Литература

Б. П. Хромой, Ю. Г. Моисеев. Электрорадиоизмерения ,- М.; Радио и связь, 1985 г., стр. 144-147.

Лекция № 25

Тема программы : Измерение информационных параметров

электрических сигналов

Тема урока: Измерение частоты и временных интервалов.

Цель урока: Усвоить основные информационные параметры электрических сигналов, их математическое описание, физический смысл.

Уметь по функциональной схеме прибора пояснить принцип действия, указать вид сигналов (временные диаграммы) в различных точках функциональной схемы частотомера. Получить навыки работы с частотомером при измерении частоты и периода.

Тип урока: Лекция

Оснащение урока: Функциональные схемы цифрового частотомера. Временные диаграммы напряжений действующих в схеме. Измерительный прибор - цифровой частотомер 43-33.

План урока.

1. Классификация методов измерения частоты и их особенности.

2. Цифровой частотомер - функциональная схема. Измерение частоты.

3. Временные диаграммы напряжений, действующих в схеме.

4. Рекомендация для уменьшения погрешности при измерении частоты.

5. Измерение периода с помощью цифрового частотомера.

6. Временные диаграммы напряжений, действующих в схеме.

7. Рекомендация для уменьшения погрешности при измерении периода.

8. Контроль соотношения частот.

Частота является важнейшей характеристикой переменного тока (напряжения). Её измерение или контроль её стабильности представляет собой одну из наиболее распространенных операций.

Наличие высокоточных эталонов определяет возможность измерения частоты с погрешностью порядка ±5*10^-10, что значительно точнее других радиотехнических измерений.

Параметр периодического сигнала, характеризующий наименьший интервал времени, через который повторяются его мгновенные значения, называют периодом - Т.

В

1

T

еличина, обратная периоду, называется частотойпериодического сигнала - f = (Гц).

О

1

c

сновной единицей измерения частоты является

герц ( 1 Гц = ) ) производные единицы: килогерц - 10³ Гц, мегагерц - 10⁶ Гц, гигагерц - 10⁹ Гц.

Метод измерения частоты выбирается в зависимости от диапазона, в котором контролируются частоты и с учетом требуемой точности измерений.

Диапазоны частот сигналов в технике проводной связи подразделяются на три по диапазона:

• тональные частоты 16-16000 КГц;

• средние частоты 10-300 КГц;

• высокие частоты свыше 300 КГц.

Основные методы измерений и погрешности результатов измерений приведены в таблице 1:

Таблица 1

Метод измерения	Диапазон частот, КГц	Погрешность измерений, Гц
1. Мостовой	0,02-50	(0,5-1)*10^-^2
2. Сравнения	0,01-1000	1%+-О,О2
3. Перезарядка конденсатора.	0,01 - 500	(1-2)* 10^-^2
4. Резонансный	20-30*10^4	10^-^3-10^-^5
5. С использованием цифровых прибор.	0,001-1*10^7	5*10^-^6-5*10^-^7

Мостовой метод применяется редко.

Широкое распространение получил метод сравнения. Это обусловлено возможностью использования его практически в любом диапазоне частот, простотой выполнения и достаточно высокой точностью результата. Метод сравнения включает в себя: осциллографический, метод нулевых биений, метод акустических биений. К осциллографическим методам, кроме измерения по фигурам Лиссажу, относятся также методы яркостной модуляции, круговой развертки и сравнения периода сигнала с периодом линейной развертки осциллографа.

Таким образом, осциллографический метод измерения частоты можно применять при линейной, синусоидальной и круговой развертках.

Цифровые частотомеры в силу высокой точности, удобства представления отсчета, возможности автоматизированной передачи измерительной информации в виде кода на ЭВМ, нашли широкое распространение. Их погрешность может быть доведена до 10^-7 , а пределы измерений от долей герца до тысяч мегагерц.

Функциональная схема цифрового частотомера

Принцип действия данной схемы состоит в отсчете электронным счетчиком за строго определенный промежуток времени (временные ворота) числа импульсов, следующих друг за другом с измеряемой частотой fx.

Синусоидальный сигнал измеряемой частоты fx (риса) поступает на вход А прибора. В формирующем устройстве (состоящем из усилителя - ограничителя, преобразующего сигнал в прямоугольные импульсы) синусоидальный сигнал превращается в последовательность однополярных импульсов, частота следования которых равна fx рис.б).

Эти импульсы подаются на вход I временного селектора. Он пропускает поступившие на вход I импульсы в счетчик только в тот промежуток времени (временные ворота), когда на его вход I I подан так называемый стробирующий импульс из управляющего устройства (рис. в). Длительность стробирующего импульса определяется датчиком калиброванных отрезков времени, воздействующим на управляющее устройство. Электронный счетчик подсчитывает количество импульсов

частоты fx, попавших во "временные ворота" (рис. г) и с помощью цифрового индикатора показывает значение частоты fx.

Временные диаграммы напряжений, действующих в схеме.

Если обозначить через Тх период измеряемой частоты

то число импульсов N, прошедших на счетчик за время То будет равно:

Если То=1с, то число импульсов равно неизвестной частоте в Гц.

Для повышения точности измерения, необходимо уменьшать нестабильность опорного кварцевого генератора, что достигается, например, термостатированием и увеличением То.

Погрешность измерения зависит и от значения fx. С ростом частоты уменьшается роль погрешности дискретности, увеличивается общее число подсчитанных импульсов. С уменьшением частоты роль этой погрешности увеличивается, так как при допустимой погрешности 0,1% и временном интервале То = 1 с, минимальная частота составит:

Нижний предел измерения частоты с заданной степенью точности можно уменьшить, увеличивая То. Верхний предел измерения частоты ограничивается быстродействием счетчика, которое достигает нескольких гигагерц.

В цифровых частотомерах нередко предусматривается возможность измерения не только частоты fx, но и периода Тх.

В этом случае напряжение достаточно низкой Fx подается на вход Б прибора. Отличие её от схемы цифрового частотомера в том, что интервал

времени, равный Тх, определяется периодом измеряемой частоты, а короткие импульсы, заполняющие этот интервал, вырабатываются в приборе путем умножения частоты опорного кварцевого генератора.

В этом случае временные диаграммы, действующих в схеме напряжений, выглядят следующим образом:

Число импульсов, прошедших на счетчик, равно:

Значение То может изменяться в зависимости от требуемой точности измерений от 1с до 0,1 мкс, что эквивалентно переносу запятой на электронном счетном табло.

Погрешность измерения периода обусловлена погрешностью образцового генератора, погрешностью дискретности в процентах (потеря одного импульса, а следовательно, одного периода измеряемого сигнала за сформированный интервал времени, т.е.

и погрешностью запуска формирующего устройства.