- •Учебные и воспитательные цели:
- •Содержание лекции: Вступительная часть
- •Вопрос 1. Общие сведения о методах измерения частоты
- •1.1. Методы сравнения
- •1.2. Резонансный метод измерения частоты
- •1.3. Измерение частоты методом заряда и разряда конденсатора
- •1.4. Гетеродинный метод измерения частоты
- •Вопрос 2. Цифровой метод измерения частоты
- •Вопрос 4. Цифровой метод измерения интервалов времени
- •Заключение
- •Задание студентам для самостоятельной работы
- •Литература
Лекция №6: «Методы измерения частоты и интервалов времени»
Учебные и воспитательные цели:
На базе понимания общих целей учебно-воспитательного процесса в ВУЗе сформировать у студентов представление о методах измерения частоты и интервалов времени электрических сигналов.
ВРЕМЯ – 80 минут.
УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:
Выставка литературы.
Образцы документов.
Плакаты.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ЛЕКЦИИ:
Вступительная часть – 5 минут;
Учебные вопросы лекции:
1) Общие сведения о методах измерения частоты - 35 минут.
2) Цифровой метод измерения частоты. - 20 минут.
3) Цифровой метод измерения интервалов времени – 15 минут.
Заключение-5минут.
Задание студентам для самостоятельной работы
Содержание лекции: Вступительная часть
С измерением частоты и интервалов времени связано решение многих научных и технических проблем. Частотой f называется число идентичных событий, происходящих в единицу времени. Единица циклической частоты f — герц (Гц) — соответствует одному событию за 1 с. Стоит отметить, что исторически в радиоэлектронике высокие частоты принято обозначать буквой f, а низкие — F. Гармонические сигналы характеризуют также угловой (круговой) частотой ω = 2πf, выражаемой в рад/с и равной изменению фазы сигнала φ (t) в единицу времени. Угловая частота записывается для высоких и низких частот соответственно как ω = 2πf и Ω = 2πF. Для гармонических сигналов (в том числе и искаженных) частота определяется числом переходов через ось времени (т.е. через нуль) за единицу времени.
При непостоянстве частоты используется понятие мгновенной угловой частоты ω(t) = dφ(t)/dt = 2πf(t). где f(t) — мгновенная циклическая частота. В настоящей лекции при описании методов измерения частоты имеется в виду ее среднее значение за время измерения. Различают также долговременную и кратковременную нестабильности частоты, связанные соответственно с постоянным изменением частоты за длительный и короткий интервалы времени и с ее флуктуационными изменениями. Граница между этими нестабильностями условна и задается путем указания времени измерения.
Вопрос 1. Общие сведения о методах измерения частоты
Интервалом времени Δt в общем случае называется время, прошедшее между моментами двух последовательных событий. К числу таких интервалов относятся, например, период колебаний, длительность импульса или длительность интервала, определяемая разносом по времени двух импульсов.
Периодом Т любого периодического детерминированного сигнала u(t) называется наименьший интервал времени, через который регулярно и последовательно повторяется произвольно выбранное мгновенное значение этого сигнала. Отсюда следует, что u(t) = u(t + nТ), где n = 1, 2, 3 и т.д. Для гармонического сигнала, например для u(t)=Umsin(2πt/T)=Umsin[φ(t)], период колебания Т можно также определить, как интервал времени, в течение которого фаза сигнала φ(t), выраженная в радианах, изменяется на 2π.
Из курса физики известно, что частота/и период колебания T дуальны (т.е. двойственны, равноправны) и связаны формулой f = 1/Т. Поскольку эти две физические величины неразрывно связаны, измерение одной величины можно заменить другой. Но на практике чаще измеряется частота.
Измерение частоты, периода и других временных параметров электрических сигналов является одной из важнейших задач в радиотехнике и телекоммуникационных системах. Аппаратура для частотно-временных измерений образует единый комплекс приборов, обеспечивающий возможность проведения измерений с непосредственной их привязкой к Государственному эталону частоты и времени. Это фактически гарантирует возможность принципиально высокой точности измерений.
Основными измерительными приборами и средствами данных измерений являются:
- осциллографы;
- приемники сигналов эталонных частот и компараторы;
- преобразователи частоты сигналов;
- частотомеры резонансные;
- частотомеры на основе метода заряда-разряда конденсатора;
- частотомеры цифровые;
- измерители интервалов времени цифровые.
Базой для частотно-временных измерений служит группа Государственных стандартов частоты — высокоточных мер частоты и времени, объединяющая рубидиевый, цезиевый, водородный и кварцевый стандарты. Привязка к ним практических измерений осуществляется приемниками сигналов эталонных частот, передаваемых радиостанциями Государственной службы частот и времени, а также компараторами и преобразователями частоты сигнала. Последние применяются для переноса частоты или спектра измеряемого сигнала в тот диапазон частот, где наиболее целесообразно производить необходимое измерение.
Измерение частоты чаще всего выполняется цифровым методом (дискретного счета), на основе которого создаются цифровые (электронно-счетные) частотомеры. К достоинствам этого метода относится высокая точность измерений, широкий диапазон измеряемых частот, возможность обработки результатов наблюдений с помощью вычислительных устройств (микропроцессоров, персональных компьютеров и пр.). Цифровые частотомеры позволяют измерять не только частоту колебаний, но и интервалы времени, они будут рассмотрены в следующем вопросе. Известны также методы измерения частоты, основанные на сравнении частоты источника образцовых колебаний с измеряемой частотой.