فرکانس سنجیک ابزار اندازه گیری الکتریکی است که برای اندازه گیری فرکانس نوسانات دوره ای مختلف، الکتریکی یا مکانیکی طراحی شده است.

برای طبقه بندی فرکانس مترها، از اصل عملکرد آنها (اندازه گیری) عمدتا استفاده می شود. فرکانس‌سنج‌ها و فرکانس‌سنج‌های ارزیابی مستقیم وجود دارند که با استفاده از روش‌های مقایسه‌ای مختلف کار می‌کنند، برای مثال فرکانس‌سنج‌های رزونانسی، هتروداینی و شمارش الکترونیکی.

برای اندازه گیری ارتعاشات مکانیکی عمدتاً از مکانیک ارتعاش (آنالوگ) استفاده می شود. فرکانس شمارو همچنین وسایل الکتریکی که همراه با مبدل های ارتعاشات مکانیکی به الکتریکی استفاده می شوند و یا این کارها توسط خود فرکانس متر انجام می شود.

اصل عملکرد ساده‌ترین فرکانس‌سنج مکانیکی ارتعاش مبتنی بر پدیده تشدید است. این نوع فرکانس‌سنج مجموعه‌ای از صفحات فلزی است که در یک انتها تقویت شده‌اند. صفحات به گونه ای انتخاب می شوند که ارتعاشات خود به صورت گام به گام تغییر می کند و در نتیجه نوعی مقیاس ارتعاشی را تشکیل می دهند. ارتعاشاتی که تاثیر می گذارد فرکانس سنج، باعث لرزش پلاتین می شود. فرکانس ارتعاش با استفاده از صفحه الاستیکی که فرکانس طبیعی آن با فرکانس اندازه‌گیری شده منطبق است اندازه‌گیری می‌شود و در نتیجه باعث ایجاد پدیده تشدید می‌شود.

فرکانس سنج های الکترونیکی مختلفی برای اندازه گیری فرکانس نوسانات الکتریکی استفاده می شود.

به عنوان مثال، می توانیم اصل عملکرد ساده ترین فرکانس متر این کلاس - الکترومکانیکی را توصیف کنیم. مانند فرکانس‌سنج مکانیکی که در بالا توضیح داده شد، این دستگاه نیز حاوی تعدادی صفحه الاستیک است. با این حال، این دستگاه با آهنربای الکتریکی تکمیل می شود. ارتعاشات الکتریکی ورودی که باید اندازه گیری شوند باعث ایجاد ارتعاشات در آهنربای الکتریکی می شوند که آنها را به یک سری صفحات منتقل می کند. تعیین فرکانس نوسان، سپس مانند آنالوگ ادامه می یابد فرکانس سنج.

فرکانس سنج الکترودینامیکی آنها حاوی یک عنصر اندازه گیری ویژه هستند - نسبت سنج. روی فرکانس نوسان خاصی تنظیم شده است. بسته به اینکه چقدر ارتعاشات دریافتی با فرکانس مرجع متفاوت است، اندازه گیری انجام می شود.

فرکانس‌سنج‌ها، علاوه بر موارد ذکر شده، که برای اندازه‌گیری ارتعاشات الکتریکی استفاده می‌شوند، می‌توانند به‌علاوه شامل دستگاه‌های الکترومغناطیسی و مغناطیسی باشد. با این حال، ما در توصیف اصل عملکرد آنها نمی مانیم.

شمارش الکترونیکی فرکانس سنج، اخیراً فراگیرتر شده است. اصل عملکرد آن بر اساس شمارش تعداد دوره های نوسان در یک دوره زمانی مشخص است.

برای اندازه گیری نوسانات فرکانس رادیویی از فرکانس متر از نوع موج ویژه استفاده می شود. این شامل شمارشگرهای فرکانس رزونانس، دیجیتال و هترودین مختلف می باشد. تمامی این دستگاه ها با استفاده از روش مقایسه ای شمارش ارتعاشات اندازه گیری شده نیز کار می کنند.

علاوه بر این، همه چیز فرکانس شماررا می توان به دستگاه های آنالوگ و دیجیتال تقسیم کرد. در مورد اول، اطلاعات به روش کلاسیک "مقیاس و اشاره گر" نشان داده می شود، در مورد دوم - با استفاده از یک صفحه نمایش دیجیتال.

فرکانس متر دستگاهی است که برای اندازه گیری فرکانس یک فرآیند دوره ای در طیف سیگنال و همچنین یافتن فرکانس های عناصر هارمونیک طیف سیگنال طراحی شده است.

فرکانس متر بر اساس روشی که اندازه گیری ها انجام می شود تقسیم می شوند. این نوع شامل دستگاه های ارزیابی مستقیم، مانند آنالوگ، و دستگاه های ارزیابی مقایسه ای، مانند رزونانس، هتروداین و فرکانس شمار الکترونیکی است.

آنها در معنای فیزیکی کمیت تعیین شده متفاوت هستند: نوسانات سینوسی با استفاده از ابزارهای آنالوگ بررسی می شوند. فرکانس عناصر هارمونیک توسط مترهای فرکانس هترودین، رزونانس و ارتعاش تعیین می شود. برای مطالعه پدیده های گسسته از دستگاه های شمارش و خازن الکترونیکی استفاده می شود.

همچنین یک تقسیم بندی در مورد طراحی فرکانس متر وجود دارد. دستگاه ها می توانند بر روی پانل، قابل حمل یا سازه های ثابت باشند.

فرکانس متر برای کارهای اندازه گیری الکتریکی و رادیویی طراحی شده اند، بنابراین می توان آنها را فرکانس متر برق و فرکانس رادیویی در نظر گرفت. فرکانس‌سنج‌های الکتریکی شامل فرکانس‌سنج‌های آنالوگ از راه‌حل‌های مختلف سیستم، لرزش، خازن، فرکانس‌سنج شمارش الکترونیکی است. فرکانس‌سنج‌های رادیویی - رزونانس، هترودین، خازن، فرکانس‌سنج شمارش الکترونیکی.

فرکانس سنج های آنالوگ بر اساس دستگاه اندازه گیری موجود در آنها تقسیم می شوند: الکترودینامیک، الکترومغناطیسی، مغناطیسی.

فرکانس سنج از این نوع بر اساس استفاده از یک مدار وابسته به فرکانس توسعه یافته است که با تعامل ماژول امپدانس با توجه به فرکانس مشخص می شود. دستگاه آنالوگ دارای مکانیزم اندازه گیری است که عمدتا یک نسبت سنج است. نسبت سنج دستگاهی با دو بازو است؛ سیگنالی که باید تعیین شود در یک بازو دریافت می شود که از مداری مستقل از فرکانس عبور می کند؛ سیگنال در بازوی دوم از طریق مدار وابسته به فرکانس دریافت می شود. لوگومتر همچنین مجهز به روتور با فلش است که در نتیجه برهم کنش شارهای مغناطیسی در موقعیتی که با نسبت جریان در سیم پیچ ها نشان داده شده است ثابت می شود.

فرکانس متر ارتعاش (یا نی) به دستگاه هایی با یک جزء متحرک اطلاق می شود که به شکل مجموعه ای از قطعات الاستیک مانند نی یا صفحات ارائه می شود. قطعات متحرک در اثر قرار گرفتن در معرض یک میدان مغناطیسی یا الکتریکی متناوب در نوسان تشدید قرار می گیرند.

فرکانس سنج هترودین بر اساس اصل مطالعه مقایسه بین فرکانس سیگنال ورودی و فرکانس یک نوسانگر قابل تنظیم - یک نوسانگر محلی، با استفاده از روش ضربان صفر توسعه داده شده است.
شرایط عملیاتی مشابه فرکانس‌سنج رزونانسی است که در زیر توضیح داده شده است.

فرکانس‌سنج‌های تشدید با در نظر گرفتن ویژگی‌های مقایسه‌ای فرکانس سیگنال ورودی و فرکانس تشدید طبیعی تشدید کننده قابل تنظیم ایجاد می‌شوند که می‌تواند یک مدار نوسانی، بخشی از یک موجبر به عنوان تشدیدگر حجمی یا یک بخش موج چهارم باشد. از یک خط

زنجیره عمل به شرح زیر است: سیگنال کنترل شده با عبور از مدارهای ورودی به تشدید کننده ارسال می شود، پس از رسیدن به تشدید کننده، سیگنال با عبور از آشکارساز به یک دستگاه نشانگر، به عنوان مثال یک گالوانومتر ارسال می شود. فرکانس متر را می توان به تقویت کننده هایی مجهز کرد که حساسیت فرکانس سنج را افزایش می دهد. رزوناتور با کمک اپراتور نسبت به حداکثر مقدار نشانگر تنظیم می شود و فرکانس نسبت به صفحه تنظیم شمارش می شود.
فرکانس شمار های الکترونیکی بسیار مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا دارای طیف گسترده ای از فرکانس ها از کسری از هرتز تا ده ها مگاهرتز هستند. برای افزایش برد به صدها مگاهرتز و ده ها گیگاهرتز، فرکانس سنج به واحدهای کمکی مجهز شده است که به عنوان تقسیم کننده فرکانس و حامل فرکانس مشخص می شوند. شمارشگرهای فرکانس الکترونیکی نیز با تطبیق پذیری و دقت نسبتاً بالا متمایز می شوند. فرکانس شمار از این نوع می تواند دوره حرکت پالس ها را اندازه گیری کند، فواصل باری که بین پالس ها ایجاد می شود را ردیابی کند و برهمکنش دو فرکانس را مطالعه کند. استفاده از آنها به عنوان شمارنده اعداد پالس ذکر شده است. فرکانس شمار های الکترونیکی می توانند با ترکیب چندین اندازه گیری کار کنند. روش‌ها، به عنوان مثال، روش‌های شمارش هترودین و الکترونیکی، در حالی که به طور قابل توجهی محدوده اندازه‌گیری را گسترش می‌دهند، و تعیین فرکانس حامل سیگنال‌های مدوله‌شده با پالس را ایجاد می‌کنند.

ساده‌ترین فرکانس‌سنج با استفاده از عناصر منطقی یک ریزمدار واحد ساخته می‌شود؛ دستگاهی از این نوع برای اندازه‌گیری فرکانس ولتاژ متناوب در محدوده 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز استفاده می‌شود. در این دستگاه نقش عنصر ورودی توسط یک ماشه اشمیت ایفا می شود که یک ولتاژ متناوب سینوسی در ورودی را به پالس های مستطیلی با فرکانس مساوی تبدیل می کند. برای کارکرد ماشه، دامنه مشخصی از سیگنال ورودی مورد نیاز است که نباید از مقدار آستانه تجاوز کند. مقیاس فرکانس متر برای همه محدوده های اندازه گیری مشترک و تقریباً یکنواخت تنظیم شده است. لازم است حد اولیه و حد نهایی مقیاس را با توجه به همه محدوده ها تنظیم کنید، عمدتاً این زیر محدوده 20-200 هرتز است که مرزهای فرکانس دو زیر محدوده دیگر تحت آن قرار دارد. برای زیر محدوده 200-2000 هرتز، نتیجه اندازه گیری به دست آمده با استفاده از مقیاس 10 برابر افزایش می یابد و برای زیر محدوده 20 کیلوهرتز این افزایش 100 برابر است.

برای افزایش حساسیت فرکانس متر، از معرفی یک تقویت کننده سیگنال ورودی کمکی استفاده می شود که می تواند یک ترانزیستور نیمه هادی کم مصرف یا یک ریزمدار آنالوگ به شکل یک تقویت کننده سه مرحله ای برای کانال های ویدئویی گیرنده های تلویزیون باشد، که مشخص می شود. با وجود سود بالا فرکانس می تواند دارای نوسانات سینوسی، مربعی، دندانه اره ای و همچنین نوسانات انواع دیگر باشد. نوسانات با عبور از خازن اول، در ورودی ریزمدار دریافت می شوند، سپس خروجی توسط ریزمدار از طریق خازن دوم تقویت می شود و نوسانات به ورودی ماشه اشمیت ارسال می شود. خازن دیگری برای حذف بازخورد منفی داخلی تعبیه شده است که ویژگی های تقویت تراشه را کاهش می دهد.

فرکانس‌سنج برای اندازه‌گیری SWR برای یافتن مقادیر توان طراحی شده است؛ در مورد موج بازتابی مستقیم، توسط دستگاه‌های اشاره‌گر با مقیاس روشن نمایش داده می‌شود. فرکانس‌سنج از این نوع در حالت کالیبراسیون و حالت تعیین در نتیجه میرایی نشانگر، اندازه‌گیری سیگنال‌های نوسانی کار می‌کند. این دستگاه ترکیبی از دو فرکانس متر است؛ پنل پشتی آن مجهز به دو جفت کانکتور است که یک جفت آن بر روی اندازه گیری SWR و توان در محدوده فرکانس 1.8-160 مگاهرتز متمرکز است، جفت دوم برای محدوده 140-525 طراحی شده است. مگاهرتز

فرکانس‌سنج مبتنی بر کارت صدا برای اندازه‌گیری فرکانس سیگنال صوتی که مستقیماً به ورودی خطی کارت صدا تغذیه می‌شود، طراحی شده است.

لرزش سنج و فرکانس آنالوگ به عنوان کنترل کننده شبکه منبع تغذیه استفاده می شود. فرکانس سنج هترودین برای ایجاد و نظارت بر تنظیمات، عملکرد، کنترل دستگاه های فرستنده گیرنده و اندازه گیری فرکانس حامل سیگنال های مدوله شده استفاده می شود. فرکانس‌سنج‌های شمارش الکترونیکی برای نگهداری، تنظیم و عیب‌یابی دستگاه‌های رادیویی الکترونیکی در انواع مختلف استفاده می‌شوند؛ همچنین از آنها برای نظارت بر وضعیت عملکرد سیستم‌های رادیویی و فرآیندهای فناوری استفاده می‌شود. فرکانس متر تشدید برای پیکربندی، نگهداری و همچنین برای نظارت بر عملکرد دستگاه های فرستنده گیرنده و تعیین فرکانس حامل سیگنال های مدوله شده استفاده می شود.

تی تییا فرکانس fzap = 1/T.

سیگنال اندازه گیری شده (شکل 4.3 را یک شکل سینوسی فرض کنیم، آ) به ورودی عرضه می شود آو از طریق یک تضعیف کننده قابل تنظیم ATبه ورودی شکل دهنده می رسد اف الف. در خروجی آن، دنباله ای از پالس های کوتاه با فرکانس تکرار برابر با فرکانس اندازه گیری شده fx تشکیل می شود.

این دنباله از پالس ها به یکی از ورودی های انتخابگر موقت BC می رسد. ورودی دیگر آن از طریق واحد اتوماسیون BA دنباله ای از پالس های کنترل مستطیلی را دریافت می کند که مدت زمان آن با فاصله زمانی شمارش تعیین می شود. شمارش

این پالس ها از ولتاژ نوسانگر کوارتز مرجع CG با تقسیم فرکانس آن در تقسیم کننده فرکانس DF ​​تشکیل می شوند (شکل 4.3، d). با ضریب تقسیم n، مقدار فاصله شمارش

شمارش هایی که از انتخابگر زمان N عبور کرده اند توسط شمارنده پالس شمارش می شوند SCH. در بلوک نمایشگر BIفرکانس اندازه گیری شده تعیین می شود

,

و مقدار حاصل در بلوک نمایشگر نمایش داده می شود.

15. اصل کار یک فرکانس متر الکترونیکی هنگام اندازه گیری یک دوره

روش شمارش گسسته بر اساس تعیین (شمارش) تعداد سیکل های یک سیگنال تناوبی در طول یک بازه زمانی قابل تنظیم قابل شمارش معین است. این روش همچنین حل مسئله معکوس، یعنی اندازه گیری فواصل زمانی را با تعیین تعداد پالس های شمارش ویژه تولید شده در بازه زمانی اندازه گیری شده، ممکن می سازد.

فرض کنید یک فاصله زمانی وجود دارد تی، دنباله ای از پالس های کوتاه با دوره تکرار تییا فرکانس fzap = 1/T

این پالس ها را پالس های پر و فرکانس را فرکانس پر کردن fzap می نامند. تعداد پالس هایی که در بازه زمانی قرار می گیرند N است.

مطابقت بین این پارامترها را می توان به عنوان یک عبارت نوشت:

سیگنال از ورودی باز طریق تضعیف کننده A Tبه شکل دهنده داده می شود F B، جایی که دنباله ای از پالس ها تشکیل می شود که در آن دنباله ای از پالس ها با دوره ای برابر با دوره اندازه گیری شده تشکیل می شود. Txو در خروجی بلوک اتوماسیون BA- مدت زمان پالس را کنترل کنید Txدر این حالت سوئیچ در ورودی BA در موقعیت TB قرار دارد.

با ضرب یا تقسیم فرکانس نوسانگر کریستال مرجع کیلوگرمدر پایگاه زمانی BVدنباله ای از پالس های شمارش کوتاه با یک نقطه تشکیل می شود. این تکانه ها نیز نامیده می شوند مهرهای زمانیبا دوره (فرکانس).

پالس های شمارش N که در طول دوره شمارش از انتخابگر زمان عبور کرده اند، دوباره به مقدار دوره اندازه گیری شده محاسبه می شوند و نتیجه در دستگاه خواندن نمایش داده می شود. مقدار دوره شمارش پالس ها (مهر زمان) را می توان توسط سوئیچ گسسته مربوطه تنظیم کرد.

اگر سوئیچ در ورودی واحد اتوماسیون روی موقعیت تنظیم شده باشد تی بی10، سپس در فرآیند اندازه گیری دوره می توان آن را انجام داد
میانگین گیری یک سری از مقادیر اندازه گیری شده، که با تقسیم فرکانس سیگنال اندازه گیری شده (یا بر این اساس، ضرب دوره اندازه گیری شده) بر کیک بار. سپس با شمارش تعداد پالس های شمارش N و دوره t، مقدار دوره اندازه گیری شده خواهد بود.

16. اطلاعات کلی در مورد ابزارهای مطالعه شکل و طیف اعوجاج سیگنال غیرخطی

اسیلوسکوپ -این یک دستگاه الکترونیکی است که دارای کانال y - انحراف عمودی، کانال x - (محور زمان) انحراف افقی و کانال کمکی z - کانال روشنایی پرتو است.

آنالایزر طیف (AS)یک دستگاه انتخابی حساس است که برای تعیین اجزای فرکانس یک سیگنال طراحی شده است. طیف دامنه

مدولاسیون متر- یک دستگاه اندازه گیری طراحی شده برای تعیین ویژگی های یک سیگنال رادیویی مدوله شده - ضریب مدولاسیون دامنه و (یا) انحراف فرکانس.

17. بلوک دیاگرام یک اسیلوسکوپ جهانی

لامپ پرتوی کاتدی(CRT) اصل عملکرد دستگاه را تعیین می کند و پارامترها و امکانات کاربردی تا حد زیادی به ویژگی های آن بستگی دارد. اسیلوسکوپبطور کلی. اسیلوسکوپ ها عمدتا از CRT با کنترل پرتو الکترواستاتیک استفاده می کنند.

اصل نمایش شکل موج ولتاژ بر روی صفحه نمایش لوله اسیلوسکوپبه طور کلی می توان آن را به صورت زیر نشان داد.

ولتاژ مورد آزمایش تابعی از زمان است که در مختصات مستطیلی توسط یک نمودار نمایش داده می شود تو = f (تی ). دو جفت صفحه CRT پرتو الکترونی را در دو جهت عمود بر هم منحرف می‌کنند که می‌توان آن‌ها را به عنوان محورهای مختصات در نظر گرفت. بنابراین برای مشاهده ولتاژ مورد مطالعه بر روی صفحه CRT، لازم است که پرتو در امتداد منحرف شود. محور افقیمتناسب با زمان، و با توجه به محور عمودی- متناسب با ولتاژ مورد مطالعه (در هر لحظه از زمان).

برای این منظور، ولتاژ دندانه اره ای به صفحات انحراف افقی اعمال می شود که باعث می شود تیر به صورت افقی با سرعت ثابت از چپ به راست حرکت کند و سریع به عقب برگردد. مسافت طی شده توسط پرتو در امتداد محور افقی متناسب با زمان است.

ولتاژ مورد مطالعه به صفحات انحراف عمودی اعمال می شود، و بنابراین، موقعیت پرتو در هر لحظه از زمان به طور منحصر به فرد با مقدار سیگنال مورد مطالعه در آن لحظه مطابقت دارد. در طول عمل ولتاژ دندانه اره، پرتو منحنی سیگنال مورد مطالعه را ترسیم می کند. تصویر مشاهده شده بر روی صفحه نمایش نامیده می شود اسیلوگرام .

کانال عمودی Y، یا کانال سیگنال، برای انتقال ولتاژ منبع سیگنال مورد مطالعه به ورودی صفحات انحراف عمودی CRT طراحی شده است.

کانال افقی ایکس، یا کانال رفت و برگشت، برای ایجاد و انتقال ولتاژی عمل می کند که باعث حرکت افقی پرتو، عمدتاً متناسب با زمان می شود.

کانال کنترل روشنایی زبرای انتقال از ورودی در نظر گرفته شده است زبه الکترود کنترل سیگنال های CRT که روشنایی درخشش را تعدیل می کند.

18. هدف کانال Y یک اسیلوسکوپ جهانی، پارامترهای کانال اصلی

دستگاه ورودی (تضعیف کننده)- مقیاس سیگنال را به سطح مشخص شده در مشخصات فنی مقیاس می دهد؛ خود اپراتور مقیاس بندی را انجام می دهد.

پیش تقویت کننده (پیرو امیتر):

1. سیگنال را تقویت می کند

2. هنگامی که سیگنال می رسد، یک پالس همگام سازی ایجاد می کند

3. خروجی R را با ورودی امپدانس کم خط تاخیر مطابقت می دهد

خط تاخیرسیگنال را تا 140 میکروثانیه به تاخیر می اندازد، که تضمین می کند سیگنال تحریف نشده روی صفحه دریافت می شود.

تقویت کننده انحراف عمودی (VDA)که سیگنال را به مقدار تنظیم شده تقویت می کند.

کانال Y برای گسترش سیگنال مورد مطالعه در دامنه استفاده می شود(طراحی شده برای انتقال ولتاژ منبع سیگنال مورد مطالعه به ورودی صفحات انحراف عمودی CRT.)

طبقه بندی

• با توجه به روش اندازه گیری - دستگاه های ارزیابی مستقیم (به عنوان مثال، آنالوگ) و دستگاه های مقایسه (به عنوان مثال، رزونانس، هترودین، شمارش الکترونیکی).
• با توجه به معنای فیزیکی کمیت اندازه گیری شده - برای اندازه گیری فرکانس نوسانات سینوسی (آنالوگ)، اندازه گیری فرکانس های اجزای هارمونیک (هترودین، رزونانس، ارتعاش) و اندازه گیری فرکانس رویدادهای گسسته (شمارش الکترونیکی، خازن).
• با طراحی (طراحی) - پانل، قابل حمل و ثابت.
• فرکانس‌مترها با توجه به حوزه کاربرد خود در دو دسته بزرگ از ابزار اندازه‌گیری - ابزار اندازه‌گیری الکتریکی و ابزار اندازه‌گیری رادیویی قرار می‌گیرند. لازم به ذکر است که مرز بین این گروه از دستگاه ها بسیار شفاف است.
  • گروه ابزارهای اندازه گیری الکتریکی شامل فرکانس سنج های آنالوگ سیستم های مختلف، ارتعاش سنج ها و همچنین فرکانس سنج های تا حدی خازن و شمارش الکترونیکی می باشد.
  • گروه ابزار اندازه گیری رادیویی شامل رزونانس، هتروداین، خازن و فرکانس شمار الکترونیکی است.

فرکانس شمارهای الکترونیکی

• اصل کار شمارشگرهای فرکانس الکترونیکی (ECF) بر اساس شمارش تعداد پالس های تولید شده توسط مدارهای ورودی از یک سیگنال دوره ای با شکل دلخواه در یک بازه زمانی معین است. فاصله زمانی اندازه گیری نیز با شمارش پالس های گرفته شده از نوسانگر کوارتز داخلی ESC یا از یک منبع خارجی (مثلاً یک استاندارد فرکانس) تنظیم می شود. بنابراین، ESC یک دستگاه مقایسه است که دقت اندازه گیری آن به دقت فرکانس مرجع بستگی دارد.
• ESC به دلیل تطبیق پذیری، دامنه فرکانس وسیع (از کسری از هرتز تا ده ها مگاهرتز) و دقت بالا، رایج ترین نوع فرکانس متر است. برای افزایش برد به صدها مگاهرتز - ده ها گیگاهرتز، از بلوک های اضافی - تقسیم کننده های فرکانس و حامل های فرکانس استفاده می شود.
• علاوه بر فرکانس، اکثر ESC ها به شما امکان می دهند دوره تکرار پالس، فواصل زمانی بین پالس ها، نسبت دو فرکانس را اندازه گیری کنید و همچنین می توانید از آنها به عنوان شمارنده اعداد پالس استفاده کنید.
• برخی از ESCها (به عنوان مثال Ch3-64) شمارش الکترونیکی و روش های اندازه گیری هتروداین را ترکیب می کنند. این نه تنها دامنه اندازه گیری را افزایش می دهد، بلکه امکان تعیین فرکانس حامل سیگنال های مدوله شده با پالس را نیز فراهم می کند که با یک روش شمارش ساده امکان پذیر نیست.
• هدف:تعمیر و نگهداری، تنظیم و تشخیص تجهیزات رادیویی الکترونیکی برای اهداف مختلف، نظارت بر عملکرد سیستم های رادیویی و فرآیندهای فناوری
• مثال ها: Ch3-33، Ch3-54، Ch3-57، F5137، Ch3-84

فرکانس سنج رزونانسی

اصل عملکرد فرکانس‌سنج‌های رزونانسی مبتنی بر مقایسه فرکانس سیگنال ورودی با فرکانس تشدید طبیعی تشدید کننده قابل تنظیم است. یک مدار نوسانی، یک بخش از یک موجبر (رزوناتور حفره) یا یک بخش یک چهارم موج از یک خط می تواند به عنوان تشدیدگر استفاده شود. سیگنال کنترل شده از طریق مدارهای ورودی به تشدید کننده عرضه می شود و از تشدید کننده، سیگنال از طریق آشکارساز به دستگاه نشانگر (گالوانومتر) تغذیه می شود. برای افزایش حساسیت، برخی از شمارنده های فرکانس از تقویت کننده استفاده می کنند. اپراتور رزوناتور را با توجه به حداکثر خواندن نشانگر تنظیم می کند و فرکانس را با استفاده از چرخان تنظیم می کند.

• هدف:پیکربندی، نگهداری، کنترل عملکرد دستگاه های فرستنده گیرنده، اندازه گیری فرکانس حامل سیگنال های مدوله شده
• مثال ها: Ch2-33، Ch2-34، Ch2-45، Ch2-55

فرکانس سنج هترودین

اصل عملکرد فرکانس‌سنج‌های هتروداین مبتنی بر مقایسه فرکانس سیگنال ورودی با فرکانس یک نوسان‌گر کمکی قابل تنظیم (هتروداین) با استفاده از به اصطلاح است. روش صفر ضرب، روش کار شبیه کار با فرکانس‌سنج‌های تشدید است.

• هدف:مشابه فرکانس شمارهای رزونانسی
• مثال ها: Ch4-1، Ch4-22، Ch4-23، Ch4-24، Ch4-25

فرکانس متر خازن

فرکانس‌سنج‌های خازن الکترونیکی برای اندازه‌گیری فرکانس‌ها در محدوده ۱۰ هرتز تا ۱ مگاهرتز استفاده می‌شوند. اصل چنین فرکانس‌سنج‌هایی مبتنی بر شارژ متناوب خازن‌ها از باتری با تخلیه بعدی آن از طریق مکانیسم مغناطیسی است. این فرآیند با فرکانس برابر با فرکانس اندازه گیری شده انجام می شود، زیرا سوئیچینگ تحت تأثیر ولتاژ مورد آزمایش خود انجام می شود. در طول یک چرخه، یک بار Q = CU از طریق مکانیسم مغناطیسی جریان می یابد، بنابراین، جریان متوسطی که از نشانگر عبور می کند برابر با I_avg=Qf_x=CUf_x خواهد بود. بنابراین، قرائت آمپرمتر مغناطیسی متناسب با فرکانس اندازه گیری شده است. خطای اصلی کاهش یافته چنین فرکانس سنج در 2-3٪ نهفته است.

• هدف:راه اندازی و نگهداری تجهیزات با فرکانس پایین
• مثال ها: F5043

فرکانس متر ارتعاش (نی).

این وسیله ای است با یک قسمت متحرک به شکل مجموعه ای از عناصر الاستیک (صفحات، نی ها) که در معرض ارتعاشات تشدید کننده در معرض یک میدان مغناطیسی یا الکتریکی متناوب قرار می گیرند.

• هدف:نظارت بر منبع تغذیه
• مثال ها: B80، B87

فرکانس سنج شماره گیری آنالوگ

فرکانس سنج های آنالوگ با توجه به مکانیزم اندازه گیری مورد استفاده از سیستم های الکترومغناطیسی، الکترودینامیکی و مغناطیسی هستند. عملکرد آنها بر اساس استفاده از یک مدار وابسته به فرکانس است که ماژول امپدانس آن به فرکانس بستگی دارد. مکانیسم اندازه‌گیری معمولاً یک نسبت‌سنج است که به یک بازوی آن سیگنال اندازه‌گیری شده از طریق یک مدار مستقل از فرکانس و به دیگری از طریق یک مدار وابسته به فرکانس تأمین می‌شود؛ روتور نسبت‌سنج با اشاره‌گر، به عنوان در نتیجه برهمکنش شارهای مغناطیسی بسته به نسبت جریان در سیم پیچ ها در موقعیتی تنظیم می شود. فرکانس سنج های آنالوگ وجود دارد که بر اساس اصول مختلفی کار می کنند.

• هدف:نظارت بر منبع تغذیه
• مثال ها: D416، E353، Ts1736، M800، S 300 M1-1

نام ها و نام ها

• اسامی قدیمی
  • موج سنج- برای فرکانس سنج رزونانس و هترودین
  • هرتزمتر- برای آنالوگ پانل و فرکانس متر نی
• برای تعیین انواع فرکانس‌سنج‌های الکتریکی (فرکانس پایین)، به طور سنتی از یک سیستم تعیین صنعت استفاده می‌شود که در آن دستگاه‌ها بسته به سیستم علامت‌گذاری می‌شوند (اصل اساسی عملکرد)
  • که در xx - فرکانس سنج ارتعاش
  • D xx - دستگاه های سیستم الکترودینامیک
  • E xx - دستگاه های سیستم الکترومغناطیسی
  • م xx - دستگاه های سیستم مغناطیسی
  • سی xx - دستگاه های سیستم یکسو کننده
  • اف xx، SCH xx - دستگاه های سیستم الکترونیکی
  • ن xx - دستگاه های ضبط
• شمارنده های فرکانس رادیویی طبق GOST 15094 مشخص شده اند
  • Ch2- xx - فرکانس سنج رزونانس
  • Ch3- xx، RF3- xx - فرکانس شمارهای الکترونیکی
  • Ch4- xx - فرکانس سنج هتروداین، خازن و پل

ویژگی های استاندارد استاندارد شده فرکانس سنج ها

• محدوده فرکانس اندازه گیری شده
• خطای اندازه گیری مجاز (برای اندازه گیری های الکتریکی - کلاس دقت)
• برای ESC - ناپایداری فرکانس نوسانگر کوارتز

ادبیات

• راهنمای ابزارهای اندازه گیری الکتریکی; اد. K.K. Ilyunina - L.: Energoatomizdat،
• راهنمای ابزارهای اندازه گیری رادیویی: در 3 جلد; اد. V. S. Nasonova - M.: Sov. رادیو،

اسناد نظارتی و فنی

• GOST 8.567-99 GSI. اندازه گیری زمان و فرکانس اصطلاحات و تعاریف
• GOST 7590-93 دستگاه های اندازه گیری الکتریکی آنالوگ با عملکرد مستقیم و قطعات کمکی آنها. قسمت 4. الزامات ویژه برای فرکانس متر
• GOST 7590-78 ابزارهای اندازه گیری الکتریکی آنالوگ برای اندازه گیری فرکانس. شرایط فنی عمومی
• GOST 22335-85 شمارنده های فرکانس الکترونیکی. الزامات فنی، روش های آزمایش
• GOST 22261-94 ابزار اندازه گیری مقادیر الکتریکی و مغناطیسی. شرایط فنی عمومی
• GOST 8.422-81 GSI. فرکانس شمار. روش ها و روش های تأیید
• GOST 12692-67 فرکانس سنج رزونانس. روش ها و روش های تأیید
• OST 11-272.000-80 فرکانس سنج تشدید کننده. تنظیمات اصلی
• MI 1835-88 فرکانس شمارهای الکترونیکی. روش تایید

مهمترین مشخصه فرآیندهای دوره ای فرکانس است که با تعداد سیکل های کامل (دوره های) نوسانات در واحد بازه زمانی تعیین می شود. نیاز به اندازه گیری فرکانسدر بسیاری از زمینه‌های علم و فناوری و به ویژه اغلب در الکترونیک رادیویی پدید می‌آید که محدوده وسیعی از نوسانات الکتریکی از فرکانس‌های مادون پایین تا فرکانس‌های فوق‌العاده را شامل می‌شود.

برای اندازه‌گیری فرکانس منابع تغذیه دستگاه‌های رادیویی الکتریکی، از فرکانس‌سنج‌های الکترومغناطیسی، الکترو و فرودینامیکی با ارزیابی مستقیم در مقیاس نسبت‌سنج و همچنین فرکانس‌سنج چنگال تنظیم استفاده می‌شود. این ابزارها دارای محدودیت‌های اندازه‌گیری باریکی هستند، معمولاً در 10-% یکی از فرکانس‌های اسمی 25، 50، 60، 100، 150، 200، 300، 400، 430، 500، 800، 1000، 2، 1400 و 1500z. با ولتاژ نامی 36، 110، 115، 127، 220 یا 380 ولت کار کند.

فرکانس‌های بسیار پایین (کمتر از 5 هرتز) را می‌توان تقریباً با شمارش تعداد دوره‌های نوسان کامل در یک بازه زمانی ثابت تعیین کرد، برای مثال، با استفاده از یک دستگاه مغناطیسی الکتریکی متصل به مدار مورد مطالعه و کرونومتر. فرکانس مورد نظر برابر است با میانگین تعداد دوره های نوسان سوزن ابزار در 1 ثانیه. فرکانس های پایین را می توان با روش ولت متر، روش پل و همچنین با مقایسه با فرکانس مرجع با استفاده از ضربان های صوتی یا اسیلوسکوپ پرتو الکترونی اندازه گیری کرد. فرکانس‌سنج‌ها بر اساس روش‌های شارژ-دشارژ خازن و روش‌های شمارش گسسته در طیف وسیعی از فرکانس‌های پایین و بالا کار می‌کنند. برای اندازه‌گیری فرکانس‌های بالا و فوق‌بالا (از 50 کیلوهرتز و بالاتر)، از فرکانس‌سنج‌ها بر اساس روش‌های تشدید و هتروداین استفاده می‌شود. در فرکانس های مایکروویو (از 100 مگاهرتز و بالاتر)، روش تخمین مستقیم طول موج نوسانات الکترومغناطیسی با استفاده از خطوط اندازه گیری به طور گسترده استفاده می شود.

اگر نوسانات مورد مطالعه شکلی غیر از سینوسی داشته باشند، به عنوان یک قاعده، فرکانس هارمونیک اساسی این نوسانات اندازه گیری می شود. اگر لازم است ترکیب فرکانسی یک ارتعاش پیچیده را تجزیه و تحلیل کنید، از دستگاه های خاصی استفاده می شود - تحلیلگرهای طیف فرکانس.

فناوری اندازه گیری مدرن امکان اندازه گیری فرکانس های بالا را با خطای نسبی تا 10 -11 امکان پذیر می کند. این بدان معناست که فرکانس تقریباً 10 مگاهرتز را می توان با خطای بیش از 0.0001 هرتز تعیین کرد. نوسان سازهای کوارتز، مولکولی و اتمی به عنوان منابع فرکانس های مرجع بسیار پایدار و نوسانگرهای چنگال تنظیم در ناحیه فرکانس پایین استفاده می شوند. روش‌های تثبیت فرکانس مورد استفاده در ایستگاه‌های پخش، حفظ فرکانس را با خطای نسبی بیش از 10 -6 ممکن می‌سازد، بنابراین فرکانس‌های حامل آنها می‌توانند با موفقیت به عنوان فرکانس مرجع در اندازه‌گیری فرکانس استفاده شوند. علاوه بر این، از طریق ایستگاه های رادیویی سرویس زمان و فرکانس ایالتی اتحاد جماهیر شوروی، نوسانات تعدادی از فرکانس های استاندارد (100 و 200 کیلوهرتز، 2.5؛ 5؛ 10 و 15 مگاهرتز)، که نشان دهنده یک حامل بدون مدوله هستند، به طور دوره ای با قطع می شوند. عرضه علائم تماس و سیگنال های زمانی دقیق، به طور منظم مخابره می شود.

در بسیاری از موارد تمرین مهندسی رادیو، هنگام اندازه گیری فرکانس های پایین، خطای 5-10٪ می تواند مجاز باشد، و هنگام اندازه گیری فرکانس های بالا - تا 0.1-1٪، که الزامات مدار و طراحی را ساده می کند. فرکانس متر استفاده شده

اندازه گیری فرکانس با ولت متر

ساده ترین روش غیرمستقیم اندازه گیری فرکانس است که بر اساس وابستگی مقاومت عناصر راکتیو به فرکانس جریان عبوری از آنها است. یک طرح اندازه گیری احتمالی در شکل نشان داده شده است. 1.

برنج. 1. مدار برای اندازه گیری فرکانس با استفاده از ولت متر

زنجیره ای از یک مقاومت غیر واکنشی R و یک خازن C با تلفات کم، که پارامترهای آن دقیقاً مشخص است، به منبع نوسانات فرکانس F x متصل می شود. یک ولت متر AC با مقاومت بالا V با حد اندازه گیری نزدیک به مقدار ولتاژ ورودی به طور متناوب ولتاژهای U R و U C را روی عناصر زنجیره اندازه گیری می کند. از آنجایی که U*R = I*R، و U C = I/(2πF x C) (که I جریان در مدار است)، پس نسبت U R /U C = 2πF x RC، که به شرح زیر است:

F x = 1/(2πRC) * U R / R C

مقاومت ورودی V ولت متر باید حداقل 10 برابر مقاومت هر عنصر در زنجیره باشد. با این حال، تأثیر یک ولت متر را می توان حذف کرد اگر فقط به عنوان نشانگر برابری ولتاژهای U R و U C استفاده شود، به عنوان مثال، با تغییر صاف در مقاومت R به دست می آید. در این مورد، فرکانس اندازه گیری شده توسط تعیین می شود. یک فرمول ساده:

F x = 1/(2πRC) ≈ 0.16/(RC)،

و با ظرفیت ثابت خازن C، مقاومت متغیر R را می توان به مقیاسی با گزارش در مقادیر F x مجهز کرد.

اجازه دهید ترتیب احتمالی فرکانس های اندازه گیری شده را تخمین بزنیم. اگر مقاومت R دارای حداکثر مقاومت R M = 100 کیلو اهم باشد، در C = 0.01 μF، 1000 و 100 pF، حد بالایی اندازه گیری به ترتیب 160، 1600 و 16000 هرتز خواهد بود. هنگام انتخاب R M = 10 کیلو اهم و مقادیر ظرفیت یکسان، این محدودیت ها برابر با 1600 هرتز، 16 و 160 کیلوهرتز خواهد بود. اثربخشی روش به دقت انتخاب نام‌ها و کیفیت عناصر زنجیره RC بستگی دارد.

فرکانس متر خازنی

برای اهداف عملی، فرکانس‌سنج‌های نشان‌دهنده مستقیم راحت‌تر هستند، که امکان مشاهدات مداوم فرکانس ارتعاشات مورد مطالعه در مقیاس شماره‌گیر را فراهم می‌کنند. اینها، اول از همه، فرکانس‌سنج‌های خازنی هستند که عملکرد آنها بر اساس اندازه‌گیری مقدار متوسط ​​شارژ یا جریان تخلیه یک خازن مرجع است که به طور دوره‌ای با ولتاژ فرکانس اندازه‌گیری شده f x شارژ می‌شود. از این ابزارها برای اندازه گیری فرکانس های 5-10 هرتز تا 200-500 کیلوهرتز استفاده می شود. با خطای قابل قبول اندازه گیری تقریباً 3-5٪، می توان آنها را با استفاده از طرح های ساده انجام داد که یکی از گزینه های آن در شکل نشان داده شده است. 2. در اینجا، ترانزیستور T1، که در حالت سوئیچ کار می کند، با ولتاژ فرکانس f x کنترل می شود که از پتانسیومتر ورودی R1 به پایه آن عرضه می شود. در صورت عدم وجود سیگنال ورودی، ترانزیستور T1 باز است، زیرا پایه آن از طریق مقاومت های R3 و R2 به قطب منفی منبع تغذیه متصل می شود. در این مورد، یک افت ولتاژ U در سراسر مقاومت R5 تقسیم کننده R5، R2 ایجاد می شود. دومی، به دلیل وجود یک خازن بزرگ C2، به عنوان ولتاژ تغذیه آبشار ترانزیستور ثابت می شود و با تغییرات سریع دوره ای در حالت ترانزیستور تقریباً تغییر نمی کند. هنگام نصب سوئیچ که دردر موقعیت "U-"، متر And، که به صورت سری به مقاومت اضافی R6 متصل است، ولت متری را تشکیل می دهد که ولتاژ ثابت U را در خازن C2 اندازه گیری می کند، که در یک سطح مشخص، به عنوان مثال 15 ولت، با کمک حفظ می شود. به جای مدار مورد بحث، می توان با موفقیت از تثبیت ولتاژ پارامتریک روی دیود زنر استفاده کرد که نیازی به نظارت سیستماتیک ندارد.

برنج. 2. مدار فرکانس متر خازنی

در طول نیم چرخه مثبت ولتاژ ورودی فرکانس f x، ترانزیستور T1 بسته می شود و ولتاژ در کلکتور آن به شدت به مقدار U افزایش می یابد. در این حالت یکی از خازن های C به سرعت به ولتاژی نزدیک به U شارژ می شود که جریان شارژ آن از کنتور عبور می کند. وو دیود D2. در طول نیم چرخه منفی، ترانزیستور T1 باز می شود، مقاومت آن بسیار کم می شود، که منجر به تخلیه سریع و تقریبا کامل خازن C با جریان عبوری از دیود D1 می شود. در طول یک دوره فرکانس اندازه گیری شده، مقدار الکتریسیته ای که در هنگام شارژ به خازن وارد می شود و در هنگام تخلیه توسط خازن آزاد می شود q ≈ CU است. از آنجایی که فرآیند شارژ-تخلیه با فرکانس f x تکرار می شود، پس مقدار متوسط منجریان شارژ ثبت شده توسط متر و، مشخص می شود که متناسب با این فرکانس است:

I = q*f x ≈ C*U*f x .

این به متر اجازه می دهد تا با یک مقیاس خطی مجهز شود که مستقیماً در مقادیر فرکانس های اندازه گیری شده کالیبره می شود.

اگر جریان انحراف کل متر I و ولتاژ ثابت U مشخص باشد، برای یک مقدار حدی معین از فرکانس های اندازه گیری شده f p خازن باید دارای ظرفیت باشد.

C = I و /(U*f n).

به عنوان مثال، با مقادیر عناصر مدار نشان داده شده در شکل. 2، فرکانس متر را می توان تنظیم کرد تا در محدوده های اندازه گیری بالای 100 هرتز، 1، 10 و 100 کیلوهرتز کار کند.

در این مدار، سوئیچ ترانزیستور T1 به طور همزمان وظایف یک تقویت کننده-محدود کننده را انجام می دهد، به همین دلیل قرائت های فرکانس متر کمی به شکل ولتاژ ورودی بستگی دارد. هر ولتاژ ورودی دوره ای با دامنه تقریباً 0.5 ولت و بالاتر به یک ولتاژ پالسی تقریباً مستطیلی با دامنه ثابت U f تبدیل می شود که مدار اندازه گیری (شمارش) فرکانس متر را تغذیه می کند. خازن C3، یک شنت متر، موج های سوزن دومی را هنگام اندازه گیری پایین ترین فرکانس های محدوده عمومی صاف می کند.

مقاومت تریمر R7 که به صورت موازی با متر وصل شده است، برای تصحیح مقیاس فرکانس متر در حین کار آن عمل می کند. در این حالت، یک ولتاژ فرکانس مرجع از یک ژنراتور اندازه‌گیری یا یک شبکه جریان متناوب (50 هرتز) به ورودی فرکانس‌سنج وارد می‌شود و با تنظیم مقاومت R7، سوزن متر به تقسیم مربوط به مقیاس فرکانس منحرف می‌شود. این تنظیم چندین بار تکرار می شود و با تنظیم فوق الذکر ولتاژ تغذیه U که با استفاده از مقاومت R2 انجام می شود، متناوب می شود.

ولتاژ ورودی کمتر از 0.3-0.5 ولت ممکن است برای خاموش کردن ترانزیستور T1 در اکثر نیم سیکل مثبت کافی نباشد. سپس خازن C زمان شارژ شدن به ولتاژ U را نخواهد داشت و قرائت فرکانس متر دست کم گرفته می شود. برای افزایش حساسیت ولتاژ ورودی به 20-50 میلی ولت، سوئیچ الکترونیکی گاهی اوقات با یک مرحله تقویت، مطابق مدار با یک امیتر مشترک انجام می شود.

اگر ولتاژ ورودی بیش از حد باشد، ترانزیستور ورودی ممکن است آسیب ببیند. این منجر به نیاز به گنجاندن عناصر محدود کننده یا تنظیم کننده در ورودی می شود، به عنوان مثال، پتانسیومتر R1 در مدار در شکل. 2. ولتاژ ورودی باید به تدریج افزایش یابد، با نظارت بر قرائت های فرکانس متر، و هنگامی که دومی، پس از یک فاصله زمانی مشخص از افزایش، تثبیت شد، فرکانس f x را می توان تخمین زد. نظارت بر ولتاژ ورودی به منظور تنظیم آن در سطح بهینه برای یک فرکانس متر معین، به عنوان مثال 1.5 ولت مفید است. در این مدار، این در موقعیت "U~" سوئیچ B انجام می شود، زمانی که متر با دیودهای D1، D2 و مقاومت R4 یک جریان ولت متر AC با حد اندازه گیری تقریباً 3 ولت تشکیل می دهند و ولتاژ گرفته شده از پتانسیومتر R1 را کنترل می کنند.

فرکانس‌سنج‌های ساخته شده بر اساس مدارهایی مشابه مدارهای مورد بحث در بالا فقط در ولتاژهای ورودی نزدیک به ولتاژهای (معمولاً سینوسی) مورد استفاده در هنگام اشکال‌زدایی و کالیبراسیون دستگاه، قرائت‌های نسبتاً دقیقی را ارائه می‌دهند. فرکانس‌سنج خازنی جهانی به شما امکان می‌دهد فرکانس‌های ولتاژ پیوسته و پالسی را با هر شکل و قطبی در طیف وسیعی از فرکانس‌ها و ولتاژ ورودی اندازه‌گیری کنید. - مرحله تطبیق - تقویت کننده - ماشه اشمیت - مدار افتراق با دیود فیلتر - مولتی ویبراتور آماده به کار - مدار شمارش. یک تقسیم کننده ورودی با امپدانس بالا، معمولاً پله ای، حداکثر ولتاژ ورودی مجاز را تا صدها ولت افزایش می دهد. یک امیتر یا دنبال کننده منبع، امپدانس ورودی بالایی را برای دستگاه فراهم می کند و تأثیر آن را بر مدارهای مورد آزمایش ضعیف می کند. تقویت کننده حداکثر ولتاژ ورودی مجاز را به ده ها میلی ولت کاهش می دهد. نوسانات فرکانس f x تقویت شده توسط آن به طور دوره ای یک ماشه اشمیت را ایجاد می کند که پالس های مستطیلی با فرکانس تکرار f x ایجاد می کند.

برنج. 3. طرح فرکانس متر خازنی جهانی

از آنجایی که مدت زمان این پالس ها به فرکانس و دامنه سیگنال ورودی بستگی دارد، برای اندازه گیری دقیق فرکانس مناسب نیستند. بنابراین، با کمک یک مدار RC متمایز، هر پالس مستطیلی ماشه به یک جفت پالس نوک تیز با قطبیت های مختلف تبدیل می شود. یکی از این پالس ها، که در لبه سقوط پالس مستطیلی رخ می دهد، توسط یک دیود فیلتر می شود، و دوم، مربوط به لبه بالارونده پالس مستطیلی فلیپ فلاپ، برای راه اندازی مولتی ویبراتور آماده به کار استفاده می شود. دومی پالس های مستطیلی با مدت زمان و دامنه کاملاً مشخص تولید می کند که فرکانس تکرار آن آشکارا برابر با f x است. در نتیجه، یک مدار شمارش با خازن های قابل تعویض با درجه بندی های مختلف، عناصر یکسو کننده و یک عدد شمارنده اندازه گیری فرکانس f x را با استقلال کامل قرائت از دامنه و شکل ولتاژ ورودی تضمین می کند. به منظور کاهش خطای اندازه گیری (در بهترین نمونه ها از 1% تجاوز نمی کند)، مدت زمان بهینه پالس های مولتی ویبراتور در هر حد فرکانس تقریباً برابر با نیمی از دوره بالاترین فرکانس این حد اندازه گیری تنظیم می شود. اگر فرکانس‌سنج جهانی از یک شبکه جریان متناوب تغذیه می‌شود، باید تثبیت پارامتریک ولتاژ یکسو شده انجام شود و فرکانس شبکه 50 هرتز یا مقدار دو برابر آن 100 هرتز (فرکانس ضربان) به عنوان مرجع برای مقیاس استفاده می‌شود. تصحیح

در دستگاه های خاص، نمودار عملکردی در نظر گرفته شده در نسخه های مختلف پیاده سازی می شود. در شکل شکل 3 نموداری از یک فرکانس‌سنج جهانی نسبتاً ساده با محدودیت‌های اندازه‌گیری بالایی 200، 2000 و 20000 هرتز را نشان می‌دهد که در آن می‌توان از متر استفاده کرد. وبا جریان انحراف کل 1-3 میلی آمپر. این دستگاه شامل یک تقسیم کننده گام ورودی R1-R3، یک تقویت کننده در ترانزیستور T1، یک ماشه اشمیت در ترانزیستورهای T2 و T3، یک مدار تمایز C3، R13 با دیود D2 است که تنها پالس های قطب مثبت را عبور می دهد، و یک مولتی ویبراتور آماده به کار روی ترانزیستورها. T4، T5. ویژگی خاص فرکانس متر عدم وجود عناصر یکسو کننده خاص است. AND متر در یکی از بازوهای مولتی ویبراتور قرار دارد که برای یک بازه زمانی ثابت توسط پالس های ماشه متفاوت باز می شود و مقدار متوسط ​​جریان کلکتور را متناسب با فرکانس f x ثبت می کند. حدود بالایی اندازه گیری f p با مدت زمان پالس های مولتی ویبراتور تعیین می شود که با انتخاب مقادیر خازن های C4-C6 با استفاده از مقاومت های برش R18-R20 تنظیم می شود. از آنجایی که در این مدار تمام زنجیره های شمارش RC به هم متصل هستند، باید به ترتیب زیر تنظیم شوند: C4-R18، C5-R19 و C6-R20، و به دنبال آن مجدداً تمام محدودیت ها با مقاومت های R18-R20 تنظیم شوند.

خطای اندازه گیری فرکانس متر عمدتاً توسط دقت تنظیم و پایداری مولتی ویبراتور آماده به کار تعیین می شود ، بنابراین ولتاژ تغذیه دومی توسط مقاومت R12 و دیود زنر D1 تثبیت می شود. با استفاده از مقاومت پیرایش R4، بایاس بهینه بر اساس ترانزیستور T1 (4-5 ولت) انتخاب می شود. اگر محدودیت اندازه گیری فرکانس بالا (مثلا تا 200 کیلوهرتز) وجود دارد، برای افزایش سرعت ماشه و مولتی ویبراتور، اتصال خازن های کوچک (ده ها پیکوفاراد) به موازات مقاومت های R10 و R15 مفید است.

از آنجایی که تقویت کننده در ترانزیستور T1 در حالت محدود کننده دامنه کار می کند، در ولتاژهای ورودی تا 10-20 ولت می توانید بدون تقسیم کننده ولتاژ ورودی انجام دهید. در این حالت، یک مقاومت محدود کننده باید در ورودی روشن شود.

فرکانس‌سنج‌های الکترونیکی (دیجیتال)

فرکانس شمار های الکترونیکی در قابلیت های خود دستگاه های جهانی هستند. هدف اصلی آنها اندازه گیری فرکانس نوسانات پیوسته و پالسی است که در محدوده فرکانس وسیع (از حدود 10 هرتز تا 100 مگاهرتز) با خطای اندازه گیری بیش از 0.0005٪ انجام می شود. علاوه بر این، اندازه گیری دوره های نوسانات فرکانس پایین، مدت زمان پالس، نسبت دو فرکانس (دوره ها) و غیره را ممکن می سازند.

عملکرد فرکانس‌سنج‌های شمارش الکترونیکی بر اساس شمارش گسسته تعداد پالس‌هایی است که در یک بازه زمانی کالیبره شده به یک شمارنده الکترونیکی با نمایشگر دیجیتال می‌رسند. در شکل شکل 4 نمودار عملکردی ساده شده دستگاه را نشان می دهد. ولتاژ فرکانس اندازه گیری شده f x در دستگاه تشکیل دهنده تقویت کننده به دنباله ای از پالس های تک قطبی تبدیل می شود که با همان فرکانس f x تکرار می شوند. برای این منظور، اغلب از یک سیستم تقویت کننده محدود کننده و یک ماشه اشمیت استفاده می شود که در خروجی با یک مدار متمایز کننده و یک محدود کننده دیود تکمیل می شود (نگاه کنید به و شکل 3). یک انتخابگر زمان (یک سوئیچ الکترونیکی با دو ورودی) این پالس ها را فقط در طول یک بازه زمانی کاملاً ثابت Δt به شمارنده الکترونیکی ارسال می کند که توسط مدت زمان پالس مستطیلی که در ورودی دوم آن عمل می کند تعیین می شود. هنگام ثبت m پالس با شمارنده، فرکانس اندازه گیری شده توسط فرمول تعیین می شود

به عنوان مثال، اگر در طول زمان Δt = 0.01 s، 5765 پالس مشخص شود، آنگاه f x = 576.5 کیلوهرتز.

خطای اندازه گیری فرکانس عمدتاً توسط خطای کالیبراسیون بازه زمانی شمارش انتخاب شده تعیین می شود. جزء اصلی در سیستم برای تشکیل این بازه، یک نوسان ساز کوارتز بسیار پایدار است، مثلاً با فرکانس 100 کیلوهرتز. نوساناتی که با کمک گروهی از تقسیم کننده های فرکانس متصل به سری ایجاد می کند به نوساناتی با فرکانس (f 0) 10 و 1 کیلوهرتز، 100، 10، 1 و 0.1 هرتز تبدیل می شود. که مربوط به دوره های (T 0) 0.0001; 0.001; 0.01; 0.1; 1 و 10 ثانیه (یک یا دو مورد آخر از مقادیر نشان داده شده f 0 و T 0 برای برخی فرکانس سنج ها وجود ندارد).

نوسانات فرکانس انتخاب شده (از طریق سوئیچ B2) f 0 (مقدار عددی دومی ضریب شمارنده است) با استفاده از یک ماشه اشمیت به نوسانات مستطیلی با فرکانس تکرار f 0 تبدیل می شود. تحت عمل آنها، یک پالس بازه زمانی Δt = T 0 = 1/f 0 به شکل کاملا مستطیلی در دستگاه کنترل تشکیل می شود. این پالس باعث می‌شود که قرائت‌های شمارنده قبلی مجدداً تنظیم شوند و سپس (با تأخیر چند میکروثانیه) به انتخابگر رسیده و آن را برای مدتی Δt باز می‌کند تا پالس‌هایی با فرکانس تکرار f x ارسال شود. پس از بستن سلکتور، تعداد پالس های گذرانده شده توسط آن توسط نشانگر شمارنده ثبت می شود و فرکانس اندازه گیری شده با فرمول f x = m*f 0 تعیین می شود.

برنج. 4. نمودار عملکردی ساده شده یک فرکانس متر شمارش الکترونیکی (دیجیتال).

مدار کنترل انتخابگر را می توان به صورت دستی راه اندازی کرد (با فشار دادن دکمه "شروع"). در این حالت، دستگاه کنترل یک پالس منفرد با مدت زمان Δt را به انتخابگر می فرستد و شمارنده یک نتیجه اندازه گیری یک بار با زمان نشان دادن نامحدود تولید می کند. در حالت اندازه گیری فرکانس خودکار، پالس های رله زمانی به صورت دوره ای تکرار می شوند و نتایج اندازه گیری در بازه های زمانی انتخاب شده به روز می شوند.

فرکانس‌سنج می‌تواند به عنوان منبع نوسانات تعدادی از فرکانس‌های مرجع f 0 که با استفاده از نوسان‌گر کوارتز، ضرب‌کننده و تقسیم‌کننده‌های فرکانس به دست آمده و از یک خروجی خاص گرفته شده است، استفاده کند. همان نوسانات اعمال شده بر روی ورودی فرکانس متر می تواند برای بررسی صحت قرائت های متر مفید باشد.

شمارنده فرکانس سنج از 4-7 دهه محاسبه مجدد روی مدارهای ماشه و لامپ های نشانگر دیجیتال مونتاژ می شود. تعداد دهه ها حداکثر تعداد ارقام مهم (اعداد) را در نتایج اندازه گیری تعیین می کند. خطای شمارش احتمالی که خطای گسستگی نامیده می شود، یک واحد در کمترین رقم قابل توجه است. بنابراین، انتخاب یک بازه زمانی شمارش Δt که از حداکثر تعداد ارقام شمارنده استفاده می کند، مطلوب است. بنابراین، در مثال مورد بحث در بالا، با Δt = 0.01 s (f 0 = 100 هرتز)، چهار رقم شمارنده و نتیجه اندازه گیری f x = 576.5 کیلوهرتز + 100- هرتز برای شمارش کافی بود. فرض کنید اندازه‌گیری‌ها در Δt = 0.1 ثانیه (f 0 = 10 هرتز) تکرار می‌شوند و تعداد m = 57653 پالس به‌دست می‌آید. سپس f x = 576.53 کیلوهرتز +-10 هرتز. یک خطای گسست حتی کوچکتر (+-1 هرتز) در Δt = 1 ثانیه به دست می آید (در این مورد، شمارنده باید حداقل شش دهه داشته باشد).

هنگام گسترش دامنه اندازه گیری فرکانس متر به سمت فرکانس های بالا، عامل محدود کننده سرعت دهه های محاسبه مجدد است. هنگام اجرای مدارهای ماشه روی ترانزیستورهای سیلیکونی با فرکانس بالا (به عنوان مثال، نوع KT316A)، که زمان جذب بار در پایه تقریباً 10 ns دارند، فرکانس قابل اندازه گیری حد بالایی می تواند به ده ها مگاهرتز برسد. در برخی ابزارها، هنگام اندازه گیری فرکانس های بالای بیش از 10 مگاهرتز، ابتدا با استفاده از روش هتروداین به فرکانس کمتر از 10 مگاهرتز (به عنوان مثال، فرکانس 86.347 مگاهرتز به فرکانس 6.347 مگاهرتز) تبدیل می شوند. ).

عامل محدود کننده حد پایین فرکانس اندازه گیری شده زمان اندازه گیری است. برای مثال، اگر بزرگترین بازه زمانی شمارش را برای بسیاری از فرکانس‌سنج‌ها روی Δt = 1 s قرار دهیم، وقتی شمارنده 10 پالس را ثبت می‌کند، نتیجه اندازه‌گیری فرکانس f x = 10 = +-1 هرتز خواهد بود، یعنی. خطای اندازه گیری می تواند به 10٪ برسد. برای کاهش خطا، فرض کنید، به 0.01٪، شمردن پالس ها در یک دوره زمانی Δt = 1000 ثانیه ضروری است. حتی زمان بیشتری برای اندازه گیری دقیق فرکانس های برابر با 1 هرتز یا کمتر مورد نیاز است. بنابراین، در فرکانس شمار های الکترونیکی، اندازه گیری فرکانس های بسیار پایین f x با اندازه گیری دوره نوسان آنها T x = 1/f x جایگزین می شود. مدار اندازه گیری دوره نوسان با نصب کلید تشکیل می شود در 1به موقعیت "Tx" (شکل 4). ولتاژ مورد مطالعه، پس از تبدیل در ماشه اشمیت، بر روی دستگاه کنترل عمل می کند، که در آن یک پالس مستطیلی با مدت زمان Tx تشکیل می شود و انتخابگر زمان را در حالت باز نگه می دارد. در طی این مدت، شمارنده پالس های تولید شده از نوسانات یکی از فرکانس های مرجع f o را که با تنظیم سوئیچ تعیین می شود، ثبت می کند. در 2. برای تعداد m پالس های مشخص شده، دوره اندازه گیری شده است

به عنوان مثال، با m = 15625 و f 0 = 1000 هرتز، دوره T x = 15.625 s، که مربوط به فرکانس f x = 1/T x = 0.054 هرتز است. برای کاهش خطای آنها، توصیه می شود اندازه گیری ها را در بالاترین فرکانس ممکن f o انجام دهید (البته به استثنای بارگذاری بیش از حد متر). اگر دوره T x< 1 с (f x >1 هرتز)، پس ممکن است منطقی باشد که از نوسانات فرکانس f 0 برابر با 1 یا 10 مگاهرتز استفاده کنیم که پس از ضرب کننده های فرکانس به دست می آیند. در این حالت، حد پایین فرکانس های اندازه گیری شده را می توان تا 0.01 هرتز افزایش داد.

اندازه گیری نسبت دو فرکانس f 1 / f 2 (f 1 > f 2) مربوط به تنظیم سوئیچ های B2 در موقعیت "خاموش" و B1 در موقعیت "f x" است. ولتاژی با فرکانس پایین f 2 به پایانه های "f o" اعمال می شود و دوره آن بازه زمانی شمارش Δt را تعیین می کند. ولتاژ فرکانس f 1 عرضه شده به ورودی به پالس هایی تبدیل می شود که تعداد آنها (m) توسط شمارنده در طول زمان Δt = 1/f 2 ثبت می شود. نسبت فرکانس مورد نظر f 1 / f 2 = m (با خطا تا واحد). بدیهی است که این روش برای یافتن نسبت فرکانس‌های بسیار متفاوت بسیار منطقی است.

از معایب فرکانس شمارهای الکترونیکی می توان به پیچیدگی مدارهای آنها، ابعاد و وزن قابل توجه و هزینه بالا اشاره کرد.

روش های اندازه گیری فرکانس اسیلوگرافی

فرکانس اندازه گیری شده را می توان با مقایسه آن با فرکانس مرجع شناخته شده f o تعیین کرد. این مقایسه اغلب با استفاده از اسیلوسکوپ پرتو کاتدی یا روش های ضربتی انجام می شود.

اسیلوسکوپ های پرتو کاتدی برای اندازه گیری فرکانس های نوسان شکل موج های سینوسی در یک محدوده فرکانسی تقریباً 10 هرتز تا مقدار تعیین شده توسط حد بالایی پهنای باند کانال انحراف استفاده می شود. خطای اندازه گیری عملاً برابر با خطای کالیبراسیون منبع نوسان (ژنراتور) فرکانس مرجع f 0 است. اغلب، با استفاده از نمودار اتصال نشان داده شده در شکل، اندازه گیری ها با اسکن اسیلوسکوپ خاموش انجام می شود. 5. ولتاژ فرکانس های اندازه گیری شده و شناخته شده به طور مستقیم یا از طریق تقویت کننده ها به جفت های مختلف صفحات انحرافی CRT اعمال می شود (بسته به اینکه این ولتاژها بر کدام ورودی اسیلوسکوپ تأثیر می گذارد، فرکانس آنها را با f x و f y نشان خواهیم داد). اگر این فرکانس ها به صورت اعداد صحیح با یکدیگر مرتبط باشند، مثلاً 1:1، 1:2، 2:3 و غیره، حرکت پرتو الکترونی تناوبی می شود و یک تصویر ثابت به نام شکل Lissajous روی صفحه مشاهده می شود. . شکل این شکل به نسبت دامنه ها، فرکانس ها و فازهای اولیه نوسانات مقایسه شده بستگی دارد.

برنج. 5. طرح اندازه گیری فرکانس با استفاده از روش شکل Lissajous

در شکل شکل 6 تشکیل یک شکل Lissajous را زمانی نشان می دهد که صفحات منحرف کننده لوله در معرض دو نوسان سینوسی با فرکانس یکسان و دامنه های مساوی، اما دارای فازهای اولیه متفاوت هستند. این شکل ظاهر یک بیضی مایل است که با جابجایی فاز بین نوسانات 0 تا 180 درجه، به صورت یک خط مایل مستقیم فشرده می شود و با تغییر فاز 90 درجه و 270 درجه، به یک دایره تبدیل می شود (به طور معمول ما فرض کنید حساسیت به انحراف هر دو جفت صفحه یکسان است). اگر دامنه ولتاژ فرکانس های f x و f y برابر نباشد، در حالت دوم، به جای دایره، یک بیضی با محورهای موازی با صفحات صفحات منحرف کننده مشاهده می شود.

برنج. 6. ساخت یک اسیلوگرام با نسبت فرکانس های مقایسه شده f x /f y = 1

اگر نسبت فرکانس f x /f y (یا f y /f x) برابر با دو باشد، شکل روی صفحه به شکل شکل هشت است که با جابجایی فاز اولیه 90 و 270 درجه، به صورت قوس منقبض می شود. (تغییر فاز اولیه همیشه نسبت به دوره ولتاژ فرکانس بالاتر ارزیابی می شود). از جدول نشان داده شده در شکل. 7، واضح است که هرچه تعداد کسری که نسبت فرکانس های مقایسه شده را مشخص می کند بیشتر باشد، شکل Lissajous پیچیده تر روی صفحه مشاهده می شود.

در طول اندازه گیری، فرکانس نوسانگر مرجع f 0 (برابر f x یا f y) به آرامی تغییر می کند تا زمانی که یکی از شکل های Lissajous با ساده ترین شکل ممکن روی صفحه ظاهر شود. این شکل به صورت ذهنی با خطوط xx و y موازی با صفحات منحرف کننده X1، X2 و Y1، Y2 عبور می کند و تعداد تقاطع های هر خط با شکل شمارش می شود. نسبت اعداد به دست آمده دقیقا برابر با نسبت فرکانس های f x:f y است مشروط بر اینکه خطوط ترسیم شده از نقاط گرهی شکل یا مماس بر آن عبور نکنند و شکل نوسانات مقایسه شده نزدیک به سینوسی باشد. .

برنج. 7. ارقام مشاهده شده بر روی صفحه نمایش در نسبت های فرکانسی مختلف f x / f y

با تعیین نسبت f x:f y و دانستن یکی از فرکانس ها، به عنوان مثال f y، به راحتی می توان فرکانس دوم را پیدا کرد.

فرض کنید در یک فرکانس معلوم f y = 1000 هرتز شکل نشان داده شده در شکل روی صفحه نمایش به دست می آید. 5. از ساختار نشان داده شده در نقاشی مشخص است که این شکل مربوط به نسبت فرکانس f x:f y = 3:4 است که از آن f x = 750 هرتز است.

به دلیل برخی ناپایداری فرکانس های مقایسه شده، رابطه عدد صحیح یا کسری-عقلانی ایجاد شده بین آنها به طور مداوم نقض می شود، که منجر به تغییر تدریجی شکل شکل مشاهده شده، عبور متوالی از تمام حالت های فاز ممکن می شود. اگر زمان Δt را ثابت کنیم که در طی آن شکل یک چرخه کامل از تغییرات فاز را تجربه می کند (از 0 تا 360 درجه)، آنگاه می توانیم تفاوت بین فرکانس های مقایسه شده را محاسبه کنیم |f x - f y | = 1/Δt که علامت آن را می توان به راحتی با تغییر کمی فرکانس f 0 به صورت تجربی تعیین کرد. در فرکانس‌های بالا، حتی یک ناپایداری بسیار کوچک یکی از فرکانس‌ها باعث تغییرات سریعی در شکل Lissajous می‌شود که تعیین نسبت فرکانس غیرممکن می‌شود. این حد بالای فرکانس های قابل اندازه گیری را به حدود 10 مگاهرتز محدود می کند.

برنج. 8. مدار اندازه گیری فرکانس با استفاده از روش اسکن دایره ای با مدولاسیون روشنایی

زمانی که نسبت عدد صحیح فرکانس های مقایسه شده از 8-10 بیشتر شود یا نسبت کسری آنها با اعداد مخرج یا عددی بیشتر از 4-5 باشد، به دلیل پیچیدگی شکل Lissajous، احتمال خطا در تعیین نسبت فرکانس واقعی افزایش می یابد. . تعیین دقیق نسبت های فرکانس اعداد صحیح نسبتاً بزرگ (تا 30-50) را می توان با استفاده از روش اسکن دایره ای با مدولاسیون روشنایی تصویر انجام داد (شکل 8). در این مورد، ولتاژی با فرکانس پایین‌تر f 1، با استفاده از دو مدار RC تقسیم فاز یکسان، به دو ولتاژ با فرکانس یکسان تبدیل می‌شود که متقابلاً 90 درجه در فاز جابجا می‌شوند. هنگامی که این ولتاژها به ترتیب به ورودی های Y و X اسیلوسکوپ اعمال می شود و نسبت دامنه آنها توسط مقاومت های R و کنترل های بهره کانال های Y و X تنظیم می شود، نقطه نوری روی صفحه در امتداد یک منحنی حرکت می کند. نزدیک به یک دایره؛ دومی با استفاده از کنترل روشنایی به وضوح قابل مشاهده است. ولتاژی با فرکانس بالاتر f 2 به ورودی مدولاتور M (یا کانال Z) اعمال می شود و به طور دوره ای شدت پرتو الکترونی و بنابراین روشنایی بخش های منحنی اسکن روی صفحه را افزایش و کاهش می دهد. . با نسبت فرکانس عدد صحیح f 2: f 1 = m که با تغییر یکی از آنها به دست می آید، منحنی دایره مشاهده شده خط تیره می شود، شامل fبخش های نورانی بی حرکت با طول مساوی که با فواصل تاریک از هم جدا شده اند. هنگامی که رابطه اعداد صحیح نقض می شود، چرخش دایره نقطه چین مشاهده می شود که در سرعت زیاد آن دایره جامد به نظر می رسد.

روش در نظر گرفته شده همچنین می تواند برای اندازه گیری فرکانس تکرار f p نوسانات پالس استفاده شود. در این حالت، یک جارو دایره ای با استفاده از ولتاژ فرکانس مرجع f 0 انجام می شود و با یک کنترل روشنایی بسته به قطبیت (به ترتیب منفی یا مثبت) نوسانات پالس عرضه شده به مدولاتور، قابل مشاهده یا نامرئی می شود. مورد دوم در حالت اول، بر روی خط اسکن شکاف های تیره و در حالت دوم نقاط درخشان ایجاد می کند. با تغییر آرام فرکانس fo (از حداقل مقدار ممکن آن)، یک رد پالس ثابت یا به آرامی در حال حرکت روی خط اسکن، با f p = f 0 به دست می‌آید.

فرکانس fp نوسانات پالس را می توان با استفاده از نمودار در شکل 1 اندازه گیری کرد. 5 هنگام اعمال یک ولتاژ سینوسی با فرکانس مرجع f 0 به ورودی X و یک ولتاژ پالس به ورودی Y اسیلوسکوپ. فرکانس اسکن f 0 = f x به تدریج افزایش می یابد، از کمترین مقدار آن شروع می شود، تا زمانی که یک تصویر نسبتاً پایدار از یک پالس منفرد روی صفحه ظاهر شود، که وقتی f p = f 0 رخ می دهد. این روش اندازه‌گیری احتمال خطا را از بین می‌برد، زیرا یک پالس منفرد روی صفحه برای نسبت‌های فرکانسی دیگر، بزرگتر از واحد، f 0:f n مشاهده می‌شود.

اندازه گیری فرکانس با استفاده از روش های ضربان

منبع نوسانات فرکانس های مرجع معمولاً یک مولد اندازه گیری با تنظیم صاف یا بدون پله است که فرکانس آن f 0 را می توان برابر با فرکانس اندازه گیری شده f x تنظیم کرد. اگر فرکانس‌های f 0 و f x صدا باشند، می‌توان با گوش دادن به آهنگ‌های ارتعاشاتی که با استفاده از تلفن یا بلندگو ایجاد می‌کنند، برابری آنها را تقریباً ارزیابی کرد.

خطای اندازه گیری تقریباً به خطای کالیبراسیون ژنراتور اندازه گیری کاهش می یابد اگر نوسانات الکتریکی هر دو فرکانس مقایسه شده به طور همزمان بر روی تلفن ها مطابق با نمودار در شکل 1 اعمال شود. 9، الف. اگر فرکانس‌های f 0 و f x به یکدیگر نزدیک باشند، هنگامی که نوسانات مربوطه اضافه می‌شوند، ضربان‌های صوتی به وجود می‌آیند که خود را با افزایش و کاهش دوره‌ای در شدت صدای T f که در تلفن‌ها شنیده می‌شود، نشان می‌دهند. فرکانس ضربان

را می توان با گوش دادن به تعداد افزایش یا کاهش شدت صدا در یک دوره زمانی مشخص تعیین کرد. برای اینکه ضربان ها کاملاً واضح ظاهر شوند، دامنه نوسانات فرکانس های f 0 و f x باید تقریباً یکسان باشد. این از در نظر گرفتن شکل بدست می آید. 9، b، که در آن منحنی متوسط ​​نوسانات با فرکانس F حاصل جمع منحنی‌های نوسان بالا و پایین مربوط به فرکانس‌های f 0 و f x است.

برنج. 9. به اصل اندازه گیری فرکانس های پایین با استفاده از روش ضربان آکوستیک

با تغییر تنظیمات ژنراتور، فرکانس f 0 به فرکانس f x نزدیکتر می شود که با افزایش دوره ضربان تشخیص داده می شود. هنگامی که فرکانس های مقایسه شده با هم منطبق می شوند، ضربان ها ناپدید می شوند و صدای یکنواختی در تلفن ها شنیده می شود. به جای تلفن، می توان از یک ولت متر AC به عنوان نشانگر ضربان استفاده کرد. این به ویژه هنگام اندازه گیری فرکانس های بالاتر از 5 کیلوهرتز، که صدای آن به وضوح در تلفن ها شنیده نمی شود، مفید است.

در فرکانس های بالا، مقایسه فرکانس های f 0 و f x اغلب با استفاده از روش ضربان صفر انجام می شود. در شکل 10 ساده ترین طرح اندازه گیری را نشان می دهد. نوسانات فرکانس f 0 و f x به طور همزمان از طریق سیم پیچ های جفت L1، L2 و L وارد مدار دیود D می شوند. در نتیجه تشخیص نوسان کل، یک جریان ضربانی در مدار دیود ظاهر می شود که شامل اجزای فرکانس های اساسی f 0 و f x و همچنین اجزای هارمونیک های بالاتر و فرکانس های ترکیبی f 0 + f x و |f 0 - f x | . اگر فرکانس های f 0 و f x نزدیک به یکدیگر باشند، آنگاه فرکانس اختلاف ضربان F = |f 0 - f x | ممکن است در محدوده فرکانس های صوتی باشد و آهنگ این فرکانس در تلفن های Tf شنیده می شود که توسط خازن C از جریان های فرکانس بالا جدا شده است.

برنج. 10. به اصل اندازه گیری فرکانس های بالا با استفاده از روش ضربان صفر

اگر یکی از فرکانس ها را تغییر دهید، مثلا f o را به فرکانس دیگری نزدیک کنید f x، صدای گوشی ها کاهش می یابد و اگر این فرکانس ها برابر باشند، ضربات صفر مشاهده می شود که با از دست دادن صدا در گوشی ها تشخیص داده می شود. بنابراین، اندازه گیری فرکانس به تعیین فرکانس نوسانگر مرجع که در آن ضربان صفر رخ می دهد کاهش می یابد. همانطور که از نمودار در شکل مشاهده می شود. 11، a، هنگام دور شدن از نقطه صفر، فرکانس اختلاف F هم با افزایش و هم با کاهش فرکانس ژنراتور f 0 افزایش می یابد.

برنج. 11. نمودارهای وابستگی فرکانس ضربه به تنظیمات مولد فرکانس مرجع

خطای اندازه گیری فرکانس عمدتاً توسط خطای کالیبراسیون فرکانس f 0 نوسانگر مرجع تعیین می شود. با این حال، هنگام انجام اندازه‌گیری‌های دقیق، باید خطای احتمالی چند ده هرتز را در نظر گرفت، زیرا سیستم شنوایی انسان صداهایی را با فرکانس زیر فرکانس مشخص F n درک نمی‌کند. مقادیر دومی برای افراد مختلف از 10-30 هرتز متغیر است. برای رفع این خطا می توانید یک جریان سنج مغناطیسی را به صورت سری به تلفن های T f متصل کنید که سوزن آن در فرکانس اختلاف بسیار کم F با این فرکانس تپش خواهد داشت. هنگامی که به ضربات صفر نزدیک می شوید، نوسانات سوزن کاهش می یابد و به راحتی در یک دوره زمانی ثابت شمارش می شود.

ارتباط بین نوسانگر مرجع و منبع فرکانس اندازه گیری شده نباید قوی باشد تا از وقوع پدیده "قفل کردن" جلوگیری شود که منجر به افزایش خطای اندازه گیری می شود. در صورت وجود ارتباط قوی بین دو ژنراتور که اختلاف تنظیمات فرکانس آنها کم است، یکی از ژنراتورها می تواند فرکانس خود را به دیگری تحمیل کند و هر دو ژنراتور نوساناتی با فرکانس یکسان ایجاد می کنند. در این حالت فرکانس ضربان F مطابق با نمودار شکل 1 تغییر می کند. 11، b، یعنی در کل منطقه "گرفتن" صفر است و هیچ صدایی در تلفن ها وجود ندارد.

به عنوان یک نشانگر حساس ضربان صفر، می توانید از یک اسیلوسکوپ پرتو کاتدی، ترجیحا با ورودی باز در کانال Y استفاده کنید. در این حالت، به جای تلفن، یک مقاومت با مقاومت 50-200 کیلو اهم به عنوان بار متصل می شود. مدار آشکارساز (شکل 10)، ولتاژی که از آن به ورودی U اسیلوسکوپ می رسد. هنگامی که اسکن روشن می شود، منحنی ولتاژ فرکانس ضربان F روی صفحه نمایش قابل مشاهده است، با نزدیک شدن به ضربات صفر، دوره این ولتاژ افزایش می یابد و در f 0 = f x فقط یک خط اسکن افقی روی صفحه نمایش قابل مشاهده است. اگر اندازه گیری ها با اسکن خاموش انجام شود، خط عمودی مشاهده شده روی صفحه در f 0 = f x به یک نقطه تبدیل می شود.

عملکرد کالیبراتورهای کوارتز و فرکانس‌سنج‌های هتروداین بر اساس اصل اندازه‌گیری فرکانس‌های بالا با استفاده از روش ضربان صفر است.

کالیبراتورهای کوارتز

از ابزارهای با دقت بالا که برای اندازه گیری فرکانس های بالا استفاده می شود، ساده ترین آنها کالیبراتورهای کوارتز هستند. آنها به شما امکان می دهند مقیاس دستگاه های گیرنده رادیویی و ارسال کننده رادیویی (تولید کننده) را در تعدادی از نقاط مربوط به فرکانس های کاملاً تعریف شده (مرجع) بررسی کنید.

برنج. 12. نمودار عملکردی کالیبراتور کوارتز

نمودار عملکردی کالیبراتور کوارتز در کاملترین نسخه آن در شکل 1 نشان داده شده است. 12. جزء اصلی دستگاه یک نوسان ساز کوارتز است که در حالتی کار می کند که نوسانات تحریک شده توسط آن شکلی کاملاً متفاوت با سینوسی دارند و بنابراین علاوه بر جزء فرکانس اصلی f 0، یک تعداد زیادی هارمونیک که فرکانس آنها 2f 0، 3f 0، 4f 0 و غیره است و با افزایش فرکانس، دامنه ها به تدریج کاهش می یابد. معمولاً می توان برای اندازه گیری از ده ها تا چند صد هارمونیک استفاده کرد که پایداری بالایی دارند (معمولاً در 0.01 - 0.001٪) به عنوان فرکانس f 0) که توسط یک تشدید کننده کوارتز (کوارتز) در غیاب دستگاه های خاص تثبیت شده است. به عنوان مثال، ترموستات ها) اثر تثبیت را افزایش می دهند.

نوسانات برانگیخته شده توسط نوسان ساز کوارتز به سوکت (یا گیره) ارتباطی An عرضه می شود که به همراه یک هادی کوچک یا پین متصل به آن، بسته به ماهیت استفاده از دستگاه، نقش آنتن گیرنده یا فرستنده را ایفا می کند. . برای اهداف محافظ، دستگاه معمولاً در یک محفظه فلزی قرار می گیرد.

هنگام بررسی مقیاس گیرنده های رادیویی، کالیبراتور به عنوان منبع نوسان تعدادی از فرکانس های مرجع منتشر شده از طریق سیم ارتباطی عمل می کند. گیرنده به طور متوالی با هارمونیک های مختلف نوسانگر کوارتز تنظیم می شود و نقاط مقیاس مربوطه تعیین می شود. اگر گیرنده در حالت تلگراف کار می کند، تنظیم آن بر روی هارمونیک ژنراتور با ضربات صفر با فرکانس نوسانگر محلی دوم که در تلفن ها یا بلندگوی متصل به خروجی گیرنده شنیده می شود، ضبط می شود. مقیاس گیرنده های تقویت مستقیم با بازخوردی که به تولید می رسد بررسی می شود. برای بررسی کالیبراسیون گیرنده هایی که فقط در حالت تلفن کار می کنند، به عنوان مثال، پخش، نوسانات یک نوسان ساز کوارتز باید با فرکانس صوتی مدوله شود، که نیاز به معرفی یک ژنراتور نوسان با فرکانس 400 یا 1000 هرتز در دستگاه دارد. کالیبراتور (در دستگاه های دارای منبع تغذیه، گاهی اوقات از ولتاژی با فرکانس 50 یا 100 هرتز برای مدولاسیون هرتز استفاده می شود). در این حالت، گیرنده بر اساس بالاترین حجم صدای بازتولید شده توسط بلندگو، یا به طور دقیق تر، بر اساس حداکثر قرائت های ولت متر متصل به خروجی گیرنده، روی هارمونیک های نوسانگر کوارتز تنظیم می شود.

اگر کالیبراتور کوارتز همچنین برای بررسی مقیاس های نوسانگرهای فرکانس بالا، به عنوان مثال فرستنده های رادیویی، در نظر گرفته شده است، سپس با یک آشکارساز (میکسر) تکمیل می شود که ورودی آن به سوکت ارتباطی An و خروجی کوارتز متصل می شود. نوسان ساز نوسانات فرستنده مورد آزمایش، القا شده در هادی ارتباطی، ضربانی را با هارمونیک نوسانگر کوارتز از نظر فرکانس به آنها نزدیک‌تر می‌سازد. در نتیجه تشخیص، نوسانات فرکانس ضربان اختلاف آزاد می شود که پس از تقویت، در تلفن ها شنیده می شود. فرستنده به طور متوالی با فرکانس های تعدادی از هارمونیک های ژنراتور با استفاده از ضربات صفر تنظیم می شود و در نتیجه نقاط مربوطه را در مقیاس فرکانس فرستنده تعیین می کند.

عیب اصلی کالیبراتورهای کوارتز ابهام در نتایج اندازه گیری است، زیرا ضربان صفر فقط به یک نفر اجازه می دهد تا این واقعیت را ثابت کند که فرکانس اندازه گیری شده برابر با یکی از هارمونیک های نوسانگر کوارتز است بدون اینکه تعداد این هارمونیک ثابت شود. برای جلوگیری از خطا در تعیین فرکانس هارمونیک که ضربان صفر ایجاد می کند، مطلوب است که دستگاه مورد مطالعه دارای مقیاس فرکانس تقریباً کالیبره شده با استفاده از دستگاهی با تخمین فرکانس بدون ابهام (فرکانس سنج رزونانس، مولد اندازه گیری و غیره) باشد. دقت اندازه گیری که می تواند کوچک باشد.

اختلاف فرکانس بین نقاط مرجع مجاور کالیبراتور برابر با فرکانس اساسی نوسانگر کوارتز f 0 است. به منظور پوشش باندهای پخش اصلی، فرکانس f 0 اغلب برابر با 100 کیلوهرتز در نظر گرفته می شود، که تضمین می کند که مقیاس دستگاه های رادیویی می تواند تا فرکانس های مرتبه 10 مگاهرتز (λ = 30 متر) بررسی شود. برای گسترش دامنه فرکانس‌های اندازه‌گیری شده به سمت امواج کوتاه‌تر و حذف خطاها در تعیین فرکانس هارمونیک‌های مورد استفاده، می‌توان یک نوسان‌گر کوارتز را در دو فرکانس پایه تثبیت‌شده و 10 برابر، معمولاً برابر با 100 و 1000 کیلوهرتز، کار کرد. هر یک از این فرکانس ها شبکه ای از نقاط مرجع خود را دارند. اصل اشتراک هر دو فرکانس اساسی را می توان از مثال زیر فهمید. بیایید فرض کنیم که تنظیم فرستنده در فرکانس 7300 کیلوهرتز بررسی می شود. سپس کالیبراتور در ابتدا در فرکانس اصلی 1000 کیلوهرتز روشن می شود. فرستنده بر اساس ضربات صفر در نزدیکترین فرکانس به فرکانس مورد نظر، مضربی از 1000 کیلوهرتز، یعنی تا فرکانس 7000 کیلوهرتز تنظیم می شود. در این فرکانس، امکان خطا عملا حذف می شود، زیرا نقاط مرجع به ندرت، هر 1000 کیلوهرتز قرار می گیرند. سپس کالیبراتور به فرکانس اصلی 100 کیلوهرتز تغییر می کند. با تنظیم دقیق کوارتز، ضربان صفر باید حفظ شود. تنظیم فرستنده به آرامی به سمت فرکانس مورد نیاز تغییر می کند و نقاط مقیاس مربوط به ضربات صفر در فرکانس های 7100، 7200 و 7300 کیلوهرتز به صورت متوالی مشخص می شوند.

اگر لازم باشد فاصله بین فرکانس های مرجع مجاور کاهش یابد، از تقسیم کننده های فرکانس استفاده می شود که معمولاً با استفاده از یک مدار مولتی ویبراتور هماهنگ شده در زیر هارمونیک سیگنال ورودی اجرا می شوند. بدین ترتیب با استفاده از دو مرحله تقسیم با ضریب تقسیم برابر با 10، با فرکانس اساسی یک نوسان ساز کوارتز 1 مگاهرتز، می توان نوساناتی با فرکانس های اساسی 100 و 10 کیلوهرتز و تعداد هارمونیک زیاد به دست آورد. سپس نقطه مقیاس مربوط، به عنوان مثال، به فرکانس 7320 کیلوهرتز با عبور متوالی نقاط مرجع در فرکانس های 7000، 7100، 7200، 7300، 7310 و 7320 کیلوهرتز شناسایی می شود. با فرکانس کوارتز پایه 100 کیلوهرتز، دو تقسیم کننده می توانند نوساناتی با فرکانس های اساسی 10 و 1 (یا 2) کیلوهرتز ایجاد کنند، اما هارمونیک آنها در فرکانس های بالا بسیار ضعیف خواهد بود. نوسانات فرکانس های ترکیبی با فواصل کم بین نقاط مرجع، اما با شدت قابل توجه، می تواند با مخلوط کردن نوسانات چندین فرکانس اساسی به دست آید.

برنج. 13. طرح یک کالیبراتور کوارتز جهانی

در شکل شکل 13 نمودار یک کالیبراتور کوارتز ساده مناسب برای اندازه گیری فرکانس ژنراتور و دستگاه های گیرنده رادیویی را نشان می دهد. یک نوسان ساز کوارتز بر روی ترانزیستور T2 نوسانات فرکانس اصلی 100 یا 1000 کیلوهرتز را برحسب تنظیم سوئیچ تحریک می کند. در 2. تنظیم دقیق فرکانس های اساسی به مقادیر اسمی توسط هسته های تنظیم سیم پیچ های L1 و L2 انجام می شود. اعوجاج شکل نوسان، لازم برای به دست آوردن تعداد زیادی از اجزای هارمونیک، با اتصال دیود D1 بین امیتر و پایه ترانزیستور T2 به دست می آید. اگر نیاز به تعدیل این نوسانات باشد، سوئیچ B1 ژنراتور فرکانس پایین ترانزیستور T1 را راه اندازی می کند. تشخیص ضربان توسط دیود D2 انجام می شود، اجزای فرکانس بالا جریان اصلاح شده توسط خازن C9 فیلتر می شوند.

ولتاژ فرکانس ضربان، تقویت شده توسط ترانزیستور T3، ارتعاشات صوتی را در تلفن های Tf ایجاد می کند.

برنج. 14. شماتیک کالیبراتور کوارتز با تقسیم کننده فرکانس

در شکل شکل 14 نمودار یک کالیبراتور کوارتز را نشان می دهد که برای کالیبراسیون مقیاس فرکانس گیرنده های رادیویی طراحی شده است. یک نوسان ساز کوارتز روی ترانزیستورهای T1 و T2 نوسانات فرکانس 100 کیلوهرتز را تحریک می کند. تنظیم دقیق فرکانس به مقدار نامی را می توان با انتخاب ظرفیت خازن C2 یا با استفاده از یک خازن تنظیم با ظرفیت کم که به موازات کنتاکت های نگهدارنده کوارتز متصل است، انجام داد. پارامترهای مولتی ویبراتور در ترانزیستورهای T3، T4، که برای تقسیم فرکانس 10 برابر عمل می کند، به گونه ای انتخاب می شوند که در حالت خود نوسان آزاد، نوساناتی با فرکانس کمی کمتر از 10 کیلوهرتز ایجاد می کند. سپس، هنگامی که در معرض نوسانات یک نوسان ساز کوارتز قرار می گیرد، در فرکانس 10 کیلوهرتز همگام می شود. این باید هنگام تنظیم دستگاه به دقت بررسی شود: بین نوسانات هارمونیک های مجاور با فرکانس 100 کیلوهرتز در 9 نقطه در مقیاس دستگاه مورد آزمایش، هارمونیک های فرکانس 10 کیلوهرتز باید ظاهر شود. فراوانی هارمونیک ها با کاهش مدت زمان پالس ها با استفاده از زنجیره های متمایز کننده C3، R6 و C6، R12 و همچنین تقویت پالس ها توسط یک تقویت کننده پالس در ترانزیستور T5 که در خروجی روشن است، تسهیل می شود.

هنگام کار با کالیبراتورهای کوارتز باید در نظر داشت که به دلیل قدیمی شدن فرکانس طبیعی تشدید کننده های کوارتز در طول زمان کمی تغییر می کند.

فرکانس سنج هترودین

فرکانس سنج هتروداین برای اندازه گیری فرکانس دقیق در محدوده فرکانس بالا صاف استفاده می شود. در اصل، فرکانس‌سنج هترودین با کالیبراتور کوارتز که مطابق نمودار عملکردی در شکل ساخته شده است متفاوت است. 12، فقط در آن به جای یک نوسان ساز کوارتز از یک نوسان ساز محلی استفاده می کند، یعنی یک ژنراتور کم مصرف با فرکانس تنظیم متغیر پیوسته. وجود میکسر به دستگاه اجازه می دهد تا نه تنها برای کالیبراسیون مقیاس فرکانس گیرنده های رادیویی، بلکه برای اندازه گیری فرکانس ژنراتورها با استفاده از روش ضربان صفر نیز استفاده شود. نشانگر ضربان صفر توسط تلفن، اسیلوسکوپ و نشانگرهای نور الکترونیکی و همچنین شماره گیری متر انجام می شود.

خطای اندازه‌گیری فرکانس‌سنج هترودین عمدتاً با پایداری فرکانس نوسان‌گر محلی و خطای تنظیم آن تعیین می‌شود. بنابراین، آنها اغلب ترجیح می دهند نوسانگرهای محلی را با استفاده از لوله های خلاء انجام دهند. افزایش پایداری فرکانس با انتخاب صحیح مدار و طراحی نوسان ساز محلی، استفاده از قطعات با ضریب دمای پایین، گنجاندن یک مرحله بافر بین نوسان ساز محلی و مدارهای خروجی، تثبیت ولتاژهای تغذیه و طولانی مدت تسهیل می شود. گرمایش مدت دستگاه تحت جریان قبل از اندازه گیری. برای افزایش نرمی تنظیم و دقت تنظیم فرکانس، خازن تنظیم نوسان ساز محلی معمولاً از طریق مکانیزم ورنیه با تاخیر زیاد (تا 100-300 بار) کنترل می شود. خواندن فرکانس مستقیم در مقیاس یک خازن متغیر فقط در ساده ترین طرح ها انجام می شود. در اکثر ابزارها، مقیاس با تعداد بسیار زیادی تقسیم (تا چندین هزار) یکنواخت است و خواندن روی آن با استفاده از جداول یا نمودارها به فرکانس تبدیل می شود.

به منظور کاهش تعداد زیر دامنه‌های فرکانس و افزایش پایداری فرکانس، نوسان‌گرهای محلی معمولاً در محدوده باریکی از فرکانس‌های نسبتاً پایین (با ضریب همپوشانی دو) کار می‌کنند و برای اندازه‌گیری، هم فرکانس‌های اساسی نوسانات تولید شده و هم تعدادی هارمونیک آنها استفاده می شود. وقوع مورد دوم با انتخاب حالت عملکرد نوسانگر محلی یا تقویت کننده بافر تضمین می شود. به عنوان مثال، در یک فرکانس‌سنج پرکاربرد از نوع Ch4-1 با محدوده کلی فرکانس‌های اندازه‌گیری شده از 125 کیلوهرتز تا 20 مگاهرتز، نوسان‌گر محلی دارای دو زیر محدوده صاف از فرکانس‌های اصلی است: 125-250 کیلوهرتز و 2-4 مگاهرتز. . در زیر باند اول، هنگام استفاده از هارمونیک های اول، دوم، چهارم و هشتم، می توان باند فرکانسی 125-2000 کیلوهرتز را به آرامی پوشش داد. در زیر باند دوم، هنگام استفاده از هارمونیک های اول، دوم، چهارم و تا حدی پنجم، باند فرکانسی 2-20 مگاهرتز همپوشانی دارد. بنابراین، هر موقعیت دستگیره تنظیم نوسان ساز محلی مربوط به سه یا چهار فرکانس کاری است که مقادیر آنها را می توان از جدول کالیبراسیون تعیین کرد. به عنوان مثال، فرکانس های 175، 350، 700 و 1400 کیلوهرتز با همان تنظیمات نوسانگر محلی در فرکانس اصلی f g = 175 کیلوهرتز اندازه گیری می شوند.

ابهام فرکانس‌های تنظیم نوسان‌گر محلی، احتمال خطا را در ایجاد هارمونیک ایجاد می‌کند که با آن نوسانات فرکانس اندازه‌گیری شده f x ضربات ایجاد می‌کند. بنابراین، هنگام شروع اندازه گیری، لازم است مقدار تقریبی فرکانس f x را بدانیم. با این حال، دومی را نیز می توان با محاسبه با استفاده از خود فرکانس متر هترودین تعیین کرد.

فرض کنید هنگام تغییر تنظیمات نوسانگر محلی، ضربات صفر با فرکانس f x در دو مقدار مجاور فرکانس های اصلی f g1 و f g2 از همان زیرمجموعه نوسانگر محلی به دست می آید. بدیهی است که فرکانس f x به طور همزمان هارمونیک هر دوی این فرکانس ها است، یعنی.

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

که در آن n و (n + 1) به ترتیب اعداد هارمونیک ها برای فرکانس های اساسی f g1 و f g2 هستند (برای f g2< f г1).

با حل برابری حاصل برای n، پیدا می کنیم

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

بنابراین، فرکانس اندازه گیری شده است

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

به عنوان مثال، اگر ضربات صفر در فرکانس های اساسی f g1 ≈ 1650 کیلوهرتز و f g2 ≈ 1500 کیلوهرتز به دست آید، تقریباً f x ≈ 1650*1500/(1650 - 1500) = 16500 کیلوهرتز.

هنگام اندازه گیری فرکانس، باید مراقب خطاهای ناشی از احتمال وقوع ضربات بین نوسانات نوسانگر محلی و هارمونیک فرکانس اندازه گیری شده باشید. بنابراین، اندازه گیری ها باید با اتصال ضعیف بین فرکانس متر و ژنراتور مورد مطالعه انجام شود. هنگامی که دستگاه در معرض ارتعاشات مدوله شده قرار می گیرد، خطای اندازه گیری نیز افزایش می یابد. در این حالت، ضربات با فرکانس اصلی (حامل) در برابر نویز پس‌زمینه ضربات با فرکانس‌های جانبی شنیده می‌شود.

فرکانس‌سنج‌های هترودین از نوع در نظر گرفته شده، اندازه‌گیری فرکانس‌های بالا را با خطای تقریباً 1 درصد فراهم می‌کنند. کاهش خطای اندازه گیری به 0.01٪ یا کمتر با افزودن یک نوسان ساز کوارتز به فرکانس متر حاصل می شود که امکان بررسی و تصحیح مقیاس نوسان ساز محلی را در تعدادی از نقاط مرجع قبل از شروع اندازه گیری ها فراهم می کند.

یک نمودار عملکردی گسترده از یک فرکانس‌سنج هترودین با دقت بالا در شکل نشان داده شده است. 15. نوسان ساز محلی دارای دو زیر محدوده است که تنظیم آن توسط خازن های C3 و C4 برش انجام می شود. فرکانس نوسانات اساسی توسط یک خازن متغیر فرکانس مستقیم C1 تنظیم می شود. سطح سیگنال ورودی (خروجی) توسط پتانسیومتر R کنترل می شود. نوسانگر کریستالی نوسانات غنی از هارمونیک ایجاد می کند که فرکانس اصلی آن اغلب 1 مگاهرتز در نظر گرفته می شود. نوع عملکرد دستگاه بدون ایجاد اختلال در اتصالات بین مرحله ای با روشن یا خاموش کردن برق تک تک اجزا انتخاب می شود. هنگامی که سوئیچ B2 روی موقعیت 3 ("کوارتز") تنظیم می شود، نوسانگر محلی خاموش می شود و نوسانگر کریستالی روشن می شود. در این حالت فرکانس متر می تواند به عنوان کالیبراتور کوارتز برای اندازه گیری فرکانس روی هارمونیک های ژنراتور استفاده شود. در موقعیت سوئیچ 1 ("Loterodyne")، برعکس، نوسانگر کریستالی خاموش و نوسانگر محلی روشن است. این حالت عادی کارکرد فرکانس سنج است.

برنج. 15. نمودار عملکردی فرکانس متر هترودین با دقت بالا

مقیاس فرکانس نوسانگر محلی با تنظیم سوئیچ B2 در موقعیت 2 ("بررسی") بررسی می شود، زمانی که نوسانگر محلی و ژنراتور همزمان روشن می شوند، نوسانات آن به آشکارساز عرضه می شود. در نسبت معینی از فرکانس ها یا هارمونیک های این ارتعاشات، ضربان های صوتی ایجاد می شود که فرکانس آن با فرمول تعیین می شود.

F = |m*f g - n*f k |،

که در آن f g و f k به ترتیب فرکانس های اساسی نوسان ساز محلی و نوسانگر کوارتز هستند و m و n اعداد صحیح مربوط به تعداد هارمونیک های برهم کنش هستند.

فرکانس ضربان برای تعدادی از فرکانس‌ها در محدوده نوسانگر محلی که شرایط را برآورده می‌کنند، صفر است (F = 0).

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

این فرکانس ها فرکانس های مرجع نامیده می شوند و به طور خاص در جداول کالیبراسیون مشخص شده اند. به عنوان مثال، فرکانس های مرجع (f 0) محدوده نوسان ساز محلی 2000-4000 کیلوهرتز را پیدا کنیم، اگر فرکانس اصلی نوسانگر کوارتز f k = 1000 کیلوهرتز باشد:

در m = 1 و n = 2، 3 و 4 f 0 = 2000، 3000 و 4000 کیلوهرتز. در m = 2 و n = 5 و 7 f 0 = 2500 و 3500 کیلوهرتز.

در m = 3 و n = 7، 8، 10 و 11 f 0 = 2333، 2667، 3333 و 3667 کیلوهرتز، و غیره.

باید در نظر داشت که با افزایش تعداد هارمونیک های برهم کنش، دامنه ضربات کاهش می یابد.

اگر کالیبراسیون مقیاس نوسان ساز محلی نقض شود، هنگامی که دستگیره تنظیم آن بر روی یکی از فرکانس های مرجع تنظیم می شود و نوسانگر کوارتز روشن می شود، به جای ضربات صفر، نوسانات فرکانس صوتی ایجاد می شود که پس از تقویت، شنیده می شود. در تلفن ها برای اصلاح (کالیبراسیون)، از یک خازن با ظرفیت کوچک C2 استفاده می شود که به موازات خازن تنظیم اصلی C1 متصل می شود: با کمک آن، قبل از شروع اندازه گیری، ضربان صفر در نزدیک ترین نقطه مرجع به فرکانس اندازه گیری شده به دست می آید.

بیایید به روش راه اندازی فرکانس متر هترودین با استفاده از مثال زیر نگاه کنیم. فرض کنید می خواهید صحت مقیاس فرستنده را در فرکانس 10700 کیلوهرتز بررسی کنید. با مراجعه به جدول کالیبراسیون فرکانس‌سنج، متوجه می‌شویم که این فرکانس با فرکانس اصلی 10700/4 = 2675 کیلوهرتز مطابقت دارد. با استفاده از جدول یا مقیاس نقاط اصلی، مشخص می کنیم که نزدیکترین فرکانس مرجع 2667 کیلوهرتز است. سپس در مقیاس خازن C1 فرکانس را روی 2667 کیلوهرتز قرار داده و با قرار دادن سوئیچ B2 در موقعیت "Check" (2) از تصحیح کننده C2 ​​برای رسیدن به ضربات صفر استفاده می کنیم. سپس سوئیچ B2 را در موقعیت "Loterodyne" (1) قرار می دهیم و با تنظیم فرکانس نوسانگر محلی روی 2675 کیلوهرتز، مقیاس فرستنده را در این فرکانس بررسی می کنیم.

هنگام اندازه گیری فرکانس مجهول f x، مقیاس نوسان ساز محلی در نزدیک ترین نقطه مرجع به مقدار مورد انتظار این فرکانس کالیبره می شود و سپس در حالت اندازه گیری، با تنظیم فرکانس نوسانگر محلی، ضربات صفر تنظیم می شود.

هنگام کالیبره کردن مقیاس نوسان ساز محلی و همچنین هنگام اندازه گیری فرکانس ژنراتورها، مدولاتور باید خاموش شود. هنگام اندازه گیری فرکانس تنظیم گیرنده ها، واحد فرکانس پایین دستگاه مورد نیاز نیست. از یک سوئیچ برای خاموش کردن اجزای فرکانس شمار استفاده نشده استفاده کنید. در ساعت 3.

فرکانس سنج هتروداین انواع مختلف تولیدات صنعتی مجموعاً محدوده فرکانس های اندازه گیری شده از 100 کیلوهرتز تا 80 گیگاهرتز را با خطای اندازه گیری در محدوده +-(5*10 -4 ...5*10 -6) پوشش می دهند. در فرکانس های بسیار بالا بدست آوردن ضربات صفر دشوار است. بنابراین، در فرکانس‌سنج‌های مایکروویو، گاهی اوقات از فرکانس‌سنج کم فرکانس (مثلاً خازنی) به عنوان نشانگر استفاده می‌شود. از آن برای تعیین فرکانس ضربان اختلاف F استفاده می شود که اندازه آن در نتایج اندازه گیری تصحیح می شود.

یک خطای اندازه گیری بسیار کوچک در محدوده فرکانس بسیار وسیع (از کم تا فوق العاده بالا) با ترکیب دو فرکانس متر به دست می آید: یک هتروداین و یک شمارنده الکترونیکی. دومی، علاوه بر استفاده مستقل از آن در محدوده فرکانس ذاتی خود، می تواند برای اندازه گیری دقیق فرکانس تنظیم نوسانگر محلی هنگامی که ضربان صفر به دست می آید، استفاده شود. در این مورد، یک نوسان ساز کوارتز، جداول کالیبراسیون و نمودارها غیر ضروری هستند.

فرکانس سنج رزونانسی

ویژگی‌های فرکانس‌سنج‌های رزونانسی که برای اندازه‌گیری فرکانس‌های بالا و فوق‌بالا استفاده می‌شوند، سادگی طراحی، سرعت عمل و عدم ابهام در نتایج اندازه‌گیری است. خطای اندازه گیری 0.1-3٪ است.

فرکانس‌سنج رزونانسی یک سیستم نوسانی است که با فرکانس اندازه‌گیری شده f x نوسان‌هایی که آن را تحریک می‌کنند، تنظیم می‌شود که از منبع مورد مطالعه از طریق عنصر جفت می‌آیند. فرکانس تشدید با قرائت یک دستگاه تنظیم کالیبره شده تعیین می شود. حالت رزونانس با استفاده از یک نشانگر داخلی یا خارجی ثبت می شود.

فرکانس‌سنج‌هایی که فرکانس‌های 50 کیلوهرتز تا 100-200 مگاهرتز را اندازه‌گیری می‌کنند به شکل یک مدار نوسانی ساخته شده از عناصر با ثابت‌های توده‌ای ساخته می‌شوند: یک سلف L 0 و یک خازن متغیر C 0 (شکل 16). E.M.F در مدار فرکانس متر القا می شود. فرکانس اندازه گیری شده f x، به عنوان مثال، به دلیل جفت شدن القایی با منبع نوسان از طریق یک سیم پیچ L 0 یا یک آنتن کوچک شلاقی متصل به سوکت An. با یک منبع کم مصرف، اتصال با دومی می تواند از طریق یک خازن کوپلینگ C St (با ظرفیت چند پیکوفاراد) و یک هادی کوپلینگ خازنی باشد. با تغییر ظرفیت خازن C 0، مدار با توجه به حداکثر قرائت نشانگر رزونانس به رزونانس با فرکانس fx تنظیم می شود. در این حالت، فرکانس اندازه گیری شده f x برابر است با فرکانس طبیعی مدار:

f 0 = 1/(2π*(L0C0) 0.5)،

با مقیاس خازن C 0 تعیین می شود.

با یک اندوکتانس ثابت L 0، محدوده فرکانس های اندازه گیری شده توسط ضریب همپوشانی محدود می شود، که به عنوان نسبت حداکثر فرکانس تنظیم فرکانس متر f m به کمترین فرکانس f n زمانی که ظرفیت مدار از مقدار اولیه C تغییر می کند، درک می شود. n تا حداکثر C m. ظرفیت اولیه مدار C n از ظرفیت اولیه خازن C 0، ظرفیت های نصب و خازن های خازن های دائمی یا تنظیم کننده موجود در مدار به منظور به دست آوردن ضریب همپوشانی مورد نیاز یا برای اهداف دیگر (شکل 17). در صورت لزوم گسترش دامنه فرکانس های اندازه گیری شده، فرکانس متر به چندین سیم پیچ با اندوکتانس مختلف، قابل تعویض (شکل 16) یا قابل تعویض (شکل 17) مجهز می شود. در مورد دوم، برای جلوگیری از مکش انرژی از مدار فرکانس متر در فرکانس های تنظیم نزدیک به فرکانس های طبیعی این سیم پیچ ها، توصیه می شود سیم پیچ های استفاده نشده را اتصال کوتاه کنید (اگر محافظ نیستند). در این مورد، ارتباط با منبع نوسانات از طریق سوکت ارتباطی An یا از طریق یک سیم پیچ ارتباطی خارجی L St از یک یا چند دور، که با یک کابل فرکانس بالا انعطاف پذیر به مدار متصل است، انجام می شود (شکل 17).

نشانگرهای تشدید به شما امکان می دهند وضعیت تشدید را با حداکثر جریان در مدار یا حداکثر ولتاژ روی عناصر مدار ثبت کنید. نشانگرهای جریان باید دارای مقاومت کم باشند و نشانگرهای ولتاژ باید دارای مقاومت بالا باشند. در این صورت تلفاتی که به مدار وارد می کنند باعث کاهش قابل توجه ویژگی های تشدید مدار نمی شود.

برنج. 16. نمودار فرکانس متر تشدید با نشانگر جریان و سیم پیچ های حلقه قابل تعویض

میلی‌آمپرسترهای ترموالکتریک با جریان انحراف کلی تا 10 میلی آمپر گاهی اوقات به عنوان نشانگر جریان استفاده می‌شوند که به صورت سری به مدار فرکانس‌سنج متصل می‌شوند (شکل 16). هنگام کار با چنین فرکانس‌سنج، باید با دقت بسیار با جسم اندازه‌گیری ارتباط برقرار کنید و از بارگذاری بیش از حد دستگاه حرارتی هنگام نزدیک شدن به رزونانس خودداری کنید. ساده ترین نشانگر جریان می تواند یک لامپ رشته ای مینیاتوری L باشد. در این حالت خطای اندازه گیری به طور طبیعی افزایش می یابد.

در فرکانس‌سنج‌های مدرن، اغلب از نشانگرهای ولتاژ استفاده می‌شود - ولت مترهای فرکانس بالا با شماره‌گیر. آنها دقت نشانگر بالایی را با مقاومت اضافه بار خوب ارائه می دهند. ساده ترین چنین نشانگر (شکل 17، a) از یک دیود نقطه ای D و یک متر مغناطیسی حساس تشکیل شده است. و، از اجزای فرکانس بالا جریان یکسو شده توسط خازن C2 جدا شده است. فرکانس‌سنج با شماره‌سنج می‌تواند به عنوان نشانگر قدرت میدان هنگام گرفتن الگوهای تشعشعی آنتن‌های فرستنده استفاده شود.

برنج. 17. مدارهای فرکانس متر تشدید با نشانگرهای ولتاژ و سیم پیچ های حلقه قابل تغییر

اگر نوسانات مورد مطالعه مدوله شوند، آنگاه یک تلفن با امپدانس بالا T f می تواند به عنوان یک نشانگر عمل کند (شکل 17، a). در این مورد، رزونانس با بالاترین حجم تن فرکانس تعدیل کننده مشخص می شود. این فرکانس متر برای کنترل کیفیت شنوایی فرستنده های تلفن رادیویی مناسب است.

فرکانس‌سنج‌های تشدید با حساسیت مشخص می‌شوند، یعنی حداقل مقدار توان فرکانس بالا که به آنها عرضه می‌شود، که نشانه واضحی از رزونانس را ارائه می‌دهد. معمولاً در محدوده 0.1-5 میلی وات است و هنگام استفاده از لامپ رشته ای به 0.1 وات افزایش می یابد. به منظور افزایش حساسیت، گاهی اوقات یک تقویت کننده DC ترانزیستوری با مقاومت ورودی بالا به نشانگر رزونانس (بعد از آشکارساز) وارد می شود. ساده ترین مدار چنین تقویت کننده ای در شکل نشان داده شده است. 17، ب.

در فرکانس های بسیار بالا، مدارهای ساخته شده از عناصر با ثابت های توده ای به دلیل کاهش شدید ضریب کیفیت آنها بی اثر می شوند. در محدوده فرکانس 100 تا 1000 مگاهرتز، نتایج نسبتاً خوبی در فرکانس‌سنج‌ها با مدارهای نوع مختلط که دارای خازن توده‌ای و اندوکتانس توزیع شده هستند به دست می‌آید (شکل 18). به عنوان یک عنصر القایی L0، یک بخش منحنی (چرخش) از سیم یا لوله مسی با روکش نقره با قطر 2-5 میلی متر استفاده می شود. سوئیچ B زیر محدوده اندازه گیری را تعیین می کند. فرکانس متر با تغییر طول کار سیم پیچ القایی L0 با استفاده از یک لغزنده تماسی چرخشی تنظیم می شود. حد بالایی فرکانس های اندازه گیری شده با مقدار ظرفیت ظرفیت نصب C m محدود می شود. ارتباط با منبع نوسانات مورد مطالعه از طریق حلقه ارتباطی L1 انجام می شود.

برنج. 18. طرح یک فرکانس متر تشدید با یک مدار نوع مخلوط

در شکل شکل 19 نموداری از یک فرکانس‌سنج تک محدود با برد وسیع با ضریب همپوشانی در محدوده 5-10 را نشان می‌دهد. در اینجا عنصر اندوکتانس مدار یک صفحه فلزی Pl است که به شکل قوس خم شده و به استاتور St خازن خازن متغیر متصل است. یک نوار لغزنده در امتداد صفحه می لغزد که به صورت مکانیکی و الکتریکی به روتور روتور خازن متصل می شود. هنگامی که روتور چرخانده می شود، هم ظرفیت مدار و هم اندوکتانس آن به طور همزمان افزایش (یا کاهش) می یابد. چنین فرکانس‌سنج‌هایی همراه با محدوده اندازه‌گیری وسیع، دارای ضریب کیفیت نسبتاً بالایی با ابعاد کوچک هستند. در محدوده امواج متر، دسی متر و سانتی متر، برای اندازه گیری پارامترهای نوسانات الکترومغناطیسی از ابزارهایی استفاده می شود که از سیستم های نوسانی با ثابت های توزیع شده - مقاطع خطوط انتقال و تشدیدگرهای حجمی استفاده می کنند.

برنج. 19. طرح فرکانس سنج مایکروویو رزونانس تک محدود با برد وسیع

برای افزایش پایداری مشخصه کالیبراسیون، المان های مدار فرکانس متر باید ساختاری محکم و سفت داشته باشند و از موادی با ضریب دمای پایین ساخته شوند. بزرگترین خطا به دلیل تأثیر عوامل خارجی هنگام اندازه گیری بالاترین فرکانس هر زیر باند، زمانی که ظرفیت خازن C 0 کوچک است، رخ می دهد. برای کاهش این خطا، گاهی اوقات با اتصال یک خازن دائمی یا تنظیم کننده به موازات خازن C0، ظرفیت اولیه مدار افزایش می یابد (C1 در شکل 17، a). در عین حال، ضریب همپوشانی فرکانس کاهش می یابد که به کاهش خطای اندازه گیری فرکانس کمک می کند، اما در عین حال تعداد زیر باندهای مورد نیاز را افزایش می دهد. اگر عنصر تنظیم از طریق دستگاه ورنیه با کاهش سرعت چندین ده بار کنترل شود، خطای اندازه گیری نیز کاهش می یابد. در دستگاه های تولید صنعتی، دسته ورنیه اغلب مجهز به ترازو تقسیم شده به 100 تقسیم است و در مقیاس اصلی اندام تنظیم فرکانس متر، تقسیم بندی اعمال می شود که تعداد دورهای کامل دستگیره ورنیه را مشخص می کند. هنگامی که هر دو مقیاس با هم استفاده می شوند، می توان چندین هزار نقطه مرجع را به دست آورد. فرکانس مربوطه آنها با استفاده از جداول یا نمودارها تعیین می شود.

تنظیم فرکانس متر که توسط منبع نوسانات فرکانس f x برانگیخته می شود، باعث تغییر جریان در مدار آن مطابق با منحنی رزونانس دومی می شود (شکل 20). هر چه ضریب کیفیت مدار بیشتر باشد، منحنی تشدید آن تیزتر و خطای احتمالی در ثبت رزونانس کمتر می شود. برای دستیابی به ضریب کیفیت بالا، المان های مدار باید تلفات کمی داشته باشند و اتصال مدار با نشانگر رزونانس و منبع مورد مطالعه تا حد امکان ضعیف باشد.

اتصال با نشانگر را می توان با استفاده از یک تقسیم کننده ولتاژ خازنی (شکل 17، ب) با نسبت ظرفیت C2/C1 >> 1 کاهش داد. اما باید در نظر داشت که تضعیف اتصال با مدار منجر به نیاز به افزایش حساسیت نشانگر یا تقویت ارتباط با منبع مورد مطالعه می شود.

هنگام استفاده از خازن فرکانس مستقیم در فرکانس متر، می توان یک مقیاس فرکانس تقریبا یکنواخت را بدست آورد. فرکانس‌سنج‌های تشدید با استفاده از فرکانس‌سنج‌های استاندارد هترودین کالیبره می‌شوند و در محدوده مایکروویو از خطوط اندازه‌گیری برای این کار استفاده می‌شود. کالیبراسیون تقریبی را می توان با داشتن یک ژنراتور یا فرستنده اندازه گیری با محدوده فرکانس صاف انجام داد.

برنج. 20. مشخصه رزونانس فرکانس متر تشدید

در طول اندازه‌گیری‌ها، یک فرکانس‌سنج یا عنصر جفت آن به ناحیه تابش منبع مورد مطالعه آورده می‌شود. با انتخاب موقعیت نسبی آنها، اتصالی برقرار می شود به طوری که در رزونانس سوزن نشانگر تقریباً در وسط مقیاس خود قرار می گیرد.

اگر حساسیت فرکانس سنج کم باشد، لازم است اتصال با منبع نوسانات تقویت شود. این منجر به مسطح شدن مشخصه تشدید فرکانس‌سنج می‌شود که ثبت دقیق حالت تشدید را دشوار می‌کند. برای کاهش خطاهای احتمالی از روش دو شمارشی استفاده می شود. پس از تنظیم تقریبی فرکانس متر بر روی رزونانس با فرکانس اندازه گیری شده f x تغییر در ظرفیت C 0، مدار ابتدا در یک جهت و سپس در جهت دیگر از فرکانس رزونانس جدا می شود تا زمانی که همان نشانگر قرائت شود (I 1-2) در حدود 50-70٪ مقدار تشدید I m (شکل 20). از آنجایی که از شیب های تند منحنی رزونانس استفاده می شود، می توان فرکانس های تنظیم مدار f 1 و f 2 مربوط به جریان را با دقت زیادی تعیین کرد. فرکانس اندازه گیری شده f x = (f 1 + f 2)/2.

اگر ارتعاشات مورد مطالعه غیر سینوسی باشد، می توان فرکانس سنج را بر روی یکی از هارمونیک ها تنظیم کرد. در این حالت، فرکانس‌سنج تنظیم روی تعدادی فرکانس دیگر را که مضربی از فرکانس نوسان اصلی هستند، تشخیص می‌دهد. دومی به عنوان پایین ترین فرکانس از سری فرکانس های تشدید یافت شده تعیین می شود.

اگر E.M.F القا شده در مدار فرکانس متر برای عملکرد عادی نشانگر رزونانس کافی نباشد، اندازه گیری را می توان با استفاده از روش واکنش (جذب، جذب) انجام داد: تنظیم به رزونانس با تأثیر فرکانس متر بر روی رزونانس تعیین می شود. حالت ژنراتور که مدار اندازه گیری مقداری انرژی از آن جذب می کند. یک اتصال نسبتاً قوی بین مدارهای ژنراتور و فرکانس متر برقرار می شود و تنظیم دومی به آرامی تغییر می کند. در تشدید، مولفه DC جریان آند (یا کلکتور) ژنراتور به حداکثر می رسد و مولفه DC جریان شبکه کنترل (یا پایه) به شدت کاهش می یابد، که می توان با اتصال یک متر DC حساس به یکی از آنها تشخیص داد. این مدارها فرکانس سنج بر فرکانس نوسانات ایجاد شده تأثیر نمی گذارد، زیرا در طول تشدید فقط مقاومت فعال را به مدار ژنراتور وارد می کند.

فرکانس متر تشدید یک دستگاه غیرفعال است، زیرا عملکرد آن بر اساس جذب انرژی از منبع فرکانس اندازه گیری شده است. بنابراین، برای اندازه گیری مستقیم فرکانس تنظیم گیرنده های رادیویی و مدارهای نوسانی ایزوله نامناسب است. با این حال، فرکانس حامل ایستگاه رادیویی که گیرنده روی آن تنظیم می شود را می توان با روش واکنش کاملاً دقیق اندازه گیری کرد. برای انجام این کار، مدار فرکانس متر به وسیله یک سیم پیچ کوپلینگ موجود در این مدار یا با نزدیک شدن به یک آنتن مغناطیسی به مدار آنتن گیرنده متصل می شود. تنظیم فرکانس متر تا زمانی که رزونانس به دست آید تغییر می کند که با افت شدید حجم سیگنال های صوتی بازتولید شده توسط گیرنده تشخیص داده می شود.