , de exemplu, datorită cuplării inductive cu sursa de oscilație printr-o bobină L 0 sau o antenă bici mică conectată la priza An. Cu o sursă de putere redusă, conexiunea cu aceasta din urmă poate fi capacitivă printr-un condensator de cuplare C St (cu o capacitate de câțiva picofaradi) și un conductor de cuplare. Prin schimbarea capacității condensatorului C 0, circuitul este reglat în rezonanță cu frecvența fx în funcție de citirile maxime ale indicatorului de rezonanță. În acest caz, frecvența măsurată f x este egală cu frecvența naturală a circuitului:

f 0 = 1/(2π*(L0C0) 0,5),

determinată de scara condensatorului C 0.

Cu o inductanță fixă ​​L 0, gama de frecvențe măsurate este limitată de coeficientul de suprapunere, care este înțeles ca raportul dintre frecvența maximă de reglare a frecvențeimetrului f m și cea mai joasă frecvență f n atunci când capacitatea circuitului se modifică de la valoarea inițială C n până la maxim C m Capacitatea inițială a circuitului C n este compusă din capacitatea inițială a condensatorului C 0, capacități de instalare și capacități ale condensatoarelor permanente sau de reglare incluse în circuit pentru a obține coeficientul de suprapunere necesar sau pt. alte scopuri (Fig. 17). Dacă este necesară extinderea gamei de frecvențe măsurate, frecvențametrul este echipat cu mai multe bobine de inductanță diferită, înlocuibile (Fig. 16) sau comutabile (Fig. 17). În acest din urmă caz, este recomandabil să scurtcircuitați bobinele nefolosite (dacă nu sunt ecranate) pentru a le împiedica să aspire energie din circuitul frecvențeimetrului la frecvențe de acord apropiate de frecvențele naturale ale acestor bobine; în acest caz, comunicarea cu sursa de oscilații se realizează prin priza de comunicație An sau printr-o bobină de comunicare externă L St de una sau mai multe spire, conectată la circuit cu un cablu flexibil de înaltă frecvență (Fig. 17).

Indicatorii de rezonanță vă permit să înregistrați starea de rezonanță prin curentul maxim din circuit sau tensiunea maximă pe elementele circuitului. Indicatorii de curent ar trebui să aibă rezistență scăzută, iar indicatorii de tensiune ar trebui să aibă rezistență ridicată; atunci pierderile pe care le introduc în circuit nu vor provoca o tocire vizibilă a caracteristicilor de rezonanță ale circuitului.

Orez. 16. Schema unui contor de frecvență de rezonanță cu indicator de curent și bobine de buclă înlocuibile

Ca indicatori de curent se folosesc uneori miliampermetre termoelectrice cu un curent total de deviație de până la 10 mA, conectați în serie la circuitul frecvențeimetrului (Fig. 16); Când utilizați un astfel de frecvențămetru, trebuie să stabiliți cu mare atenție o conexiune cu obiectul de măsurat și să evitați supraîncărcarea dispozitivului termic atunci când vă apropiați de rezonanță. Cel mai simplu indicator de curent poate fi un bec incandescent miniatural L; În acest caz, eroarea de măsurare crește în mod natural.

În frecvențametrele moderne, indicatorii de tensiune sunt cel mai des utilizați - voltmetre de înaltă frecvență cu contoare cu cadran; Ele oferă o precizie ridicată de indicare cu o bună rezistență la suprasarcină. Cel mai simplu astfel de indicator (Fig. 17, a) constă dintr-o diodă punctiformă D și un contor magnetoelectric sensibil ȘI, derivați de la componentele de înaltă frecvență ale curentului redresat prin condensatorul C2. Un contor de frecvență cu un contor cu cadran poate fi utilizat ca indicator al intensității câmpului atunci când se iau modele de radiație ale antenelor de transmisie.

Orez. 17. Circuite de frecvență de rezonanță cu indicatoare de tensiune și bobine de buclă comutabile

Dacă oscilațiile studiate sunt modulate, atunci un telefon de mare impedanță T f poate servi drept indicator (Fig. 17, a). În acest caz, rezonanța este notă de cel mai mare volum al tonului frecvenței de modulare. Acest contor de frecvență este potrivit pentru controlul calității auditive a transmițătoarelor radiotelefonice.

Contoarele de frecvență de rezonanță sunt caracterizate prin sensibilitate, adică valoarea minimă a puterii de înaltă frecvență furnizată acestora, care oferă o indicație clară a rezonanței; de obicei este în intervalul 0,1-5 mW, iar când se folosește un bec cu incandescență crește la 0,1 W. Pentru a crește sensibilitatea, în indicatorul de rezonanță (după detector) se introduce uneori un amplificator cu tranzistor. curent continuu cu impedanță mare de intrare; Cel mai simplu circuit al unui astfel de amplificator este prezentat în Fig. 17, b.

La frecvențe ultraînalte, circuitele formate din elemente cu constante concentrate devin ineficiente din cauza scăderii accentuate a factorului lor de calitate. În intervalul de frecvență de la 100 la 1000 MHz, se obțin rezultate destul de bune la frecvențămetre cu circuite de tip mixt cu capacitate concentrată și inductanță distribuită (Fig. 18). Ca element de inductanță L0, se folosește o secțiune curbă (turnică) de sârmă sau tub de cupru placat cu argint cu un diametru de 2-5 mm. Comutatorul B determină subdomeniul de măsurare. Frecvențametrul este reglat prin modificarea lungimii de lucru a bobinei de inductanță L0 cu ajutorul unui cursor rotativ de contact. Limita superioară a frecvenţelor măsurate este limitată de valoarea capacităţii instalaţiei C m Comunicarea cu sursa oscilaţiilor studiate se realizează prin bucla de comunicaţie L1.

Orez. 18. Schema unui frecvenmetru de rezonanță cu circuit de tip mixt

În fig. Figura 19 prezintă o diagramă a unui contor de frecvență cu o singură limită cu gamă largă cu un coeficient de suprapunere în intervalul 5-10; aici elementul de inductanță al circuitului este o placă metalică Pl, îndoită într-un arc și conectată la statorul St al unui condensator de capacitate variabilă. Un glisor alunecă de-a lungul plăcii, conectat mecanic și electric la rotorul Rot-ul condensatorului. Când rotorul este rotit, atât capacitatea circuitului, cât și inductanța acestuia cresc (sau scad simultan). Asemenea contoare de frecvență, împreună cu o gamă largă de măsurare, au un factor de calitate destul de ridicat cu dimensiuni mici. În domeniul undelor metrice, decimetrice și centimetrice, instrumentele care utilizează sisteme oscilatoare cu constante distribuite - secțiuni de linii de transmisie și rezonatoare volumetrice - sunt utilizate pentru măsurarea parametrilor oscilațiilor electromagnetice.

Orez. 19. Schema unui contor de frecvență rezonant cu microunde cu o singură limită cu rază largă

Pentru a crește stabilitatea caracteristicii de calibrare, elementele circuitului frecvențeimetrului trebuie să aibă o structură puternică și rigidă și să fie realizate din materiale cu un coeficient de temperatură scăzut. Cea mai mare eroare datorată influenței factorilor externi apare la măsurarea celor mai înalte frecvențe ale fiecărei sub-benzi, atunci când capacitatea condensatorului C 0 este mică. Pentru a reduce această eroare, uneori capacitatea inițială a circuitului este crescută prin conectarea unui condensator permanent sau de reglare în paralel cu condensatorul C0 (C1 în Fig. 17, a). În același timp, coeficientul de suprapunere a frecvenței scade, ceea ce ajută la reducerea erorii de măsurare a frecvenței, dar în același timp crește numărul de sub-benzi necesare. Eroarea de măsurare este redusă și dacă elementul de reglare este controlat printr-un dispozitiv vernier cu o încetinire de câteva zeci de ori. În dispozitivele fabricate industrial, mânerul vernier este adesea echipat cu o scară împărțită în 100 de diviziuni, iar pe scara principală a organului de reglare a frecvenței contorului se aplică diviziuni, marcând numărul de spire complete ale mânerului vernierului. Când ambele scale sunt utilizate împreună, este posibil să se obțină câteva mii de puncte de referință; frecvențele lor corespunzătoare sunt determinate folosind tabele sau grafice.

Reglarea frecvențeimetrului, excitat de o sursă de oscilații de frecvență f x , determină o modificare a curentului în circuitul său în conformitate cu curba de rezonanță a acestuia din urmă (Fig. 20). Cu cât factorul de calitate al circuitului este mai mare, cu atât curba de rezonanță este mai clară și cu atât eroarea posibilă în înregistrarea rezonanței este mai mică. Pentru a obține un factor de calitate ridicat, elementele circuitului trebuie să aibă pierderi mici, iar legătura circuitului cu indicatorul de rezonanță și sursa studiată să fie cât mai slabă.

Conexiunea cu indicatorul poate fi redusă utilizând, de exemplu, un divizor capacitiv de tensiune (Fig. 17, b) cu un raport de capacitate C2/C1 >> 1. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că slăbirea conexiunii cu circuit duce la necesitatea creșterii sensibilității indicatorului sau a întăririi conexiunii cu sursa studiată.

Când utilizați un condensator de frecvență directă într-un frecvențămetru, se poate obține o scară de frecvență aproape uniformă. Contoarele de frecvență de rezonanță sunt calibrate cu ajutorul frecvenței heterodine standard, iar în domeniul microundelor sunt utilizate în acest scop. linii de măsurare. Calibrarea aproximativă poate fi efectuată având un generator de măsurare sau un transmițător cu o gamă netedă de frecvență.

Orez. 20. Caracteristica de rezonanță a unui frecvențămetru de rezonanță

În timpul măsurătorilor, un frecvențămetru sau elementul său de cuplare este adus în zona de radiație a sursei studiate. Prin selectarea poziției lor relative, se stabilește o conexiune astfel încât la rezonanță acul indicator să fie aproximativ la mijlocul scalei sale.

Dacă sensibilitatea frecvențeimetrului este scăzută, este necesară consolidarea conexiunii cu sursa de oscilații; aceasta duce la o aplatizare a caracteristicii de rezonanță a frecvențeimetrului, ceea ce face dificilă înregistrarea cu precizie a stării de rezonanță. Pentru scădere posibilă eroare Se folosește metoda cu două numărări. După ajustarea aproximativă a frecvențeimetrului la rezonanță cu frecvența măsurată f x modificarea capacității C 0, circuitul este detonat mai întâi într-o direcție și apoi în cealaltă direcție de la frecvența de rezonanță până se obține aceeași citire a indicatorului (I 1-2). în intervalul de aproximativ 50-70% valoarea rezonantă I m (Fig. 20). Deoarece sunt utilizate pante abrupte ale curbei de rezonanță, este posibil să se determine cu mare precizie frecvențele de reglare a circuitului f 1 și f 2 corespunzătoare curentului. Frecvența măsurată f x = (f 1 + f 2)/2.

Dacă vibrațiile studiate sunt nesinusoidale, atunci este posibilă reglarea frecvențeimetrului la una dintre armonici. În acest caz, frecvența va detecta acordarea la un număr de alte frecvențe care sunt multipli ai frecvenței principale de oscilație. Acesta din urmă va fi determinat ca fiind cea mai joasă din seria de frecvențe de rezonanță găsite.

Dacă E.M.F indus în circuitul frecvențeimetrului este insuficient pentru funcționarea normală a indicatorului de rezonanță, atunci măsurarea poate fi efectuată folosind metoda de reacție (absorbție, absorbție): reglarea la rezonanță este determinată de efectul frecvențeimetrului asupra modul generator, din care circuitul de măsurare absoarbe o parte de energie. Se stabilește o conexiune destul de puternică între circuitele generatorului și contorul de frecvență, iar setarea acestuia din urmă este schimbată fără probleme. La rezonanță, componenta DC a curentului anod (sau colector) al generatorului atinge un maxim, iar componenta DC a curentului rețelei de control (sau bază) scade brusc, ceea ce poate fi detectat prin conectarea unui contor DC sensibil la unul dintre aceste circuite. Frecvențametrul nu afectează frecvența oscilațiilor generate, deoarece în timpul rezonanței introduce doar rezistență activă în circuitul generatorului.

Un contor de frecvență de rezonanță este un dispozitiv pasiv, deoarece funcționarea sa se bazează pe absorbția energiei de la sursa frecvenței măsurate. Prin urmare, este impropriu pentru măsurarea directă a frecvenței de acord a receptoarelor radio și a circuitelor oscilante izolate. Cu toate acestea, frecvența purtătoare a stației radio la care este acordat receptorul poate fi măsurată destul de precis prin metoda reacției. Pentru a face acest lucru, circuitul frecvențeimetrului este conectat la circuitul de antenă al receptorului prin intermediul unei bobine de cuplare inclusă în acest circuit sau prin apropierea de o antenă magnetică. Setarea frecvențeimetrului este modificată până la obținerea rezonanței, care este detectată de o scădere bruscă a volumului semnalelor sonore reproduse de receptor.

Măsurarea frecvenței cu un voltmetru

Cea mai simplă este o metodă indirectă de măsurare a frecvenței, bazată pe dependența rezistenței elementelor reactive de frecvența curentului care trece prin ele. O posibilă schemă de măsurare este prezentată în Fig. 1.

Orez. 1.

Un lanț al unui rezistor nereactiv R și al unui condensator C cu pierderi mici, ai cărui parametri sunt cunoscuți cu precizie, este conectat la sursa oscilațiilor de frecvență Fx. Un voltmetru AC de înaltă rezistență V cu o limită de măsurare apropiată de valoarea tensiunii de intrare măsoară alternativ tensiunile UR și UC pe elementele lanțului. Deoarece

unde I este curentul din circuit, apoi raportul

UR/UC = 2рFxRC,

Fx = 1/(2рRC) * UR/RC

Rezistența de intrare a voltmetrului V trebuie să fie de cel puțin 10 ori rezistența fiecărui element din lanț. Cu toate acestea, influența voltmetrului poate fi eliminată dacă este utilizat doar ca indicator al egalității tensiunilor UR și UC, realizată, de exemplu, prin schimbarea lină a rezistenței R. În acest caz, frecvența măsurată este determinată de o formula simpla:

Fx = 1/(2рRC) ? 0,16/(RC),

iar cu o capacitate constantă a condensatorului C, rezistența variabilă R poate fi echipată cu o scală cu raport în valori Fx.

Să estimăm ordinea posibilă a frecvențelor măsurate. Dacă rezistența R are o rezistență maximă de RM = 100 kOhm, atunci la C = 0,01 μF, 1000 și 100 pF, limita superioară de măsurare va fi 160, 1600 și, respectiv, 16000 Hz. Atunci când alegeți RM = 10 kOhm și aceleași valori de capacitate, aceste limite vor fi egale cu 1600 Hz, 16 și 160 kHz.

Eficacitatea metodei depinde de acuratețea selecției denumirilor și de calitatea elementelor lanțului RC.

Frecvențemetre capacitive

În scopuri practice, frecvențametrele cu indicare directă sunt cele mai convenabile, permițând observarea continuă a frecvenței vibrațiilor care sunt studiate pe scara contorului cu cadran.

Acestea includ, în primul rând, contoare capacitive de frecvență, a căror funcționare se bazează pe măsurarea valorii medii a curentului de încărcare sau de descărcare a unui condensator de referință, reîncărcat periodic cu tensiunea frecvenței măsurate f x. Aceste instrumente sunt folosite pentru a măsura frecvențe de la 5-10 Hz la 200-500 kHz.

Cu o eroare de măsurare acceptabilă de aproximativ 3-5%, acestea pot fi efectuate folosind scheme simple, una dintre opțiunile cărora este prezentată în Fig. 2. Aici, tranzistorul T1, care funcționează în modul comutator, este controlat de tensiunea de frecvență f x, care este alimentată la baza sa de la potențiometrul de intrare R1. În absența unui semnal de intrare, tranzistorul T1 este deschis, deoarece baza sa este conectată prin rezistențele R3 și R2 la polul negativ al sursei de alimentare.

În acest caz, se creează o cădere de tensiune U pe rezistorul R5 al divizorului R5, R2; acesta din urmă, datorită prezenței unui condensator de capacitate mare C2, este fixat ca tensiunea de alimentare a cascadei tranzistorului și cu schimbări periodice rapide în modul tranzistor aproape că nu se schimbă. La instalarea comutatorului ÎNîn poziția „U-”, contorul Și, conectat în serie cu rezistorul suplimentar R6, formează un voltmetru care măsoară tensiunea constantă U pe condensatorul C2, care este menținută la un anumit nivel, de exemplu, 15 V, folosind reglarea rezistența R2.

Orez. 2.

În timpul semiciclului pozitiv al tensiunii de intrare cu frecvența f x, tranzistorul T1 se închide și tensiunea la colectorul său crește brusc până la valoarea U; în acest caz, unul dintre condensatorii C este încărcat rapid la o tensiune apropiată de U, al cărui curent de încărcare trece prin contor. ȘIși dioda D2. În timpul semiciclului negativ, tranzistorul T1 se deschide, rezistența sa devine foarte scăzută, ceea ce duce la o descărcare rapidă și aproape completă a condensatorului C cu curent care trece prin dioda D1. Pe parcursul unei perioade a frecvenței măsurate, cantitatea de energie electrică furnizată condensatorului în timpul încărcării și eliberată de acesta în timpul descărcării, q ? C.U. Deoarece procesul de încărcare-descărcare se repetă cu o frecvență f x, atunci valoarea medie eu curent de încărcare înregistrat de contor ȘI, se dovedește a fi proporțional cu această frecvență:

I = q*f x ? C*U*f x

Contoare electronice de numărare (digitale).

Contoarele electronice de frecvență sunt dispozitive universale în capacitatea lor. Scopul lor principal este de a măsura frecvența oscilațiilor continue și pulsate, efectuate într-un domeniu larg de frecvență (de la aproximativ 10 Hz la 100 MHz) cu o eroare de măsurare de cel mult 0,0005%. În plus, fac posibilă măsurarea perioadelor de oscilații de joasă frecvență, a duratelor impulsurilor, a raportului dintre două frecvențe (perioade) etc.

Funcționarea contoarelor electronice de frecvență de numărare se bazează pe o numărare discretă a numărului de impulsuri care sosesc într-un interval de timp calibrat la un contor electronic cu afișaj digital. În fig. Figura 4 prezintă o diagramă funcțională simplificată a dispozitivului. Tensiunea frecvenței măsurate f x în dispozitivul de formare a amplificatorului este convertită într-o secvență de impulsuri unipolare repetate cu aceeași frecvență f x . În acest scop, este adesea folosit un sistem de amplificator limitator și declanșator Schmitt, suplimentat la ieșire cu un circuit de diferențiere și un limitator de diodă. Un selector de timp (un comutator electronic cu două intrări) transmite aceste impulsuri la contorul electronic numai în timpul unui interval de timp strict fixat Dt, determinat de durata impulsului dreptunghiular care acționează asupra a doua sa intrare. Când se înregistrează m impulsuri cu un contor, frecvența măsurată este determinată de formula:

De exemplu, dacă în timpul Dt = 0,01 s se notează 5765 impulsuri, atunci f x = 576,5 kHz.

Oscilațiile frecvenței selectate (prin comutatorul B2) f 0 (valoarea numerică a acesteia din urmă este un multiplicator al numărului de contor) sunt convertite în oscilații dreptunghiulare cu o frecvență de repetiție f 0 folosind un declanșator Schmitt. Sub acțiunea lor, în dispozitivul de control se formează un impuls de interval cu o durată de formă strict dreptunghiulară.

Дt = Т 0 = 1/f 0

Acest impuls face ca citirile anterioare ale contorului să fie resetate și apoi (cu o întârziere de câteva microsecunde) intră în selector și îl deschide pentru un timp Dt pentru a trece impulsuri cu o frecvență de repetiție f x.

După închiderea selectorului, numărul de impulsuri m trecute de acesta este fixat de indicatorul contor, iar frecvența măsurată este determinată de formula

Orez. 3. Schema funcțională simplificată a unui contor de frecvență electronic de numărare (digital).

Calibratoare de cuarț

Dintre instrumentele de înaltă precizie utilizate pentru măsurarea frecvențelor înalte, cele mai simple sunt calibratoarele de cuarț.

Acestea vă permit să verificați scalele dispozitivelor de recepție radio și de transmisie (generatoare) radio într-un număr de puncte corespunzător frecvențelor (de referință) strict definite.

Orez. 4.

Diagrama funcțională a unui calibrator de cuarț este prezentată în versiunea sa cea mai completă în Fig. 4. Componenta principală a dispozitivului este un oscilator de cuarț care funcționează în așa fel încât oscilațiile excitate de acesta să aibă o formă puternic diferită de cea sinusoidală și, prin urmare, să conțină, pe lângă componenta frecvenței fundamentale f 0 , un număr mare de armonici ale căror frecvențe sunt 2f 0, 3f 0, 4f 0 etc., iar amplitudinile scad treptat odată cu creșterea frecvenței. De obicei, este posibil să se utilizeze pentru măsurători de la zeci la câteva sute de armonici, care au aceeași stabilitate ridicată (de obicei între 0,01 - 0,001%) ca și frecvența f 0, stabilizată de un rezonator cu cuarț (cuarț) în absența dispozitivelor speciale ( de exemplu, termostate) crescând efectul de stabilizare.

Oscilațiile excitate de oscilatorul cu cuarț sunt furnizate la priza de comunicare (sau clema) An, care, împreună cu un mic conductor sau știft atașat de acesta, joacă rolul unei antene de recepție sau de transmisie, în funcție de natura utilizării dispozitivului. . În scopuri de ecranare, dispozitivul este de obicei plasat într-o carcasă metalică.

Frecvențemetre heterodine

Frecvențametrele heterodine sunt utilizate pentru măsurători precise de frecvență într-un interval neted de înaltă frecvență. În principiu, un contor de frecvență heterodin diferă de un calibrator cu cuarț doar prin aceea că, în loc de un oscilator cu cuarț, folosește un oscilator local, adică un oscilator de putere redusă cu o frecvență de reglare continuu variabilă. Prezența unui mixer permite dispozitivului să fie utilizat nu numai pentru calibrarea scărilor de frecvență ale receptoarelor radio, ci și pentru măsurarea frecvenței generatoarelor folosind metoda zero-beat. Indicarea ritmului zero este efectuată de telefoane, osciloscop și indicatoare electronice de lumină, precum și contoare cu cadran.

Eroarea de măsurare a unui contor de frecvență heterodin este determinată în principal de stabilitatea frecvenței oscilatorului local și de eroarea setării acestuia. Prin urmare, ei preferă adesea să execute oscilatoare locale folosind tuburi cu vid. Stabilitatea crescută a frecvenței este facilitată de alegerea corectă a circuitului și proiectarea oscilatorului local, utilizarea pieselor cu un coeficient de temperatură scăzut, includerea unei etape tampon între oscilatorul local și circuitele de ieșire, stabilizarea tensiunilor de alimentare și încălzirea pe termen a dispozitivului sub curent înainte de măsurători. Pentru a crește netezimea ajustării și acuratețea setării frecvenței, condensatorul de reglare a oscilatorului local este de obicei controlat printr-un mecanism vernier cu o întârziere mare (de până la 100-300 de ori). Citirea directă a frecvenței pe scara unui condensator variabil se realizează numai în cele mai simple modele; la majoritatea instrumentelor, scara este uniformă cu un număr foarte mare de diviziuni (până la câteva mii), iar citirea de pe aceasta este convertită în frecvență folosind tabele sau grafice.

Contoare de frecvență de rezonanță

Caracteristicile frecvenței de rezonanță utilizate pentru măsurarea frecvențelor înalte și ultra-înalte sunt simplitatea designului, viteza de funcționare și lipsa de ambiguitate a rezultatelor măsurătorilor; Eroarea de măsurare este de 0,1-3%.

Principiul de funcționare al frecvenței de rezonanță se bazează pe compararea frecvenței semnalului de intrare cu frecvența de rezonanță naturală a rezonatorului reglabil. Un circuit oscilator, o secțiune a unui ghid de undă (rezonator cu cavitate) sau o secțiune de un sfert de undă a unei linii pot fi utilizate ca rezonator. Semnalul controlat este furnizat rezonatorului prin circuitele de intrare de la rezonator, semnalul este transmis prin detector la dispozitivul indicator (galvanometru). Pentru a crește sensibilitatea, unele contoare de frecvență folosesc amplificatoare. Operatorul ajustează rezonatorul în funcție de citirea maximă a indicatorului și numără frecvența folosind cadranul de reglare.

Măsurarea frecvenței cu un osciloscop

Frecvența măsurată poate fi determinată comparând-o cu o frecvență de referință cunoscută f o . Această comparație se face cel mai adesea folosind un osciloscop cu raze catodice sau metode de bătăi.

Osciloscoapele cu raze catodice sunt utilizate pentru a măsura frecvențele de oscilație ale formelor de undă în principal sinusoidale pe un interval de frecvență de aproximativ 10 Hz până la o valoare determinată de limita superioară a lățimii de bandă a canalului de deflexie; eroarea de măsurare este practic egală cu eroarea de calibrare a sursei (generatorului) de oscilație a frecvenței de referință f 0 . Cel mai adesea, măsurătorile sunt efectuate cu scanarea osciloscopului oprită, folosind diagrama de conectare prezentată în Fig. 5. Tensiunile frecvențelor măsurate și cunoscute sunt aplicate direct sau prin amplificatoare la diferite perechi de plăci deflectorale ale CRT (în funcție de intrarea osciloscopului afectează aceste tensiuni, vom nota frecvențele lor cu f x și f y). Dacă aceste frecvențe sunt legate între ele ca numere întregi, de exemplu 1:1, 1:2, 2:3 etc., atunci mișcarea fasciculului de electroni devine periodică și se observă pe ecran o imagine staționară numită figura Lissajous. . Forma acestei figuri depinde de raportul dintre amplitudini, frecvențe și faze inițiale ale oscilațiilor comparate.

Orez. 5.

Orez. 6. Cifrele observate pe ecran la diferite rapoarte de frecvență f x /f y

După ce am determinat raportul f x:f y și cunoscând una dintre frecvențe, de exemplu f y, este ușor să găsim a doua frecvență.

Să presupunem că la o frecvență cunoscută f y = 1000 Hz se obține pe ecran figura prezentată în fig. 5. Din construcția prezentată în desen, este clar că această cifră corespunde raportului de frecvență f x = 3:4, de unde f x = 750 Hz.

T t sau frecventa fzap = 1/T.

Semnalul măsurat (să presupunem o formă sinusoidală, Fig. 4.3, A) este furnizat la intrare A si printr-un atenuator reglabil LA ajunge la intrarea modelului F a. La ieșirea sa, se formează o secvență de impulsuri scurte cu o frecvență de repetiție egală cu frecvența măsurată fx.

Această secvență de impulsuri ajunge la una dintre intrările selectorului temporar BC. Cealaltă intrare a acesteia prin unitatea de automatizare BA primește o secvență de impulsuri de control dreptunghiulare, a căror durată este determinată de intervalul de timp de numărare Tcount

Aceste impulsuri sunt formate din tensiunea oscilatorului de cuarț de referință CG prin împărțirea frecvenței acestuia în divizorul de frecvență DF (Fig. 4.3, d). Cu coeficientul de împărțire n, valoarea intervalului de numărare

Numărările care au trecut prin selectorul de timp N sunt numărate de contorul de impulsuri SCH. În blocul de afișare BI se determină frecvenţa măsurată

,

iar valoarea rezultată este afișată pe blocul de afișare.

15. Principiul de funcționare al unui contor electronic de frecvență atunci când se măsoară o perioadă

Metoda de numărare discretă se bazează pe determinarea (numărarea) numărului de cicluri ale unui semnal periodic într-un anumit interval de timp setat numărabil. Această metodă face posibilă, de asemenea, rezolvarea problemei inverse, adică măsurarea intervalelor de timp prin determinarea numărului de impulsuri de numărare special generate în intervalul de timp măsurat.

Să presupunem că există un interval de timp T, o secvență de impulsuri scurte cu o perioadă de repetare t sau frecvența fzap = 1/T

Aceste impulsuri se numesc impulsuri de umplere, iar frecvența se numește frecvența de umplere fzap. Numărul de impulsuri care se încadrează în intervalul de timp este N.

Corespondența dintre acești parametri poate fi scrisă ca o expresie:

Semnal de la intrare B prin atenuator A T alimentat la modelator F B, unde se formează o secvență de impulsuri unde se formează o secvență de impulsuri cu o perioadă egală cu perioada măsurată Tx, iar la ieșirea blocului de automatizare BA– controlează durata pulsului Tx.În acest caz, comutatorul de la intrarea BA este în poziția TB.

Prin înmulțirea sau împărțirea frecvenței oscilatorului cu cristal de referință KGîn baza de timp BV se formează o succesiune de impulsuri scurte de numărare cu o perioadă. Aceste impulsuri mai sunt numite marcajele de timp cu perioada (frecventa).

Cele N impulsuri de numărare care au trecut prin selectorul de timp în timpul perioadei de numărare sunt recalculate în valoarea perioadei măsurate, iar rezultatul este afișat în dispozitivul de citire. Valoarea perioadei de numărare a impulsurilor (marcate de timp) poate fi setată prin comutatorul discret corespunzător.

Dacă comutatorul de la intrarea unității de automatizare este setat în poziție T B10, apoi în procesul de măsurare a perioadei se poate efectua
medierea unei serii de valori măsurate, care se realizează prin împărțirea suplimentară a frecvenței semnalului măsurat (sau, în consecință, înmulțirea perioadei măsurate) cu k o singura data. Apoi, cu numărul numărat de impulsuri de numărare N și perioada t, valoarea perioadei măsurate va fi.

16. Informații generale despre instrumentele pentru studiul formei și spectrului distorsiunilor neliniare ale semnalului

Osciloscop - Acest dispozitiv electronic, având un canal y - deformare verticală, canal x - (axa timpului) deformare orizontală și un canal auxiliar z - canal de iluminare a fasciculului.

Analizor de spectru (AS) este un dispozitiv selectiv sensibil conceput pentru a determina componentele de frecvență ale unui semnal, adică spectrul de amplitudine.

Contor de modulație- un dispozitiv de măsurare destinat să determine caracteristicile unui semnal radio modulat - coeficientul de modulație în amplitudine și (sau) abaterea de frecvență.

17. Schema structurala osciloscop universal

Tub catodic(CRT) determină principiul de funcționare al dispozitivului, iar parametrii și posibilitățile de aplicare depind în mare măsură de caracteristicile acestuia osciloscopîn general. Osciloscoapele folosesc în principal CRT-uri cu control electrostatic al fasciculului.

Principiul afișării formei de undă a tensiunii pe ecran tub de osciloscopÎn termeni generali poate fi reprezentat astfel.

Tensiunea testată este o funcție a timpului, afișată în coordonate dreptunghiulare printr-un grafic u = f (t ). Două perechi de plăci CRT deviază fasciculul de electroni în două direcții reciproc perpendiculare, ceea ce poate fi considerat ca axele de coordonate. Prin urmare, pentru a observa tensiunea studiată pe ecranul CRT, este necesar ca fasciculul să fie deviat de-a lungul axă orizontală proporţional cu timpul, şi conform axa verticala- proportional cu tensiunea studiata (la fiecare moment de timp).

În acest scop, plăcilor de deviere orizontale se aplică o tensiune cu dinți de ferăstrău, ceea ce face ca fasciculul să se miște orizontal cu o viteză constantă de la stânga la dreapta și să se întoarcă rapid înapoi. Distanța parcursă de fascicul de-a lungul axei orizontale este proporțională cu timpul.

Tensiunea studiată se aplică plăcilor de deviere verticale și, prin urmare, poziția fasciculului în fiecare moment de timp corespunde în mod unic cu valoarea semnalului studiat în acel moment. În timpul acțiunii tensiunii dinți de ferăstrău, fasciculul trasează o curbă a semnalului studiat. Imaginea observată pe ecran este numită oscilogramă .

Canal vertical Y, sau canalul de semnal, este conceput pentru a transmite tensiunea sursei semnalului studiat la intrarea plăcilor de deviere verticale ale CRT.

Canal orizontal X, sau canalul de baleiaj, servește la crearea și transmiterea unei tensiuni care provoacă mișcarea orizontală a fasciculului, predominant proporțională cu timpul.

Canal de control al luminozității Z destinat transmiterii de la intrare Z la electrodul de control al semnalelor CRT care modulează luminozitatea strălucirii.

18. Scopul canalului Y al unui osciloscop universal, parametrii canalului de bază

Dispozitiv de intrare (atenuator)– scalează semnalul la nivelul specificat în specificațiile tehnice realizează însuși operatorul;

Preamplificator (adeptul emițătorului):

1. Întărește semnalul

2. Când sosește semnalul, acesta generează un impuls de sincronizare

3. Potrivește ieșirea R cu intrarea de impedanță scăzută a liniei de întârziere

Linie de întârziereîntârzie semnalul cu până la 140 μs, ceea ce asigură primirea unui semnal nedistorsionat pe ecran.

Amplificator de deviere verticală (VDA) care amplifică semnalul la o valoare stabilită.

Canalul Y este folosit pentru a extinde semnalul studiat în amplitudine(concepută pentru a transmite tensiunea sursei semnalului studiat la intrarea plăcilor de deviere verticală ale CRT.)