Честотомере електрически измервателен уред, предназначен за измерване на честотите на различни периодични колебания, електрически или механични.

За класифициране на честотомери се използва главно принципът на тяхното действие (измерване). Има честотомери с пряка оценка и честотомери, които работят с различни сравнителни методи, например резонансни, хетеродинни и електронни броещи честотомери.

За измерване на механични вибрации се използва главно вибрационно механично (аналогово). честотомери, както и електрически устройства, които се използват заедно с преобразуватели на механични вибрации в електрически, или тези функции се изпълняват от самия честотомер.

Принципът на действие на най-простия вибрационен механичен честотомер се основава на явлението резонанс. Този тип честотомер представлява серия от метални пластини, подсилени в единия край. Плочите са избрани така, че собствените им вибрации да варират стъпаловидно, като по този начин образуват вид вибрационна скала. Вибрации, които влияят честотомер, предизвикват вибрации на платината. Честотата на вибрациите се измерва с помощта на онази еластична плоча, чиято собствена честота съвпада с измерената честота, като по този начин предизвиква явлението резонанс.

За измерване на честотата на електрическите трептения се използват различни електронни честотомери.

Като пример можем да опишем принципа на работа на най-простия честотомер от този клас - електромеханичен. Подобно на механичния честотомер, описан по-горе, това устройство също съдържа редица еластични пластини. Това устройство обаче е допълнено с електромагнит. Входящите електрически вибрации, които трябва да бъдат измерени, причиняват вибрации в електромагнит, който ги предава на серия от плочи. Определянето на честотата на трептене след това продължава, както при аналога честотомер.

Електродинамични честотомери. Те съдържат специален измервателен елемент - коефициент. Той е настроен на определена честота на трептене. Измерването се извършва в зависимост от това колко входящите вибрации се различават от референтната честота.

Честотометрите, в допълнение към изброените, използвани за измерване на електрически вибрации, могат допълнително да включват електромагнитни и магнитоелектрически устройства. Ние обаче няма да се спираме на описанието на принципа на тяхното действие.

Електронно броене честотомер, напоследък става все по-разпространена. Принципът на неговото действие се основава на преброяване на броя на периодите на трептене за определен период от време.

За измерване на радиочестотни колебания се използват честотомери от специален тип вълна. Това включва различни резонансни, цифрови и хетеродинни честотомери. Всички тези устройства работят и с помощта на сравнителния метод за отчитане на измерените вибрации.

Освен това всичко честотомеримогат да бъдат разделени на аналогови и цифрови устройства. В първия случай информацията се показва по класическия начин „скала и показалец“, във втория - с помощта на цифров дисплей.

Честотомерът е устройство, предназначено за измерване на честотата на периодичен процес в спектъра на сигнала, както и за намиране на честотите на хармоничните елементи на спектъра на сигнала.

Честотомерите се разделят според метода, по който се извършват измерванията. Този тип включва устройства за директна оценка, като аналогови, и устройства за сравнителна оценка, като резонансни, хетеродинни и електронни честотомери.

Те се различават по физическия смисъл на определяната величина: синусоидалните трептения се изследват с помощта на аналогови инструменти; честотите на хармоничните елементи се определят с хетеродинни, резонансни и вибрационни честотомери; Електронно броене и кондензаторни устройства се използват за изследване на дискретни явления.

Има и разделение по отношение на дизайна на честотомера. Устройствата могат да бъдат панелни, преносими или стационарни конструкции.

Честотометрите са предназначени за електрически и радиоизмервателни работи, така че те могат да се считат за електрически честотомери и радиочестотни измерватели. Електрическите честотомери включват аналогови циферблатни честотомери на различни системни решения, вибрационни, кондензаторни, електронни броещи честотомери; радиоизмервателни честотомери - резонансни, хетеродинни, кондензаторни, електронни броещи честотомери.

Аналоговите циферблатни честотомери се делят според вграденото в тях измервателно устройство: електродинамични, електромагнитни, магнитоелектрични.

Честотомерите от този тип са разработени въз основа на използването на честотно зависима верига, характеризираща се с взаимодействието на импедансния модул по отношение на честотата. Аналоговият уред има измервателен механизъм, който е основно съотношение. Коефициентът е устройство с две рамена; сигналът, който трябва да се определи, се приема на едното рамо, преминавайки през честотно-независима верига; сигналът се приема на второто рамо чрез честотно-зависима верига. Логометърът е оборудван и с ротор със стрелка, който в резултат на взаимодействието на магнитните потоци е фиксиран в позиция, показана от съотношението на токовете в намотките.

Вибрационните (или тръстикови) честотомери се отнасят до устройства с мобилен компонент, представен под формата на набор от еластични части, като тръстика или плочи. Движещите се части са включени в резонансни колебания в резултат на излагане на променливо магнитно или електрическо поле.

Хетеродинните честотомери са разработени на принципа на изследване на сравнението между честотите на входния сигнал и честотата на регулируем осцилатор - локален осцилатор, използвайки метода на нулево биене.
Работното състояние е идентично с това на резонансния честотомер, описан по-долу.

Измервателите на резонансна честота се създават чрез отчитане на сравнителните характеристики на честотата на входния сигнал и естествената резонансна честота на регулируемия резонатор, който може да бъде осцилаторна верига, секция на вълновод като обемен резонатор или четвърт вълнова секция на линия.

Веригата на действие е следната: контролираният сигнал, преминаващ през входните вериги, се изпраща към резонатора, след като пристигне в резонатора, сигналът, преминаващ през детектора, се изпраща към индикаторно устройство, например галванометър. Честотомерът може да бъде оборудван с усилватели, които повишават чувствителността на честотомера. Резонаторът се настройва с помощта на оператора спрямо максималната стойност на индикатора, а честотата се отчита спрямо регулатора.
Електронните честотомери са много широко използвани, тъй като имат широк диапазон от честоти, вариращи от части от херца до десетки мегахерца. За увеличаване на обхвата до стотици мегахерци и десетки гигахерци, честотомерът е оборудван със спомагателни устройства, които се характеризират като честотни делители и честотни носители. Електронните честотомери също се отличават със своята гъвкавост и доста висока точност. Честотните броячи от този тип могат да измерват периода на движение на импулсите, да проследяват интервалите на натоварване, които възникват между импулсите, и да изследват взаимодействието на две "честоти. Използването им като броячи на импулси е отбелязано. Електронните честотни броячи могат да работят чрез комбиниране на няколко измервания методи, например хетеродинни и електронни методи за броене, като същевременно значително разширява обхвата на измерване, създавайки определяне на носещата честота на импулсно модулирани сигнали.

Най-простият честотомер се прави с помощта на логически елементи на една микросхема, устройство от този тип се използва за измерване на честотата на променливо напрежение в диапазона от 20 Hz до 20 kHz. В това устройство ролята на входния елемент се играе от тригер на Шмит, който трансформира синусоидално променливо напрежение на входа в правоъгълни импулси с еднаква честота. За да работи тригерът, е необходима определена амплитуда на входния сигнал, която не трябва да надвишава прагова стойност. Скалата на честотомера е зададена като обща за всички диапазони на измерване и почти еднаква. Необходимо е да се зададе началната граница и крайната граница на скалата по отношение на всички диапазони, основно това е поддиапазонът 20-200 Hz, под който са ориентирани честотните граници на другите два поддиапазона. За поддиапазон 200-2000 Hz резултатът от измерването, получен с помощта на скалата, се увеличава 10 пъти, а за поддиапазон 20 kHz увеличението е 100 пъти.

За повишаване на чувствителността на честотомера се използва въвеждането на допълнителен усилвател на входния сигнал, който може да бъде полупроводников транзистор с ниска мощност или аналогова микросхема под формата на тристепенен усилвател за видео канали на телевизионни приемници, характеризиращи се от наличието на високо усилване. Честотата може да има синусоидални, квадратни, зъбни трептения, както и трептения от друг тип. Трептенията, преминаващи през първия кондензатор, се получават на входа на микросхемата, след това изходът се усилва от микросхемата през втория кондензатор и трептенията се изпращат на входа на тригера на Шмит. Друг кондензатор е включен за елиминиране на вътрешната отрицателна обратна връзка, което намалява характеристиките на усилване на чипа.

Честотомерът за измерване на SWR е предназначен за намиране на стойности на мощността, в случай на директно отразена вълна, той се показва от стрелкови устройства с осветена скала. Честотомер от този тип работи в режим на калибриране и режим на определяне в резултат на затихване на индикатора, измерване на колебателни сигнали. Устройството е комбинация от два честотомера; задният му панел е оборудван с две двойки конектори, като едната двойка е насочена към измерване на SWR и мощност в честотния диапазон 1,8-160 MHz, втората двойка е предназначена за диапазона 140-525 MHz.

Честотомер, базиран на звукова карта, е предназначен да измерва честотата на аудио сигнал, който се подава директно към линейния вход на звуковата карта.

Като мрежови контролери за захранване се използват вибрационни и аналогови честотомери. Хетеродинните честотомери се използват за създаване и наблюдение на настройки, работа, за управление на приемо-предавателни устройства и за измерване на носещата честота на модулирани сигнали. Електронните броещи честотомери се използват за поддръжка, настройка и диагностика на различни видове радиоелектронни устройства, също така се използват за наблюдение на работните състояния на радиосистеми и технологични процеси. Резонансните честотомери се използват за конфигуриране, поддръжка, както и за наблюдение на работата на приемо-предавателни устройства и определяне на носещата честота на модулирани сигнали.

T Tили честота fzap = 1/T.

Измереният сигнал (да приемем синусоидална форма, фиг. 4.3, А) се подава на входа Аи чрез регулируем атенюатор ATпристига на входа на формовчика F a. На изхода му се формира поредица от къси импулси с честота на повторение, равна на измерената честота fx.

Тази последователност от импулси постъпва на един от входовете на временния селектор ВС. Другият му вход през блока за автоматизация на BA получава поредица от правоъгълни управляващи импулси, чиято продължителност се определя от интервала от време на броене Tcount

Тези импулси се формират от напрежението на еталонния кварцов осцилатор CG чрез разделяне на неговата честота в честотния делител DF (фиг. 4.3, d). С коефициент на разделяне n, стойността на интервала на броене

Отброяванията, преминали през селектора за време N, се отчитат от брояча на импулси SCH. В блока на дисплея BIсе определя измерената честота

,

и получената стойност се показва на блока на дисплея.

15. Принципът на работа на електронен честотомер при измерване на период

Методът на дискретно броене се основава на определяне (броене) на броя цикли на периодичен сигнал по време на определен изброим интервал от време. Този метод също така позволява да се реши обратната задача, т.е. измерване на интервали от време чрез определяне на броя на специално генерираните импулси за броене в измерения интервал от време.

Да кажем, че има интервал от време T, поредица от кратки импулси с период на повторение Tили честота fzap = 1/T

Тези импулси се наричат ​​запълващи импулси, а честотата се нарича запълваща честота fzap. Броят на импулсите, попадащи във времевия интервал, е N.

Съответствието между тези параметри може да бъде написано като израз:

Сигнал от входа бчрез атенюатор А Тподавани към шейпъра Ф Б, където се формира последователност от импулси, където се формира последователност от импулси с период, равен на измерения период Tx, и на изхода на блока за автоматизация BA– продължителност на управляващия импулс Tx.В този случай ключът на входа BA е в положение TB.

Чрез умножаване или разделяне на честотата на еталонния кристален осцилатор КИЛОГРАМАвъв времевата база BVобразува се последователност от къси броещи импулси с период. Тези импулси се наричат ​​още времеви отпечатъцис период (честота).

N броещите импулси, които са преминали през селектора за време по време на периода на броене, се преизчисляват в стойността на измерения период и резултатът се показва в четящото устройство. Стойността на периода на броене на импулси (time stamps) може да бъде зададена чрез съответния дискретен ключ.

Ако превключвателят на входа на блока за автоматизация е поставен на позиция Т Б10, тогава в процеса на измерване на периода може да се извърши
осредняване на поредица от измерени стойности, което се постига чрез допълнително разделяне на честотата на измерения сигнал (или, съответно, умножаване на измерения период) на кведнъж. Тогава, с преброения брой импулси за броене N и периода t, стойността на измерения период ще бъде.

16. Общи сведения за приборите за изследване на формата и спектъра на нелинейните изкривявания на сигнала

Осцилоскоп -Това е електронно устройство, което има канал y - вертикално отклонение, канал x - (времева ос) хоризонтално отклонение и спомагателен канал z - канал за осветяване на лъча.

Спектрален анализатор (AS)е чувствително селективно устройство, предназначено да определя честотните компоненти на сигнал, т.е. амплитуден спектър.

Измервател на модулация- измервателно устройство, предназначено да определя характеристиките на модулиран радиосигнал - коефициент на амплитудна модулация и (или) отклонение на честотата.

17. Блокова схема на универсален осцилоскоп

Електроннолъчева тръба(CRT) определя принципа на работа на устройството, като параметрите и възможностите за приложение до голяма степен зависят от неговите характеристики осцилоскопв общи линии. Осцилоскопите използват предимно CRT с електростатично управление на лъча.

Принципът на показване на формата на вълната на напрежението на екрана тръба на осцилоскопНай-общо може да се представи по следния начин.

Тестваното напрежение е функция на времето, показана в правоъгълни координати чрез графика u = f (T ). Две двойки CRT пластини отклоняват електронния лъч в две взаимно перпендикулярни посоки, които могат да се разглеждат като координатни оси. Следователно, за да наблюдавате изследваното напрежение на екрана на CRT, е необходимо лъчът да бъде отклонен хоризонтална оспропорционално на времето и според вертикална ос- пропорционално на изследваното напрежение (във всеки момент от времето).

За тази цел към хоризонталните отклоняващи плочи се прилага трионно напрежение, което кара лъча да се движи хоризонтално с постоянна скорост отляво надясно и бързо да се върне обратно. Разстоянието, изминато от лъча по хоризонталната ос, е пропорционално на времето.

Изследваното напрежение се прилага към вертикалните отклоняващи пластини и следователно позицията на лъча във всеки момент от времето уникално съответства на стойността на изследвания сигнал в този момент. По време на действието на трионообразното напрежение лъчът рисува крива на изследвания сигнал. Изображението, наблюдавано на екрана, се нарича осцилограма .

Вертикален канал Y, или сигнален канал, е предназначен да предава напрежението на източника на изследвания сигнал към входа на вертикалните отклоняващи плочи на CRT.

Хоризонтален канал х, или канал за почистване, служи за създаване и предаване на напрежение, което причинява хоризонтално движение на лъча, предимно пропорционално на времето.

Канал за управление на яркостта Зпредназначени за предаване от вх Зкъм управляващия електрод на CRT сигнали, които модулират яркостта на сиянието.

18. Предназначение на канал Y на универсален осцилоскоп, основни параметри на канала

Входно устройство (Атенюатор)– мащабира сигнала до нивото, посочено в техническата спецификация, като операторът сам извършва мащабирането.

Предварителен усилвател (емитер последовател):

1. Усилва сигнала

2. Когато сигналът пристигне, той генерира импулс за синхронизация

3. Съгласува изхода R с входа с нисък импеданс на линията за забавяне

Линия на забавянезабавя сигнала до 140 μs, което гарантира приемането на неизкривен сигнал на екрана.

Усилвател на вертикално отклонение (VDA)който усилва сигнала до зададена стойност.

Канал Y се използва за разширяване на амплитудата на изследвания сигнал(предназначен да предава напрежението на източника на изследвания сигнал към входа на вертикално отклоняващите се плочи на CRT.)

Класификация

• Според метода на измерване - устройства за директна оценка (например аналогови) и устройства за сравнение (например резонансни, хетеродинни, електронни броители).
• Според физичния смисъл на измерваната величина - за измерване на честотата на синусоидалните трептения (аналогови), измерване на честотите на хармоничните компоненти (хетеродинни, резонансни, вибрационни) и измерване на честотата на дискретни събития (електронно броене, кондензатор).
• По дизайн (дизайн) - панел, преносим и стационарен.
• Според областта на приложение честотометрите се включват в два големи класа измервателни уреди - електроизмервателни уреди и радиоизмервателни уреди. Трябва да се отбележи, че границата между тези групи устройства е много прозрачна.
  • Групата електрически измервателни уреди включва аналогови циферблатни честотомери на различни системи, вибрационни измерватели, както и частично кондензаторни и електронни броещи честотомери.
  • Групата радиоизмервателни уреди включва резонансни, хетеродинни, кондензаторни и електронни честотомери.

Електронни честотомери

• Принципът на работа на електронните честотомери (ECF) се основава на отчитане на броя на импулсите, генерирани от входните вериги от периодичен сигнал с произволна форма за определен интервал от време. Времевият интервал на измерване също се задава чрез преброяване на импулси, взети от вътрешния кварцов осцилатор на ESC или от външен източник (например честотен стандарт). По този начин ESC е устройство за сравнение, чиято точност на измерване зависи от точността на референтната честота.
• ESC е най-разпространеният тип честотомер поради своята гъвкавост, широк честотен диапазон (от части от херца до десетки мегахерца) и висока точност. За увеличаване на обхвата до стотици мегахерци - десетки гигахерци се използват допълнителни блокове - честотни делители и честотни носители.
• В допълнение към честотата, повечето ESC ви позволяват да измервате периода на повторение на импулса, времевите интервали между импулсите, съотношението на две честоти и могат да се използват и като броячи на импулси.
• Някои ESC (например Ch3-64) комбинират електронно броене и хетеродинни методи за измерване. Това не само увеличава обхвата на измерване, но също така прави възможно определянето на носещата честота на импулсно модулираните сигнали, което не е възможно с прост метод на броене.
• ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ:поддръжка, настройка и диагностика на радиоелектронно оборудване с различно предназначение, наблюдение на работата на радиосистеми и технологични процеси
• ПРИМЕРИ: Ch3-33, Ch3-54, Ch3-57, F5137, Ch3-84

Резонансни честотомери

Принципът на работа на резонансните честотомери се основава на сравняване на честотата на входния сигнал с естествената резонансна честота на регулируемия резонатор. Като резонатор може да се използва осцилаторна верига, участък от вълновод (резонатор с кухина) или четвърт вълнов участък от линия. Контролираният сигнал се подава към резонатора през входните вериги; от резонатора сигналът се подава през детектора към индикаторното устройство (галванометър). За увеличаване на чувствителността някои честотни броячи използват усилватели. Операторът настройва резонатора според максималното показание на индикатора и брои честотата с помощта на диска за настройка.

• ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ:конфигуриране, поддръжка, контрол на работата на приемо-предавателни устройства, измерване на носещата честота на модулирани сигнали
• ПРИМЕРИ: Ch2-33, Ch2-34, Ch2-45, Ch2-55

Хетеродинни честотомери

Принципът на работа на хетеродинните честотомери се основава на сравняване на честотата на входния сигнал с честотата на регулируем спомагателен осцилатор (хетеродин) с помощта на т.нар. метод на нулево биене, оперативната процедура е подобна на работата с резонансни честотомери.

• ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ:подобни на резонансните честотомери
• ПРИМЕРИ: Ch4-1, Ch4-22, Ch4-23, Ch4-24, Ch4-25

Честотомери на кондензатори

Електронните кондензаторни честотомери се използват за измерване на честоти в диапазона от 10Hz до 1MHz. Принципът на такива честотни измерватели се основава на редуващо се зареждане на кондензатори от батерия с последващо разреждане чрез магнитоелектричен механизъм. Този процес се извършва с честота, равна на измерената честота, тъй като превключването се извършва под въздействието на самото тествано напрежение. По време на един цикъл през магнитоелектрическия механизъм ще тече заряд Q =CU, следователно средният ток, протичащ през индикатора, ще бъде равен на I_avg=Qf_x=CUf_x. Така показанията на магнитоелектричния амперметър се оказват пропорционални на измерената честота. Основната намалена грешка на такива честотомери е в рамките на 2-3%.

• ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ:настройка и поддръжка на нискочестотно оборудване
• ПРИМЕРИ: F5043

Вибрационни (тръстикови) честотомери

Това е устройство с движеща се част под формата на набор от еластични елементи (плочи, тръстики), които предизвикват резонансни вибрации, когато са изложени на променливо магнитно или електрическо поле.

• ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ:мониторинг на захранването
• ПРИМЕРИ: B80, B87

Аналогови циферблатни честотомери

Аналоговите честотомери според използвания измервателен механизъм биват електромагнитни, електродинамични и магнитоелектрични системи. Тяхната работа се основава на използването на честотно зависима верига, чийто импедансен модул зависи от честотата. Измервателният механизъм, като правило, е коефициент, към едното рамо на който измерваният сигнал се подава чрез честотно-независима верига, а към другото чрез честотно-зависима верига; роторът на коефициента със стрелката, като резултат от взаимодействието на магнитните потоци, се настройва на позиция, зависеща от съотношението на токовете в намотките. Има аналогови честотомери, които работят на различни принципи.

• ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ:мониторинг на захранването
• ПРИМЕРИ: D416, E353, Ts1736, M800, S 300 M1-1

Имена и наименования

• Остарели имена
  • Вълномер- за резонансни и хетеродинни честотомери
  • Херцметър- за панелни аналогови и рид честотомери
• За обозначаване на типове електрически (нискочестотни) честотни измерватели традиционно се използва индустриална система за обозначаване, в която устройствата се маркират в зависимост от системата (основен принцип на работа)
  • IN xx - измерватели на честотата на вибрациите
  • д xx - устройства на електродинамичната система
  • д xx - устройства на електромагнитната система
  • М xx - устройства на магнитоелектрическата система
  • ° С xx - устройства на токоизправителната система
  • Ехх, SCH xx - устройства на електронната система
  • н xx - записващи устройства
• Броячите на радиочестоти са маркирани съгласно GOST 15094
  • Ch2- xx - резонансни честотомери
  • Ch3-хх, RF3- xx - Електронни честотомери
  • Ch4- xx - хетеродинни, кондензаторни и мостови честотомери

Основни стандартизирани характеристики на честотомери

• Измерен честотен диапазон
• Допустима грешка при измерване (за електрически измервания - клас на точност)
• За ESC - честотна нестабилност на кварцовия осцилатор

Литература

• Наръчник на електрически измервателни уреди; Изд. К. К. Илюнина - Л.: Енергоатомиздат,
• Наръчник на радиоизмервателни уреди: В 3 тома; Изд. В. С. Насонова - М.: Сов. радио,

Нормативна и техническа документация

• GOST 8.567-99 GSI. Измервания на време и честота. Термини и дефиниции
• GOST 7590-93 Аналогови показващи електрически измервателни уреди с директно действие и спомагателни части за тях. Част 4. Специални изисквания към честотомерите
• GOST 7590-78 Аналогови показващи електрически измервателни уреди за измерване на честота. Общи технически условия
• GOST 22335-85 Електронни честотомери. Технически изисквания, методи за изпитване
• ГОСТ 22261-94 Уреди за измерване на електрически и магнитни величини. Общи технически условия
• ГОСТ 8.422-81 GSI. Честотомери. Методи и средства за проверка
• ГОСТ 12692-67 Резонансни честотомери. Методи и средства за проверка
• OST 11-272.000-80 Измерватели на резонансна честота. Основни настройки
• MI 1835-88 Електронни честотомери. Метод за проверка

Най-важната характеристика на периодичните процеси е честотата, която се определя от броя на пълните цикли (периоди) на трептения за единица интервал от време. Нужда от измерване на честотатавъзниква в много области на науката и технологиите и особено често в радиоелектрониката, която обхваща огромна област от електрически трептения от инфра-ниски до ултра-високи честоти включително.

За измерване на честотата на захранването на електрически радиоустройства се използват електромагнитни, електро- и феродинамични честотомери с директна оценка по скалата на съотношителен метър, както и камертонни честотомери. Тези инструменти имат тесни граници на измерване, обикновено в рамките на +-10% от една от номиналните честоти от 25, 50, 60, 100, 150, 200, 300, 400, 430, 500, 800, 1000, 1500 и 2400 Hz, и работят при номинално напрежение 36, 110, 115, 127, 220 или 380 V.

Много ниските честоти (по-малко от 5 Hz) могат да бъдат приблизително определени чрез преброяване на пълните периоди на трептене за фиксиран период от време, например с помощта на магнитоелектрическо устройство, свързано към изследваната верига и хронометър; желаната честота е равна на средния брой периоди на трептене на стрелката на инструмента за 1 s. Ниските честоти могат да бъдат измерени чрез метода на волтметъра, метода на моста, а също и чрез сравнение с референтна честота с помощта на акустични удари или осцилоскоп с електронен лъч. Честотомерите, базирани на методите за зареждане-разреждане и дискретно броене, работят в широк диапазон от ниски и високи честоти. За измерване на високи и свръхвисоки честоти (от 50 kHz и повече) се използват честотомери, базирани на резонансни и хетеродинни методи. При микровълнови честоти (от 100 MHz и повече) широко се използва методът за директно оценяване на дължината на вълната на електромагнитните трептения с помощта на измервателни линии.

Ако изследваните трептения имат форма, различна от синусоидална, тогава по правило се измерва честотата на основния хармоник на тези трептения. Ако е необходимо да се анализира честотният състав на сложна вибрация, тогава се използват специални устройства - анализатори на честотния спектър.

Съвременната измервателна техника дава възможност за измерване на високи честоти с относителна грешка до 10 -11; това означава, че честота от приблизително 10 MHz може да се определи с грешка не повече от 0,0001 Hz. Като източници на високо стабилни референтни честоти се използват кварцови, молекулярни и атомни осцилатори, а в нискочестотния диапазон се използват камертонни осцилатори. Методите за стабилизиране на честотата, използвани в радиоразпръсквателните станции, позволяват поддържането на честотата с относителна грешка не повече от 10 -6, така че техните носещи честоти могат успешно да се използват като референтни честоти при честотни измервания. В допълнение, чрез радиостанциите на Държавната служба за време и честота на СССР, трептенията на редица стандартни честоти (100 и 200 kHz, 2,5; 5; 10 и 15 MHz), които представляват немодулирана носеща, периодично прекъсвана от доставката на позивни и сигнали за точно време се предават редовно.

В много случаи на радиотехническата практика при измерване на ниски честоти може да се допусне грешка до 5-10%, а при измерване на високи честоти - до 0,1-1%, което опростява изискванията към схемата и дизайна на използвани честотомери.

Измерване на честота с волтметър

Най-простият е индиректен метод за измерване на честотата, основан на зависимостта на съпротивлението на реактивните елементи от честотата на тока, протичащ през тях. Възможна схема за измерване е показана на фиг. 1.

Ориз. 1. Верига за измерване на честотата с помощта на волтметър

Към източника на честотни трептения F x е свързана верига от нереактивен резистор R и кондензатор C с ниски загуби, чиито параметри са точно известни. AC волтметър с високо съпротивление V с граница на измерване, близка до стойността на входното напрежение, последователно измерва напреженията U R и U C на елементите на веригата. Тъй като U*R = I*R и U C = I/(2πF x C) (където I е токът във веригата), тогава съотношението U R /U C = 2πF x RC, което следва:

F x = 1/(2πRC) * U R /R C

Входното съпротивление V на волтметъра трябва да бъде поне 10 пъти по-голямо от съпротивлението на всеки елемент във веригата. Влиянието на волтметър обаче може да бъде елиминирано, ако се използва само като индикатор за равенството на напреженията U R и U C , постигнато например чрез плавна промяна на съпротивлението R. В този случай измерената честота се определя от проста формула:

F x = 1/(2πRC) ≈ 0,16/(RC),

и с постоянен капацитет на кондензатора C, променливият резистор R може да бъде оборудван със скала с отчет в стойностите на F x.

Нека оценим възможния ред на измерените честоти. Ако резисторът R има максимално съпротивление R M = 100 kOhm, тогава при C = 0,01 μF, 1000 и 100 pF, горната граница на измерване ще бъде съответно 160, 1600 и 16000 Hz. При избор на R M = 10 kOhm и същите стойности на капацитет, тези граници ще бъдат равни на 1600 Hz, 16 и 160 kHz. Ефективността на метода зависи от точността на подбора на деноминациите и качеството на елементите на RC веригата.

Капацитивни честотомери

За практически цели най-удобни са честотомерите с директна индикация, които позволяват непрекъснато наблюдение на честотата на изследваните вибрации по скалата на циферблата. Те включват на първо място капацитивни честотни измерватели, чиято работа се основава на измерване на средната стойност на тока на зареждане или разреждане на референтен кондензатор, периодично презареждан от напрежението на измерената честота f x. Тези инструменти се използват за измерване на честоти от 5-10 Hz до 200-500 kHz. С приемлива грешка на измерване от приблизително 3-5%, те могат да се извършват с помощта на прости схеми, една от опциите на които е показана на фиг. 2. Тук транзисторът Т1, работещ в режим на превключване, се управлява от честотно напрежение f x, което се подава към неговата база от входния потенциометър R1. При липса на входен сигнал транзисторът T1 е отворен, тъй като неговата основа е свързана чрез резистори R3 и R2 към отрицателния полюс на източника на захранване. В този случай се създава спад на напрежението U през резистора R5 на делителя R5, R2; последното, поради наличието на кондензатор с голям капацитет C2, е фиксирано като захранващо напрежение на транзисторната каскада и при бързи периодични промени в режима на транзистора почти не се променя. При инсталиране на превключвателя INв позиция "U-", измервателният уред And, свързан последователно с допълнителния резистор R6, образува волтметър, който измерва постоянното напрежение U на кондензатор C2, което се поддържа на определено ниво, например 15 V, с помощта на резистор за подстригване R2 , Вместо обсъжданата стандартна схема може успешно да се използва параметрична стабилизация на напрежението на ценеровия диод, която не изисква системно наблюдение.

Ориз. 2. Схема на капацитивен честотомер

По време на положителния полупериод на входното напрежение с честота f x транзисторът Т1 се затваря и напрежението на колектора му рязко нараства до стойността U; в този случай един от кондензаторите C бързо се зарежда до напрежение, близко до U, чийто заряден ток протича през измервателния уред Ии диод D2. По време на отрицателния полупериод транзисторът Т1 се отваря, съпротивлението му става много ниско, което води до бързо и почти пълно разреждане на кондензатор С с ток, протичащ през диод D1. По време на един период от измерената честота количеството електричество, предадено на кондензатора по време на зареждане и освободено от него по време на разреждане, е q ≈ CU. Тъй като процесът на зареждане-разреждане се повтаря с честота f x, тогава средната стойност аззаряден ток, записан от измервателния уред И, се оказва пропорционална на тази честота:

I = q*f x ≈ C*U*f x .

Това позволява измервателният уред да бъде оборудван с линейна скала, калибрирана директно в стойностите на измерените честоти.

Ако общият ток на отклонение на измервателния уред I и постоянното напрежение U са известни, тогава за дадена гранична стойност на измерените честоти f p кондензаторът трябва да има капацитет

C = I и /(U*f n).

Например със стойностите на елементите на веригата, показани на фиг. 2, Честотомерът може да се настрои да работи при горни граници на измерване от 100 Hz, 1, 10 и 100 kHz.

В тази схема превключвателят на транзистора T1 едновременно изпълнява функциите на усилвател-ограничител, поради което показанията на честотния уред зависят малко от формата на входното напрежение. Всяко периодично входно напрежение с амплитуда приблизително 0,5 V и повече се трансформира в импулсно напрежение с почти правоъгълна форма с постоянна амплитуда U f, което захранва измервателната (отчитащата) верига на честотомера. Кондензатор C3, шунтов метър, изглажда вълните на иглата на последния при измерване на най-ниските честоти от общия диапазон.

Тримерният резистор R7, свързан паралелно на измервателния уред, служи за коригиране на скалата на честотния уред по време на неговата работа. В този случай на входа на честотомера се подава напрежение с еталонна честота от измервателен генератор или мрежа за променлив ток (50 Hz) и чрез регулиране на съпротивлението R7 стрелката на измервателния уред се отклонява към съответното деление на честотната скала. Тази настройка се повтаря няколко пъти, като се редува с горепосочената настройка на захранващото напрежение U, извършена с помощта на резистор R2.

Входно напрежение по-малко от 0,3-0,5 V може да не е достатъчно, за да изключи транзистора T1 за по-голямата част от положителния полупериод; тогава кондензаторът C няма да има време да се зареди до напрежение U и показанията на честотния уред ще бъдат подценени. За да се увеличи чувствителността на входното напрежение до 20-50 mV, електронният превключвател понякога се предшества от етап на усилване, изпълнен по схема с общ емитер.

Ако входното напрежение е прекомерно, входният транзистор може да се повреди; това води до необходимостта от включване на ограничителни или регулиращи елементи на входа, например потенциометър R1 във веригата на фиг. 2. Входното напрежение трябва да се увеличава постепенно, като се следят показанията на честотомера и когато последните след известен интервал на нарастване се стабилизират, може да се оцени честотата f x. Полезно е да се следи входното напрежение, за да се настрои на оптималното ниво за даден честотомер, например 1,5 V. В тази схема това се случва в позиция „U~“ на превключвател B, когато измервателният уред с диодите D1, D2 и резисторът R4 образуват променлив ток на волтметър с граница на измерване от приблизително 3 V, контролирайки напрежението, взето от потенциометър R1.

Честотомерите, направени по схеми, подобни на описаните по-горе, дават доста точни показания само при входни напрежения, близки по форма до напреженията (обикновено синусоидални), използвани по време на отстраняване на грешки и калибриране на устройството. Универсалните капацитивни честотомери ви позволяват да измервате честоти както на непрекъснати, така и на импулсни напрежения с всякаква форма и полярност в широк диапазон от честоти и входни напрежения 1. В най-общия случай тяхната функционална верига съдържа следните компоненти, свързани последователно: входен делител - съгласувателно стъпало - усилвател - тригер на Шмит - диференцираща верига с филтърен диод - стендбай мултивибратор - броителна схема. Входен делител с висок импеданс, обикновено стъпаловиден, увеличава максимално допустимите входни напрежения до стотици волта. Емитер или последовател на източник осигурява висок входен импеданс на устройството, отслабвайки влиянието му върху изпитваните вериги. Усилвателят намалява максимално допустимото входно напрежение до десетки миливолта. Усилените от него честотни трептения f x периодично задействат тригер на Шмит, който генерира правоъгълни импулси с честота на повторение f x .

Ориз. 3. Схема на универсален капацитивен честотомер

Тъй като продължителността на тези импулси зависи от честотата и амплитудата на входния сигнал, те не са подходящи за точни измервания на честотата. Следователно, с помощта на диференцираща RC верига, всеки правоъгълен тригерен импулс се преобразува в двойка заострени импулси с различна полярност. Един от тези импулси, възникващ на падащия фронт на правоъгълния импулс, се филтрира от диод, а вторият, съответстващ на нарастващия фронт на правоъгълния импулс на тригера, се използва за задействане на режима на готовност мултивибратор. Последният произвежда правоъгълни импулси със строго определена продължителност и амплитуда, чиято честота на повторение очевидно е равна на f x. В резултат на това схема за отчитане с превключваеми кондензатори с различни номинални стойности, токоизправителни елементи и циферблатен измервателен уред осигурява измерване на честотата f x с пълна независимост на показанията от амплитудата и формата на входното напрежение. За да се намали грешката на измерване (не повече от 1% в най-добрите образци), оптималната продължителност на импулсите на мултивибратора се задава на всяка честотна граница, приблизително равна на половината от периода на най-високата честота на тази граница на измерване. Ако универсалният честотомер се захранва от мрежа с променлив ток, тогава трябва да се извърши параметрична стабилизация на изправеното напрежение и мрежовата честота от 50 Hz или нейната двойна стойност от 100 Hz (честота на пулсация) се използва като еталон за мащаба корекция.

В конкретни устройства разглежданата функционална схема се изпълнява в различни версии. На фиг. Фигура 3 показва диаграма на сравнително прост универсален честотомер с горни граници на измерване от 200, 2000 и 20 000 Hz, в който може да се използва измервателният уред Ис общ ток на отклонение 1-3 mA. Устройството съдържа делител на входна стъпка R1-R3, усилвател на транзистор T1, тригер на Шмит на транзистори T2 и T3, диференцираща верига C3, R13 с диод D2, който пропуска само импулси с положителна полярност, и резервен мултивибратор на транзистори Т4, Т5. Особеност на честотомера е липсата на специални токоизправителни елементи. И метърът е включен в едно от рамената на мултивибратора, което се отваря за фиксиран интервал от време чрез диференцирани тригерни импулси и регистрира средната стойност на колекторния ток, пропорционална на честотата f x. Горните граници на измерванията f p се определят от продължителността на импулсите на мултивибратора, които се задават чрез избиране на стойностите на кондензаторите C4-C6 с помощта на подстригващи резистори R18-R20. Тъй като в тази схема всички вериги за преброяване на RC са свързани помежду си, те трябва да се регулират в следния ред: C4-R18, C5-R19 и C6-R20, последвано от повторно регулиране на всички граници с резистори R18-R20.

Грешката на измерване на честотомера се определя главно от точността на настройка и стабилността на резервния мултивибратор, поради което захранващото напрежение на последния се стабилизира от резистор R12 и ценеров диод D1. С помощта на подстригващ резистор R4 оптималното отклонение се избира въз основа на транзистора T1 (4-5 V). Ако има ограничение за измерване на висока честота (например до 200 kHz), за да се увеличи скоростта на спусъка и мултивибратора, е полезно да се свържат малки кондензатори (десетки пикофаради) паралелно с резистори R10 и R15.

Тъй като усилвателят на транзистора T1 работи в режим на ограничаване на амплитудата, при входни напрежения до 10-20 V можете да правите без делител на входното напрежение; В този случай на входа трябва да се включи ограничителен резистор.

Електронни броещи (цифрови) честотомери

Електронните честотомери са универсални устройства по своите възможности. Основната им цел е да измерват честотата на непрекъснати и импулсни трептения, извършвани в широк честотен диапазон (от приблизително 10 Hz до 100 MHz) с грешка на измерване не повече от 0,0005%. Освен това те дават възможност за измерване на периоди на нискочестотни трептения, продължителност на импулса, съотношение на две честоти (периоди) и др.

Работата на електронните броещи честотомери се основава на дискретно отчитане на броя на импулсите, пристигащи за калибриран интервал от време, към електронен брояч с цифров дисплей. На фиг. Фигура 4 показва опростена функционална схема на устройството. Напрежението на измерената честота f x в устройството за формиране на усилвател се преобразува в последователност от еднополярни импулси, повтарящи се със същата честота f x . За тази цел често се използва система от ограничителен усилвател и тригер на Шмит, допълнена на изхода с диференцираща верига и диоден ограничител (виж и фиг. 3). Времеви селектор (електронен ключ с два входа) предава тези импулси на електронния брояч само през строго фиксиран интервал от време Δt, определен от продължителността на правоъгълния импулс, действащ на втория му вход. При регистриране на m импулса с брояч измерената честота се определя по формулата

Например, ако 5765 импулса са записани за време Δt = 0,01 s, тогава f x = 576,5 kHz.

Грешката при измерване на честотата се определя главно от грешката на калибриране на избрания интервал от време на броене. Главният компонент в системата за формиране на този интервал е високостабилен кварцов осцилатор, да речем, с честота 100 kHz. Трептенията, които създава с помощта на група последователно свързани честотни делители се преобразуват в трептения с честоти (f 0) 10 и 1 kHz, 100, 10, 1 и 0,1 Hz. които съответстват на периоди (T 0) 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1; 1 и 10 s (последните една или две от посочените стойности на f 0 и T 0 липсват за някои честотомери).

Трептенията на избраната (чрез превключвател B2) честота f 0 (числовата стойност на последната е множител на брояча) се преобразуват в правоъгълни трептения с честота на повторение f 0 с помощта на тригер на Шмит. Под тяхното действие в управляващото устройство се формира интервален импулс с продължителност Δt = T 0 = 1/f 0 със строго правоъгълна форма. Този импулс предизвиква нулиране на предишните показания на брояча и след това (със закъснение от няколко микросекунди) пристига до селектора и го отваря за време Δt, за да премине импулси с честота на повторение f x. След затваряне на селектора, броят на преминалите през него импулси m се записва от индикатора на брояча, а измерената честота се определя по формулата f x = m*f 0 .

Ориз. 4. Опростена функционална схема на електронен броещ (цифров) честотомер

Веригата за управление на селектора може да се стартира ръчно (чрез натискане на бутона "Старт"); в този случай управляващото устройство изпраща единичен импулс с продължителност Δt към селектора и броячът извежда еднократен резултат от измерването с неограничено време на индикация. В режим на автоматично измерване на честотата импулсите на релето за време периодично се повтарят и резултатите от измерването се актуализират на избрани интервали от време.

Честотомерът може да служи като източник на трептения на редица референтни честоти f 0, получени с помощта на кварцов осцилатор, умножител и честотни делители и взети от специален изход. Същите трептения, подадени на входа на честотомера, могат да служат за проверка на коректността на показанията на измервателния уред.

Броячът на честотния уред е сглобен от 4-7 преизчислителни десетилетия на тригерни вериги и цифрови индикаторни лампи. Броят на десетилетията определя максималния брой значещи цифри (цифри) в резултатите от измерването. Възможната грешка при броенето, наречена грешка на дискретността, е една единица в най-малката цифра. Следователно е желателно да се избере времеви интервал за броене Δt, който използва максималния брой цифри на брояча. И така, в примера, обсъден по-горе, с Δt = 0,01 s (f 0 = 100 Hz), четири цифри на брояча и резултатът от измерването f x = 576,5 kHz + -100 Hz бяха достатъчни за броенето. Да приемем, че измерванията се повтарят при Δt = 0,1 s (f 0 = 10 Hz) и се получава брой от m = 57653 импулса. Тогава f x = 576,53 kHz +-10 Hz. Още по-малка грешка на дискретност (+-1 Hz) ще бъде получена при Δt = 1 s (в този случай броячът трябва да има най-малко шест декади).

При разширяване на обхвата на измерване на честотомер към високи честоти, ограничаващият фактор е скоростта на десетилетията на преизчисляване. При внедряване на тригерни вериги на високочестотни силициеви транзистори (например тип KT316A), които имат време за резорбция на заряда в основата от приблизително 10 ns, горната граница на измерима честота може да достигне десетки мегахерца. В някои инструменти, когато се измерват високи честоти, надвишаващи например 10 MHz, те първо се преобразуват в честота, по-малка от 10 MHz (например честота от 86,347 MHz до честота от 6,347 MHz), като се използва хетеродинният метод (вж. ).

Факторът, ограничаващ долната граница на измерената честота, е времето за измерване. Ако, например, зададем най-големия времеви интервал за броене за много честотомери на Δt = 1 s, тогава, когато броячът регистрира 10 импулса, резултатът от измерването ще бъде честотата f x = 10 = +-1 Hz, т.е. Грешката на измерване може да достигне 10%. За да се намали грешката, да речем, до 0,01%, ще е необходимо да се преброят импулсите за период от време Δt = 1000 s. Дори повече време е необходимо за точно измерване на честоти, равни на 1 Hz или по-малко. Следователно в електронните честотомери измерването на много ниските честоти f x се заменя с измерването на техния период на трептене T x = 1/f x. Веригата за измерване на периода на трептене се формира, когато превключвателят е инсталиран В 1на позиция “Tx” (фиг. 4). Изследваното напрежение, след преобразуване в тригера на Шмит, действа върху управляващото устройство, в което се формира правоъгълен импулс с продължителност T x, поддържащ времевия селектор в отворено състояние; през това време броячът регистрира импулси, генерирани от трептения на една от референтните честоти f o, определени от настройката на превключвателя НА 2. За броя m маркирани импулси, измереният период

Например при m = 15625 и f 0 = 1000 Hz, периодът T x = 15,625 s, което съответства на честотата f x = 1/T x = 0,054 Hz. За да се намали тяхната грешка, е препоръчително да се правят измервания при възможно най-високата честота f o (разбира се, като се изключи претоварването на измервателния уред). Ако периодът T x< 1 с (f x >1 Hz), тогава може да е рационално да се използват честотни колебания f 0, равни на 1 или 10 MHz, получени след честотни умножители. В този случай долната граница на измерените честоти може да бъде разширена до 0,01 Hz.

Измерването на съотношението на две честоти f 1 / f 2 (f 1 > f 2) съответства на настройката на превключвателите B2 в положение „Изключено“ и B1 в положение „f x“. На клемите "f o" се прилага напрежение с по-ниска честота f 2 и неговият период определя интервала от време на броене Δt. Честотното напрежение f 1, подадено на входа, се преобразува в импулси, чийто брой (m) се записва от брояча през времето Δt = 1/f 2. Желаното съотношение на честотите f 1 / f 2 = m (с грешка до единица). Очевидно този метод има смисъл да се намери съотношението само на значително различни честоти.

Недостатъците на електронните честотни броячи включват сложността на техните схеми, значителните размери и тегло и високата цена.

Осцилографски методи за измерване на честотата

Измерената честота може да се определи чрез сравняването й с известна референтна честота f o . Това сравнение най-често се прави с помощта на катодно-лъчев осцилоскоп или методи на биене.

Осцилоскопите с катодни лъчи се използват за измерване на честотите на трептене на предимно синусоидални вълнови форми в честотен диапазон от приблизително 10 Hz до стойност, определена от горната граница на честотната лента на канала за отклонение; грешката на измерване е практически равна на грешката на калибриране на източника на трептене (генератора) на еталонната честота f 0 . Най-често измерванията се извършват с изключено сканиране на осцилоскопа, като се използва схемата на свързване, показана на фиг. 5. Напреженията на измерените и известни честоти се прилагат директно или чрез усилватели към различни двойки отклоняващи пластини на CRT (в зависимост от това на кой вход на осцилоскопа влияят тези напрежения, ще обозначим техните честоти с f x и f y). Ако тези честоти са свързани една с друга като цели числа, например 1:1, 1:2, 2:3 и т.н., тогава движението на електронния лъч става периодично и на екрана се наблюдава неподвижно изображение, наречено фигура на Лисажу . Формата на тази фигура зависи от съотношението на амплитудите, честотите и началните фази на сравняваните трептения.

Ориз. 5. Схема за измерване на честотата по метода на фигурата на Лисажу

На фиг. Фигура 6 показва образуването на фигура на Лисажу, когато отклоняващите пластини на тръбата са изложени на две синусоидални трептения с еднаква честота и еднакви амплитуди, но с различни начални фази. Тази фигура има вид на наклонена елипса, която с фазови измествания между трептенията от 0 до 180 ° се компресира в права наклонена линия, а с фазови измествания от 90 ° и 270 ° се превръща в кръг (ние условно приемете, че чувствителността към деформация на двете двойки плочи е еднаква). Ако амплитудите на напрежението на честотите f x и f y не са равни, тогава в последния случай на екрана вместо кръг ще се наблюдава елипса с оси, успоредни на равнините на отклоняващите пластини.

Ориз. 6. Изграждане на осцилограма със съотношението на сравняваните честоти f x /f y = 1

Ако съотношението на честотите f x / f y (или f y / f x) е равно на две, тогава фигурата на екрана приема формата на осмица, която с първоначални фазови измествания от 90 и 270 ° се свива в дъга. (Първоначалното фазово изместване винаги се оценява спрямо периода на напрежението с по-висока честота). От таблицата, показана на фиг. 7 е ясно, че колкото по-голям е броят на фракцията, характеризираща съотношението на сравняваните честоти, толкова по-сложна е фигурата на Лисажу, наблюдавана на екрана.

По време на измерването честотата на еталонния осцилатор f 0 (равна на f x или f y) се променя плавно, докато на екрана се появи една от фигурите на Лисажу с най-простата възможна форма. Тази фигура се пресича мислено от линии xx и y, успоредни на равнините на отклоняващите плочи X1, X2 и Y1, Y2, и се брои броят на пресичанията на всяка линия с фигурата. Съотношението на получените числа е точно равно на съотношението на честотите f x:f y, при условие че начертаните линии не минават през възловите точки на фигурата или допирателните към нея и формата на сравняваните трептения е близка до синусоидална .

Ориз. 7. Фигури, наблюдавани на екрана при различни честотни съотношения f x / f y

След като се определи съотношението f x:f y и се знае една от честотите, например f y, е лесно да се намери втората честота.

Да приемем, че при известна честота f y = 1000 Hz на екрана се получава фигурата, показана на фиг. 5. От конструкцията, показана на чертежа, става ясно, че тази цифра съответства на съотношението на честотите f x:f y = 3:4, от което f x = 750 Hz.

Поради известна нестабилност на сравняваните честоти, целочислената или дробно-рационалната връзка, установена между тях, постоянно се нарушава, което води до постепенно изменение на формата на наблюдаваната фигура, последователно преминавайки през всички възможни фазови състояния. Ако фиксираме времето Δt, през което фигурата претърпява пълен цикъл на фазови промени (от 0 до 360°), тогава можем да изчислим разликата между сравнените честоти |f x - f y | = 1/Δt, чийто знак може лесно да се определи експериментално чрез леко изменение на честотата f 0 . При високи честоти дори много малка нестабилност на една от честотите причинява толкова бързи промени във фигурата на Лисажу, че става невъзможно да се определи съотношението на честотите. Това ограничава горната граница на измеримите честоти до приблизително 10 MHz.

Ориз. 8. Схема за измерване на честотата по метода на кръгово сканиране с модулация на яркостта

Когато съотношението на целите числа на сравняваните честоти надвишава 8-10 или тяхното дробно съотношение с числа в знаменателя или числителя, по-големи от 4-5, поради усложняването на фигурата на Лисажу, възможността за грешка при установяване на истинското съотношение на честотите се увеличава . Точното определяне на относително големи съотношения на честотата на целите числа (до 30-50) може да се извърши с помощта на метода на кръгово сканиране с модулация на яркостта на изображението (фиг. 8). В този случай напрежение с по-ниска честота f 1, използвайки две идентични RC вериги за разделяне на фазите, се преобразува в две напрежения със същата честота, взаимно изместени във фаза с 90 °. Когато тези напрежения се прилагат съответно към Y и X входовете на осцилоскопа и съотношението на техните амплитуди се регулира от резистори R и контролите на усилването на Y и X каналите, светлинното петно ​​на екрана ще се движи по крива близо до кръг; последният се настройва ясно видим с помощта на контрола на яркостта. На входа на модулатора M (или канал Z) се прилага напрежение с по-висока честота f 2, което периодично увеличава и намалява интензитета на електронния лъч и следователно яркостта на отделните участъци от кривата на сканиране на екрана. . При целочислено съотношение на честотите f 2: f 1 = m, постигнато чрез промяна на една от тях, кривата на наблюдавания кръг става пунктирана, тя се състои от fнеподвижни светещи сегменти с еднаква дължина, разделени от тъмни интервали. При нарушаване на целочислената връзка се наблюдава въртене на пунктирания кръг, при висока скорост на което кръгът изглежда плътен.

Разглежданият метод може да се използва и за измерване на честотата на повторение f p на импулсни трептения. В този случай се извършва кръгово почистване, като се използва напрежението на еталонната честота f 0, а с контрол на яркостта се настройва видимо или невидимо в зависимост от полярността (съответно отрицателна или положителна) на импулсните трептения, подавани към модулатора. Последното ще създаде тъмни прекъсвания на сканиращата линия в първия случай и светещи точки във втория. Чрез плавна промяна на честотата fo (от нейната минимална възможна стойност) се постига една стационарна или бавно движеща се импулсна следа върху сканиращата линия, с f p = f 0.

Честотата fp на импулсните трептения може да бъде измерена с помощта на диаграмата на фиг. 5 при прилагане на синусоидално напрежение на еталонната честота f 0 към входа X и импулсно напрежение към входа Y на осцилоскопа. Честотата на сканиране f 0 = f x постепенно се увеличава, започвайки от най-ниската си стойност, докато на екрана се появи сравнително стабилно изображение на единичен импулс, което се случва, когато f p = f 0 . Тази техника на измерване елиминира възможността за грешка, тъй като единичен импулс ще се наблюдава на екрана за други, по-големи от единица, целочислени честотни съотношения f 0:f n.

Измерване на честотата с помощта на бийт методи

Източникът на трептения на еталонните честоти обикновено е измервателен генератор с плавна или безстепенна настройка, чиято честота f 0 може да бъде зададена равна на измерената честота f x . Ако честотите f 0 и f x са звукови, тогава тяхното равенство може да се прецени приблизително, като се слушат последователно тоновете на вибрациите, които създават с помощта на телефони или високоговорител.

Грешката на измерване се намалява почти до грешката на калибриране на измервателния генератор, ако електрическите трептения на двете сравнявани честоти се прилагат едновременно към телефоните в съответствие с диаграмата на фиг. 9, а. Ако честотите f 0 и f x са близки една до друга, тогава при добавяне на съответните трептения възникват акустични удари, които се проявяват в периодично увеличаване и намаляване на интензивността на тона T f, чут в телефоните. Честота на биене

може да се определи чрез слушане на броя на увеличенията или намаленията на интензитета на тона за определен период от време. За да се появят ударите доста рязко, амплитудите на трептенията на честотите f 0 и f x трябва да бъдат зададени приблизително еднакви; това следва от разглеждането на фиг. 9, b, където средната крива на трептенията, пулсиращи с честота F, е резултат от добавяне на горните и долните криви на трептене, съответстващи на честотите f 0 и f x.

Ориз. 9. Към принципа за измерване на ниски честоти с помощта на метода на акустичните удари

Чрез промяна на настройките на генератора честотата f 0 се доближава до честотата f x , което се открива чрез увеличаване на периода на биене. Когато сравнените честоти съвпадат, ударите изчезват и в телефоните се чува монотонен тон. Вместо телефони, AC волтметър може да се използва като индикатор за биене; Това е особено полезно при измерване на честоти над 5 kHz, чийто тон не се чува ясно на телефоните.

При високи честоти сравнението на честотите f 0 и f x най-често се извършва чрез метода на нулев ритъм. На фиг. 10 показва най-простата схема за измерване. Честотните колебания f 0 и f x се въвеждат едновременно в диодната верига D чрез свързващи бобини L1, L2 и L. В резултат на откриване на общото трептене в диодната верига се появява пулсиращ ток, съдържащ компоненти на основните честоти f 0 и f x, както и компоненти на по-високи хармоници и комбинирани честоти f 0 + f x и |f 0 - f x | . Ако честотите f 0 и f x са близки една до друга, тогава разликата в честотата на биене F = |f 0 - f x | може да бъде в обхвата на аудио честотите и тонът на тази честота ще се чуе в Tf телефони, шунтирани от високочестотни токове от кондензатор C.

Ориз. 10. Към принципа за измерване на високи честоти по метода на нулевия ритъм

Ако промените една от честотите, например f o , като я доближите до друга честота f x , тонът в телефоните ще намалее и ако тези честоти са еднакви, ще се наблюдават нулеви удари, установени по загубата на звук в телефоните. По този начин измерването на честотата се свежда до определяне на честотата на референтния осцилатор, при който се появяват нулеви удари. Както се вижда от графиката на фиг. 11, а, когато се отдалечава от точката на нулевите удари, честотата на разликата F се увеличава както с увеличаване, така и с намаляване на честотата на генератора f 0.

Ориз. 11. Графики на зависимостта на честотата на биенето от настройките на генератора на еталонната честота

Грешката при измерване на честотата се определя главно от грешката на калибриране на честотата f 0 на еталонния осцилатор. Въпреки това, когато се правят точни измервания, е необходимо да се вземе предвид възможна грешка от няколко десетки херца, поради факта, че човешкият слухов апарат не възприема тонове с честота под определена честота F n; стойностите на последните за различни хора варират от 10-30 Hz. За да елиминирате тази грешка, можете да свържете магнитоелектрически токомер последователно с телефоните T f, чиято стрелка при много ниска честота на разлика F ще пулсира с тази честота. При наближаване на нулеви удари трептенията на стрелката се забавят и лесно се отчитат за фиксиран период от време.

Връзката между референтния осцилатор и източника на измерваната честота не трябва да е силна, за да се избегне появата на феномена на „заключване“, което води до увеличаване на грешката на измерване. Ако има силна връзка между два генератора, чиято разлика в честотните настройки е малка, единият от генераторите може да наложи своята честота на другия и двата генератора ще създават трептения с една и съща честота. В този случай честотата на биене F се променя в съответствие с графиката на фиг. 11, b, т.е. в цялата зона на „улавяне“ се оказва нула и в телефоните няма звук.

Като чувствителен индикатор за нулеви удари можете да използвате катодно-лъчев осцилоскоп, за предпочитане с отворен вход на канал Y. В този случай, вместо телефони, резистор със съпротивление от 50-200 kOhm е свързан като товар на детекторната верига (фиг. 10), напрежението от която се подава към входа U на осцилоскопа. Когато сканирането е включено, на екрана се вижда кривата на напрежението на честотата на ударите F. Когато се приближи до нула удари, периодът на това напрежение ще се увеличи и при f 0 = f x на екрана се вижда само хоризонтална сканираща линия. Ако измерванията се извършват при изключено сканиране, тогава вертикалната линия, наблюдавана на екрана при f 0 = f x, се превръща в точка.

Работата на кварцовите калибратори и хетеродинните честотомери се основава на принципа на измерване на високи честоти по метода на нулевия ритъм.

Кварцови калибратори

От високоточните инструменти, използвани за измерване на високи честоти, най-простите са кварцовите калибратори. Те ви позволяват да проверявате скалите на радиоприемащи и радиопредавателни (генериращи) устройства в редица точки, съответстващи на строго определени (референтни) честоти.

Ориз. 12. Функционална схема на кварцов калибратор

Функционалната схема на кварцов калибратор е показана в най-пълния му вариант на фиг. 12. Основният компонент на устройството е кварцов осцилатор, работещ в такъв режим, че трептенията, възбудени от него, имат форма, която е рязко различна от синусоидалната, и следователно съдържат, в допълнение към компонента на основната честота f 0, a голям брой хармоници, чиито честоти са 2f 0, 3f 0, 4f 0 и т.н., като амплитудите постепенно намаляват с увеличаване на честотата. Обикновено е възможно да се използват за измервания от десетки до няколкостотин хармоници, които имат същата висока стабилност (обикновено в рамките на 0,01 - 0,001%) като честотата f 0), стабилизирана от кварцов резонатор (кварц) при липса на специални устройства ( например термостати), увеличаващи ефекта на стабилизиране.

Трептенията, възбудени от кварцовия осцилатор, се подават към комуникационното гнездо (или скоба) An, което заедно с малък проводник или щифт, прикрепен към него, играе ролята на приемна или предавателна антена, в зависимост от естеството на употребата на устройството. . За целите на екранирането устройството обикновено се поставя в метален корпус.

При проверка на скалите на радиоприемниците, калибраторът служи като източник на колебания на редица референтни честоти, излъчвани през комуникационния проводник. Приемникът се настройва последователно към различни хармоници на кварцовия осцилатор и се определят съответните скални точки. Ако приемникът работи в телеграфен режим, тогава настройката му към хармоника на генератора се записва с нулеви удари с честотата на втория локален осцилатор, чут в телефони или високоговорител, свързан към изхода на приемника. Скалите на приемниците с директно усилване се проверяват с обратна връзка, доведена до генериране. За да се провери калибрирането на приемници, работещи само в телефонен режим, например радиоразпръскващи, трептенията на кварцов осцилатор трябва да бъдат модулирани със звукова честота, което изисква въвеждането на генератор на трептения с честота 400 или 1000 Hz в калибратор (в устройства с мрежово захранване понякога се използва напрежение с честота 50 или 100 Hz за модулация Hz). В този случай приемникът се настройва на хармониците на кварцовия осцилатор въз основа на най-високата сила на тона, възпроизведен от високоговорителя, или по-точно въз основа на максималните показания на волтметъра, свързан към изхода на приемника.

Ако кварцовият калибратор е предназначен и за проверка на скалите на високочестотни осцилатори, например радиопредаватели, тогава той се допълва с детектор (миксер), чийто вход е свързан към комуникационния контакт An, а изходът на кварца осцилатор. Трептенията на изпитвания предавател, предизвикани в комуникационния проводник, създават удари с хармоника на най-близкия до тях по честота кварцов осцилатор; В резултат на засичането се отделят трептения на честотата на разликите, които след усилване се чуват в телефоните. Предавателят се настройва последователно към честотите на редица хармоници на генератора, като се използват нулеви удари и по този начин се определят съответните точки на скалата на честотата на предавателя.

Основният недостатък на кварцовите калибратори е неяснотата на резултатите от измерването, тъй като нулевите удари позволяват само да се установи фактът, че измерената честота е равна на един от хармониците на кварцовия осцилатор, без да се фиксира броят на този хармоник. За да се избегнат грешки при установяване на честотата на хармоника, който създава нулеви удари, е желателно изследваното устройство да има честотна скала, приблизително калибрирана с помощта на някакво устройство с недвусмислена оценка на честотата (резонансен честотомер, измервателен генератор и др.), чиято точност на измерване може да бъде малка.

Честотната разлика между съседни референтни точки на калибратора е равна на основната честота на кварцовия осцилатор f 0 . За да се покрият основните ленти за излъчване, честотата f 0 често се приема равна на 100 kHz, което гарантира, че скалите на радиоустройствата могат да бъдат проверени до честоти от порядъка на 10 MHz (λ = 30 m). За да се разшири обхватът на измерените честоти към по-къси вълни и да се елиминират грешките при определяне на честотата на използваните хармоници, е възможно да се работи с кварцов осцилатор при две стабилизирани и 10-кратни основни честоти, обикновено равни на 100 и 1000 kHz. Всяка от тези честоти има собствена мрежа от референтни точки. Принципът на споделяне на двете основни честоти може да бъде разбран от следния пример. Да приемем, че настройката на предавателя се проверява при честота 7300 kHz. Тогава калибраторът първоначално се включва на основната честота от 1000 kHz. Предавателят се настройва според нулевите удари на честотата, най-близка до желаната, кратна на 1000 kHz, т.е. на честота от 7000 kHz. При тази честота възможността за грешка е практически елиминирана, тъй като референтните точки се намират рядко, на всеки 1000 kHz. След това калибраторът се превключва на основната честота от 100 kHz; при прецизна настройка на кварца трябва да се запазят нулеви удари. Настройката на предавателя се променя плавно към желаната честота и точките на скалата, съответстващи на нулеви удари при честоти 7100, 7200 и 7300 kHz, се маркират последователно.

Ако е необходимо да се намали интервалът между съседни референтни честоти, тогава се използват честотни делители, които обикновено се изпълняват с помощта на мултивибраторна верига, синхронизирана на субхармоник на входния сигнал. По този начин, като се използват два етапа на разделяне с коефициенти на разделяне, равни на 10, с основна честота на кварцов осцилатор от 1 MHz, е възможно да се получат трептения с основни честоти от 100 и 10 kHz и голям брой хармоници. След това мащабната точка, съответстваща например на честота от 7320 kHz, ще бъде идентифицирана чрез последователно преминаване на референтни точки при честоти 7000, 7100, 7200, 7300, 7310 и 7320 kHz. С основна кварцова честота от 100 kHz два делителя могат да произведат трептения с основни честоти от 10 и 1 (или 2) kHz, но техните хармоници при високи честоти ще бъдат много слаби. Трептения на комбинирани честоти с малки интервали между референтните точки, но със значителен интензитет, могат да бъдат получени чрез смесване на трептения на няколко основни честоти.

Ориз. 13. Схема на универсален кварцов калибратор

На фиг. Фигура 13 показва диаграма на прост кварцов калибратор, подходящ за измерване на честотата на генераторни и радиоприемни устройства. Кварцов осцилатор на транзистор Т2 възбужда трептения на основната честота от 100 или 1000 kHz, в зависимост от настройката на превключвателя НА 2. Прецизното регулиране на основните честоти към номиналните стойности се извършва от настройващите ядра на намотките L1 и L2. Изкривяването на формата на трептене, необходимо за получаване на голям брой хармонични компоненти, се постига чрез свързване на диод D1 между емитера и основата на транзистора Т2. Ако е необходимо да се модулират тези трептения, превключвателят B1 стартира нискочестотния генератор на транзистора T1. Откриването на биене се извършва от диод D2, високочестотните компоненти на ректифицирания ток се филтрират от кондензатор C9.

Напрежението на честотата на биене, усилено от транзистора T3, създава звукови вибрации в Tf телефоните.

Ориз. 14. Схема на кварцов калибратор с делител на честота

На фиг. Фигура 14 показва диаграма на кварцов калибратор, предназначен за калибриране на честотните скали на радиоприемници. Кварцов осцилатор на транзистори Т1 и Т2 възбужда честотни трептения от 100 kHz. Прецизното регулиране на честотата до номиналната стойност може да се извърши чрез избор на капацитет на кондензатор С2 или чрез използване на кондензатор за настройка с малък капацитет, свързан паралелно с контактите на кварцовия държач. Параметрите на мултивибратора на транзистори Т3, Т4, който служи за разделяне на честотата на 10 пъти, са избрани така, че в режим на свободно собствено трептене той генерира трептения с честота малко по-малка от 10 kHz. След това, когато е изложен на трептения на кварцов осцилатор, той ще бъде синхронизиран с честота 10 kHz; това трябва да се провери внимателно при настройка на устройството: между трептенията на съседни хармоници с честота 100 kHz при 9 точки от скалата на тестваното устройство трябва да се появят хармоници с честота 10 kHz. Изобилието от хармоници се улеснява от намаляване на продължителността на импулсите с помощта на диференциращи вериги C3, R6 и C6, R12, както и усилване на импулсите чрез импулсен усилвател на транзистор T5, включен на изхода.

При работа с кварцови калибратори трябва да се има предвид, че поради стареенето естествената честота на кварцовите резонатори се променя леко с течение на времето.

Хетеродинни честотомери

Хетеродинните честотомери се използват за прецизни честотни измервания в плавен високочестотен диапазон. По принцип хетеродинният честотомер се различава от кварцовия калибратор, направен съгласно функционалната схема на фиг. 12, само в това, че вместо кварцов осцилатор той използва локален осцилатор, т.е. генератор с ниска мощност с непрекъснато променлива честота на настройка. Наличието на миксер позволява устройството да се използва не само за калибриране на честотните скали на радиоприемниците, но и за измерване на честотата на генераторите по метода на нулевия ритъм. Индикацията на нулевите удари се извършва от телефони, осцилоскопи и електронни светлинни индикатори, както и циферблатни измервателни уреди.

Грешката на измерване на хетеродинен честотомер се определя главно от стабилността на честотата на локалния осцилатор и грешката на неговата настройка. Поради това те често предпочитат да изпълняват локални осцилатори с помощта на вакуумни тръби. Повишената стабилност на честотата се улеснява от правилния избор на верига и дизайн на локалния осцилатор, използването на части с нисък температурен коефициент, включването на буферно стъпало между локалния осцилатор и изходните вериги, стабилизиране на захранващите напрежения и дълги термин нагряване на устройството под ток преди измервания. За да се увеличи плавността на настройката и точността на настройката на честотата, кондензаторът за настройка на локалния осцилатор обикновено се управлява чрез нониус с голямо забавяне (до 100-300 пъти). Директното отчитане на честотата по скалата на променлив кондензатор се извършва само в най-простите конструкции; в повечето инструменти скалата е еднаква с много голям брой деления (до няколко хиляди), а показанията върху нея се преобразуват в честота с помощта на таблици или графики.

За да се намали броят на честотните поддиапазони и да се увеличи стабилността на честотата, локалните осцилатори обикновено работят в тесен диапазон от относително ниски честоти (с коефициент на припокриване две), а за измервания се използват както основните честоти на генерираните трептения, така и редица използват се техните хармоници; възникването на последното се осигурява чрез избор на режим на работа на локалния осцилатор или буферния усилвател. Например, в широко използван честотомер от типа Ch4-1 с общ диапазон на измерените честоти от 125 kHz до 20 MHz, локалният осцилатор има два плавни поддиапазона на основните честоти: 125-250 kHz и 2-4 MHz . В първия поддиапазон, при използване на първия, втория, четвъртия и осмия хармоник, е възможно плавно да се покрие честотната лента 125-2000 kHz; във втория поддиапазон, при използване на първия, втория, четвъртия и частично петия хармоник, честотната лента от 2-20 MHz се припокрива. Така всяка позиция на копчето за настройка на локалния осцилатор съответства на три или четири работни честоти, чиито стойности могат да бъдат определени от таблицата за калибриране. Например, честоти от 175, 350, 700 и 1400 kHz се измерват със същата настройка на локалния осцилатор при основна честота f g = 175 kHz.

Неяснотата на честотите за настройка на локалния осцилатор създава възможност за грешка при установяване на хармоника, с който трептенията на измерената честота f x създават удари. Следователно, когато започвате измервания, е необходимо да знаете приблизителната стойност на честотата f x. Последното обаче може да се определи и чрез изчисление, като се използва самият хетеродинен честотомер.

Да приемем, че при промяна на настройката на локалния осцилатор се получават нулеви удари с честота f x при две съседни стойности на основните честоти f g1 и f g2 от същия поддиапазон на локалния осцилатор. Очевидно е, че честотата f x е едновременно хармонична и на двете честоти, т.е.

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

където n и (n + 1) са съответно броят на хармониците за основните честоти f g1 и f g2 (за f g2< f г1).

Решавайки полученото равенство за n, намираме

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

Следователно измерената честота

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

Например, ако се получат нулеви удари при основни честоти f g1 ≈ 1650 kHz и f g2 ≈ 1500 kHz, тогава приблизително f x ≈ 1650*1500/(1650 - 1500) = 16500 kHz.

Когато измервате честотата, трябва да се пазите от грешки, причинени от възможността за възникване на удари между трептенията на локалния осцилатор и хармоника на измерената честота; Следователно измерванията трябва да се извършват със слаба връзка между честотомера и изследвания генератор. Грешката на измерване също се увеличава, когато устройството е изложено на модулирани вибрации; в този случай удари с основна (носеща) честота ще се чуват на фона на удари със странични честоти.

Хетеродинните честотомери от разглеждания тип осигуряват измерване на високи честоти с грешка от приблизително 1%. Намаляването на грешката на измерване до 0,01% или по-малко се постига чрез добавяне на кварцов осцилатор към честотомера, което прави възможно проверката и коригирането на скалата на локалния осцилатор в редица референтни точки преди започване на измерванията.

Разширена функционална схема на високоточен хетеродинен честотомер е показана на фиг. 15. Локалният осцилатор има два поддиапазона, чиято настройка се извършва чрез подрязване на кондензатори C3 и C4. Честотата на основните трептения се задава от променлив кондензатор C1 с права честота. Нивото на входния (изходния) сигнал се контролира от потенциометър R. Кристалният осцилатор създава богати на хармоници трептения, чиято основна честота често се приема за 1 MHz. Типът работа на устройството се избира без прекъсване на междукаскадните връзки чрез включване или изключване на захранването на отделни компоненти. Когато превключвател B2 е настроен на позиция 3 (“Кварц”), локалният осцилатор се изключва и кристалният осцилатор се включва; в този случай честотомерът може да се използва като кварцов калибратор за честотни измервания на хармоници на генератора. В позиция на превключвателя 1 ("Loterodyne"), напротив, кристалният осцилатор е изключен и локалният осцилатор е включен. Това е нормалният режим на работа на честотомера.

Ориз. 15. Функционална схема на високоточен хетеродинен честотомер

Честотната скала на локалния осцилатор се проверява чрез поставяне на превключвател B2 в положение 2 („Проверка“), когато едновременно се включват и локалният осцилатор, и генераторът, чиито трептения се подават към детектора. При определено съотношение на честотите или хармониците на тези вибрации възникват звукови удари, чиято честота се определя по формулата

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

където fg и fk са основните честоти съответно на локалния осцилатор и кварцовия осцилатор, а m и n са цели числа, съответстващи на броя на взаимодействащите си хармоници.

Честотата на биене се оказва нула (F = 0) за редица честоти в обхвата на локалния осцилатор, които отговарят на условието

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

Тези честоти се наричат ​​референтни честоти и са специално подчертани в таблиците за калибриране. Да намерим, например, референтните честоти (f 0) на локалния осцилатор в диапазона 2000-4000 kHz, ако основната честота на кварцовия осцилатор f k = 1000 kHz:

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

при m = 3 и n = 7, 8, 10 и 11 f 0 = 2333, 2667, 3333 и 3667 kHz и т.н.

Трябва да се има предвид, че с увеличаването на броя на взаимодействащите хармоници амплитудата на ударите намалява.

Ако калибрирането на скалата на локалния осцилатор е нарушено, тогава, когато копчето му за настройка е настроено на една от референтните честоти и кварцовият осцилатор е включен, вместо нулеви удари се създават колебания на звуковата честота, които след усилване се чуват в телефони. За корекция (калибриране) се използва кондензатор с малък капацитет C2, свързан паралелно на основния регулиращ кондензатор C1: с негова помощ, преди започване на измерванията, се постигат нулеви удари в референтната точка, най-близка до измерваната честота.

Нека да разгледаме процедурата за настройка на хетеродинен честотомер, използвайки следния пример. Да предположим, че искате да проверите коректността на скалата на предавателя при честота 10700 kHz. Позовавайки се на таблицата за калибриране на честотомера, откриваме, че тази честота съответства на основната честота от 10700/4 = 2675 kHz. Използвайки таблицата или скалата на основните точки, определяме, че най-близката референтна честота е 2667 kHz. След това, по скалата на кондензатора C1, задаваме честотата на 2667 kHz и, като поставим превключвателя B2 в позиция "Проверка" (2), използваме коректор C2, за да постигнем нулеви удари. След това поставяме превключвателя B2 в положение "Loterodyne" (1) и след като зададем честотата на локалния осцилатор на 2675 kHz, проверяваме скалата на предавателя на тази честота.

Когато се измерва неизвестна честота f x, скалата на локалния осцилатор се калибрира в референтната точка, най-близка до очакваната стойност на тази честота, и след това в режим на измерване се задават нулеви удари чрез регулиране на честотата на локалния осцилатор.

При калибриране на скалата на локалния осцилатор, както и при измерване на честотата на генераторите, модулаторът трябва да бъде изключен; При измерване на честотата на настройка на приемниците, нискочестотният блок на устройството не е необходим. Използвайте превключвател, за да изключите неизползваните компоненти на честотния брояч. НА 3.

Хетеродинните честотомери от различни видове промишлено производство обхващат обхвата на измерените честоти от 100 kHz до 80 GHz с грешка при измерване в рамките на +-(5*10 -4 ...5*10 -6). При много високи честоти е трудно да се получат нулеви удари. Следователно в микровълновите честотомери понякога се използва като индикатор нискочестотен честотомер (например капацитивен); използва се за определяне на разликата в честотата на ударите F, чийто размер се коригира в резултатите от измерването.

Много малка грешка при измерване в много широк честотен диапазон (от нисък до свръхвисок) се постига чрез комбиниране на два честотомера: хетеродин и електронен брояч. Последният, в допълнение към неговата независима употреба в присъщия му честотен диапазон, може да се използва за точно измерване на честотата на настройка на локалния осцилатор, когато се постигнат нулеви удари; в този случай кварцов осцилатор, калибровъчни таблици и графики се оказват ненужни.

Резонансни честотомери

Характеристиките на резонансните честотомери, използвани за измерване на високи и свръхвисоки честоти, са простота на дизайна, скорост на работа и недвусмисленост на резултатите от измерването; Грешката на измерване е 0,1-3%.

Резонансният честотомер е осцилаторна система, която е настроена в резонанс с измерената честота f x на трептенията, които го възбуждат, които идват от изследвания източник чрез свързващия елемент. Резонансната честота се определя от показанията на калибрирано устройство за настройка. Състоянието на резонанса се записва с помощта на вграден или външен индикатор.

Честотомерите, които измерват честоти от 50 kHz до 100-200 MHz, са направени под формата на осцилаторна верига, съставена от елементи с групирани константи: индуктор L 0 и променлив кондензатор C 0 (фиг. 16). ЕМП се индуцира във веригата на честотомера. измерената честота f x, например, поради индуктивно свързване с източника на трептене чрез намотка L 0 или малка антена с камшик, свързана към гнездото An. При източник с ниска мощност връзката с последния може да бъде капацитивна чрез свързващ кондензатор C St (с капацитет няколко пикофарада) и свързващ проводник. Чрез промяна на капацитета на кондензатора C 0 веригата се настройва в резонанс с честотата fx според максималните показания на резонансния индикатор. В този случай измерената честота f x е равна на естествената честота на веригата:

f 0 = 1/(2π*(L0C0) 0,5),

определя се от мащаба на кондензатора C 0.

При фиксирана индуктивност L 0 обхватът на измерените честоти е ограничен от коефициента на припокриване, който се разбира като съотношението на максималната честота на настройка на честотомера f m към най-ниската честота f n, когато капацитетът на веригата се промени от първоначалната стойност C n до максимум C m. Първоначалният капацитет на веригата C n се състои от началния капацитет на кондензатора C 0, инсталационните капацитети и капацитети на постоянни или настройващи кондензатори, включени във веригата, за да се получи необходимия коефициент на припокриване или за други цели (фиг. 17). Ако е необходимо да се разшири обхватът на измерваните честоти, честотомерът е оборудван с няколко бобини с различна индуктивност, сменяеми (фиг. 16) или превключващи (фиг. 17). В последния случай е препоръчително да свържете накъсо неизползваните намотки (ако не са екранирани), за да им попречите да изсмукват енергия от веригата на честотния уред при честоти на настройка, близки до естествените честоти на тези намотки; в този случай комуникацията с източника на трептения се осъществява чрез комуникационната букса An или чрез външна комуникационна намотка L St от един или няколко завоя, свързана към веригата с гъвкав високочестотен кабел (фиг. 17).

Индикаторите за резонанс ви позволяват да записвате състоянието на резонанс чрез максималния ток във веригата или максималното напрежение на елементите на веригата. Индикаторите за ток трябва да са с ниско съпротивление, а индикаторите за напрежение - с високо съпротивление; тогава загубите, които въвеждат във веригата, няма да причинят забележимо притъпяване на резонансните характеристики на веригата.

Ориз. 16. Схема на резонансен честотомер с токов индикатор и сменяеми контурни бобини

Като индикатори за ток понякога се използват термоелектрически милиамперметри с общ ток на отклонение до 10 mA, свързани последователно към веригата на честотния уред (фиг. 16); Когато работите с такъв честотомер, трябва много внимателно да установите връзка с измервателния обект и да избягвате претоварване на термичното устройство при наближаване на резонанс. Най-простият индикатор за ток може да бъде миниатюрна крушка с нажежаема жичка L; В този случай грешката на измерване естествено се увеличава.

В съвременните честотомери най-често се използват индикатори за напрежение - високочестотни волтметри със стрелки; Осигуряват висока точност на индикацията с добра устойчивост на претоварване. Най-простият такъв индикатор (фиг. 17, а) се състои от точков диод D и чувствителен магнитоелектричен измервателен уред И, шунтиран от високочестотни компоненти на ректифицирания ток от кондензатор С2. Честотомер с циферблат може да се използва като индикатор за силата на полето при вземане на диаграми на излъчване на предавателни антени.

Ориз. 17. Схеми на резонансни честотомери с индикатори за напрежение и комутируеми контурни намотки

Ако изследваните трептения са модулирани, тогава като индикатор може да служи телефон с висок импеданс T f (фиг. 17, а). В този случай резонансът се отбелязва с най-високия обем на тона на модулиращата честота. Този честотомер е подходящ за слухов контрол на качеството на радиотелефонни предаватели.

Резонансните честотомери се характеризират с чувствителност, т.е. минималната стойност на подаваната към тях високочестотна мощност, която осигурява ясна индикация за резонанс; обикновено е в диапазона 0,1-5 mW, а при използване на крушка с нажежаема жичка се увеличава до 0,1 W. За да се увеличи чувствителността, понякога в резонансния индикатор (след детектора) се въвежда транзисторен DC усилвател с високо входно съпротивление; Най-простата схема на такъв усилвател е показана на фиг. 17, б.

При свръхвисоки честоти веригите, съставени от елементи с групирани константи, стават неефективни поради рязко намаляване на техния качествен фактор. В честотния диапазон от 100 до 1000 MHz се постигат сравнително добри резултати при честотометри със смесен тип вериги с групиран капацитет и разпределена индуктивност (фиг. 18). Като индуктивен елемент L0 се използва извит участък (завой) от посребрена медна тел или тръба с диаметър 2-5 mm. Превключвател B определя поддиапазона на измерване. Честотомерът се регулира чрез промяна на работната дължина на индуктивната бобина L0 с помощта на въртящ се контактен плъзгач. Горната граница на измерените честоти е ограничена от стойността на инсталационния капацитет C m Комуникацията с източника на изследваните трептения се осъществява чрез комуникационната верига L1.

Ориз. 18. Схема на резонансен честотомер със смесена схема

На фиг. Фигура 19 показва диаграма на широкообхватен еднограничен честотомер с коефициент на припокриване в диапазона 5-10; тук индуктивният елемент на веригата е метална плоча Pl, извита в дъга и свързана към статора St на кондензатор с променлив капацитет. Плъзгач се плъзга по плочата, механично и електрически свързан към ротора Rot на кондензатора. Когато роторът се завърти, както капацитетът на веригата, така и нейната индуктивност едновременно се увеличават (или намаляват). Такива честотни измерватели, заедно с широк обхват на измерване, имат доста висок коефициент на качество с малки размери. В диапазоните на метровите, дециметровите и сантиметровите вълни за измерване на параметрите на електромагнитните трептения се използват инструменти, които използват осцилационни системи с разпределени константи - участъци от предавателни линии и обемни резонатори.

Ориз. 19. Схема на широкообхватен еднограничен резонансен микровълнов честотомер

За да се повиши стабилността на калибровъчната характеристика, елементите на веригата на честотомера трябва да имат здрава и твърда конструкция и да бъдат изработени от материали с нисък температурен коефициент. Най-голямата грешка поради влиянието на външни фактори възниква при измерване на най-високите честоти на всяка подлента, когато капацитетът на кондензатора C 0 е малък. За да се намали тази грешка, понякога първоначалният капацитет на веригата се увеличава чрез свързване на постоянен или настройващ кондензатор паралелно с кондензатор C0 (C1 на фиг. 17, а). В същото време коефициентът на припокриване на честотата намалява, което спомага за намаляване на грешката при измерване на честотата, но в същото време увеличава броя на необходимите поддиапазони. Грешката при измерване също се намалява, ако настройващият елемент се контролира чрез нониусно устройство със забавяне няколко десетки пъти. В промишлено произведените устройства дръжката на нониус често е оборудвана със скала, разделена на 100 деления, а върху основната скала на органа за настройка на честотомера се прилагат деления, отбелязващи броя на пълните завъртания на дръжката на нониуса. Когато двете скали се използват заедно, е възможно да се получат няколко хиляди референтни точки; съответните им честоти се определят с помощта на таблици или графики.

Регулирането на честотомера, възбуден от източник на честотни трептения f x , предизвиква промяна на тока в неговата верига в съответствие с резонансната крива на последния (фиг. 20). Колкото по-висок е качественият фактор на веригата, толкова по-остра е нейната резонансна крива и толкова по-малка е възможната грешка при записване на резонанса. За да се постигне висок качествен фактор, елементите на веригата трябва да имат ниски загуби, а връзката на веригата с резонансния индикатор и изследвания източник трябва да бъде възможно най-слаба.

Връзката с индикатора може да бъде намалена чрез използване например на капацитивен делител на напрежение (фиг. 17, b) с капацитетно съотношение C2/C1 >> 1. Трябва обаче да се има предвид, че отслабването на връзката с верига води до необходимостта от повишаване на чувствителността на индикатора или укрепване на връзката с изследвания източник.

При използване на кондензатор с директна честота в честотомер може да се получи почти еднаква честотна скала. Резонансните честотомери се калибрират с помощта на стандартни хетеродинни честотомери, а в микровълновия диапазон за това се използват измервателни линии. Приблизителното калибриране може да се извърши чрез наличие на измервателен генератор или предавател с плавен честотен диапазон.

Ориз. 20. Резонансна характеристика на резонансен честотомер

По време на измерванията честотомерът или неговият свързващ елемент се въвеждат в радиационната зона на изследвания източник. Чрез избора на относителната им позиция се установява такава връзка, че при резонанс стрелката на индикатора да е приблизително в средата на неговата скала.

Ако чувствителността на честотомера е ниска, е необходимо да се засили връзката с източника на трептения; това води до изравняване на резонансната характеристика на честотомера, което затруднява точното записване на резонансното състояние. За да се намалят възможните грешки, се използва методът на две преброявания. След приблизително регулиране на честотомера към резонанс с измерената честота f x промяна в капацитета C 0, веригата се разстройва първо в една посока, а след това в другата посока от резонансната честота, докато се получи същото показание на индикатора (I 1-2) в рамките на приблизително 50-70% резонансна стойност I m (фиг. 20). Тъй като се използват стръмни наклони на резонансната крива, е възможно да се определят честотите за настройка на веригата f 1 и f 2, съответстващи на тока с голяма точност. Измерена честота f x = (f 1 + f 2)/2.

Ако изследваните вибрации са несинусоидални, тогава е възможно да се настрои честотомерът към един от хармониците. В този случай честотомерът ще открие настройка на редица други честоти, които са кратни на основната честота на трептене. Последната ще бъде определена като най-ниската от поредицата открити резонансни честоти.

Ако EMF, индуциран във веригата на честотомера, е недостатъчен за нормалната работа на резонансния индикатор, тогава измерването може да се извърши с помощта на реакционния метод (абсорбция, абсорбция): настройката на резонанс се определя от ефекта на честотомера върху генераторен режим, от който измервателната верига поглъща малко енергия. Установява се доста силна връзка между веригите на генератора и честотомера и настройката на последния се променя плавно. При резонанс DC компонентът на анодния (или колекторния) ток на генератора достига максимум, а DC компонентът на тока на управляващата мрежа (или основата) рязко спада, което може да бъде открито чрез свързване на чувствителен DC измервател към един от тези вериги. Честотомерът не влияе на честотата на генерираните трептения, тъй като по време на резонанс въвежда само активно съпротивление във веригата на генератора.

Резонансният честотомер е пасивно устройство, тъй като работата му се основава на абсорбцията на енергия от източника на измерената честота. Поради това не е подходящ за директно измерване на честотата на настройка на радиоприемници и изолирани трептящи вериги. Носещата честота на радиостанцията, на която е настроен приемникът, може да бъде измерена доста точно по метода на реакцията. За да направите това, веригата на честотния уред е свързана към веригата на антената на приемника чрез свързваща намотка, включена в тази верига, или чрез приближаване на магнитна антена. Настройката на честотомера се променя до получаване на резонанс, който се открива чрез рязък спад в силата на звуковите сигнали, възпроизвеждани от приемника.