Измерение соотношения частот

На частотомер поступает два сигнала с частотами fB > fн. Сигнал с неизвестной частотой подаем на вход А частотомера.

Сигнал от образцового генератора подаем на вход Б. Изменяя частоту образцового генератора производим отсчет отношения частот:

Помимо рассмотренных режимов работы, цифровые частотомеры обеспечивают удобный режим контроля работоспособности основных узлов прибора. В режиме "самоконтроль" прибор измеряет частоту внутреннего кварцевого генератора и индуцирует это значение на отчетном устройстве.

Контрольные вопросы:

1. Перечислить методы измерения частоты?

2. Какие Вы знаете методы сравнения?

3. Назначения цифрового частотомера.

4. В чем заключается принцип работы цифрового частотомера?

5. Используя временные диаграммы напряжений действующих в схеме, поясните от чего зависит значение измеряемой частоты.

6. Чем отличается измерение периода от частоты с помощью цифрового частотомера?

7. Используя временные диаграммы напряжений действующих в схеме, поясните от чего зависит значение периода?

8. Перечислите рекомендации для уменьшения погрешности при измерениях f и Т.

Литература

Б. П. Хромой, Ю. Г. Моисеев. Электрорадиоизмерения ,- М.; Радио и связь, 1985 г., стр. 233-237.

Н. П. Шумилин. Измерения в технике проводной связи. - М.; Связь, 1980 г., стр. 75-78.

Лекция № 26

Тема урока: Осциллографические методы сравнения при

измерении частоты с использованием линейной, синусоидальной и круговой развертки.

Цель урока: Усвоить методы измерения параметров электрических сигналов, с помощью осциллографа используя различные виды разверток.

Тип урока: Лекция

Оснащение урока: Функциональные схемы осциллографических методов сравнения при измерении частоты с использованием линейной, синусоидальной и круговой разверток.

План урока.

1. Принцип работы метода сравнения с использованием линейной развертки.

2. Принцип измерения частоты с использованием осциллографического метода сравнения при использовании синусоидальной развертки.

3. Принцип измерения частоты с использованием осциллографического метода сравнения при использовании круговой развертки.

Схема измерения осциллографическим методом сравнения параметров электрических сигналов при использовании линейной развертки представлена на рис. 1

Работаем в режиме внутренней синхронизации. Исследуемый сигнал переменного тока синусоидальной формы, параметры которого необходимо определить период, частоту, амплитудное и среднеквадратическое напряжения. Ту, fy, Umy, U подаем на вход У осциллографа от генератора G1.

Калибратором частоты (длительности) КЧ включаем собственный генератор развертки в канале X. Изменяя частоту сигнала развертки, добиваемся получения на экране неподвижного изображения одного периода. В этом случае параметры сигнала развертки будут равны параметрам исследуемого сигнала. Следовательно: Тх = Ту; fx = fy; Umx = Umy; Ux = Uy.

На экране осциллографа можно получить изображение нескольких периодов измеряемого сигнала, при этом измеряемая частота больше частоты развертки в п раз, где п - число периодов.

Определим период сигнала развертки Тх.

Рассчитаем количество

делений одного периода: n_х =4 дел.

Показание калибратора

частоты Пкч = 50 мкс/дел.

Тогда период сигнала развертки, а следовательно и сигнала определим по формуле:

Тх = Ту = Пкч * nх, c

Тх = Ту = 50 мкс/дел. * дел = 200мкс=2*10^-4

Рассчитаем значение частоты сигнала развертки по формуле: fх = fу=1/Тх;Гц

fx = fy= 1/2*10^-4=10⁴ /2-5* 10³Гц = 5КГц

Определим амплитудное значение напряжения сигнала развертки. Для этого рассчитаем количество делений амплитуды сигнала : nу = 2 дел.

Показание калибратора амплитуд соответствует Пка ⁼ 2 В/дел.

Тогда, амплитудное значение напряжения развертки и исследуемого сигнала определим по формуле:

Umx = Umy = Пка* Пу ; В

Umx = Umy = 2 В/дел. * 2 дел. = 4 В.

Определим среднеквадратическое значение напряжения сигнала развертки.

Umx = Umy = 0,707 * Umx ; В

Umx = Umy =0,707 * 4 = 2,83 В или : Ux = Uy = Umx / K_A ; В

где К_А - коэффициент амплитуд (К_А = 1,41) Ux = Uy = 4/l,41= 2,84, В

Схема измерения частоты с помощью осциллографического метода сравнения при использовании синусоидальной развертки представлена на рис. 2.

Р

nx

ny

аботаем в режиме внешней синхронизации. Калибра тором частоты КЧвыключаем собственный генератор развертки. Исследуемый сигнал с неизвестной частотой fy от генератора синусоидальных сигналов G1 подаем на вход У осциллографа. Сигнал от образцового генератора G2 синусоидальных сигналов, с известной частотой fx, подаем на вход X осциллографа. Изменяя частоту образцового генератора, добиваемся получения на экране фигур Лиссажу. А это значит, что частоты обоих сигналов кратны друг другу.

Для определения отношенияJV необходимо определить отношение Тогда для неподвижной фигуры справедливо равенство:

Правило Лиссажу

где: Пх - количество пересечений прямой, параллельной оси X, с образовавшейся фигурой.

Пу - количество пересечений прямой, параллельной оси У, с образовавшейся фигурой.

Если на вход X и У осциллографа подать синусоидальные сигналы, частоты которых равны f x =f у , а фазовый сдвиг между напряжениями равен 45°, 90°, 180°, тогда на екране появятся частные случаи фигур Лиссажу : эллипс, окружность, прямая.

Простейший способ определения фазового сдвига между напряжениями одной частоты, поданными на вход X и У, показан на рис. 4.

Уі Сдвиг фаз определяется по формуле: sin(p = ;

У₂

где Уі - перемещение луча по вертикальной прямой, проходящей через центр симметрии эллипса;

У₂ - максимальное перемещение луча по вертикали.

φ - угол сдвига sin-го U, подаваемого на вход У, относительно отстающего по фазе напряжения, поданного на вход X.

Форма и расположение эллипса, получаемого на экране при различных сдвигах фаз между Ux и Uy.

Для наблюдения следует работать при таких усилениях по горизонтали и по вертикали, чтобы амплитуды по осям X и У были одинаковы.

Схема измерения частоты с помощью осциллографического метода сравнения при использовании круговой развертки представлена на рис. 3.

Работаем в режиме внешней синхронизации. Калибратором частоты КЧ выключаем собственный генератор развертки в канале X.

Сигнал от образцового генератора G1 с известной частотой fo одновременно подаем на вход У и X осциллографа через фазосдвигаюшую цепочку RC. Регулируя коэффициенты усиления усилителей в каналах X и У добиваемся получения на экране окружности - частного случая фигур Лиссажу, когда частоты обоих сигналов fx и fy равны, а фазовый сдвиг между напряжениями равен 90 °.

Исследуемый сигнал с неизвестной частотой fz подаем на модулятор ЭЛТ (вход Z). Изменяя частоту образцового генератора fo, добиваемся получения на экране ЭЛТ светящихся меток. При этом частоты fz и fo относятся как целые числа, т.е. кратны друг другу.

Количество меток К определяется по формуле:

Тогда, fz = fo * К, Гц.

Fz=lOKГц* 3 = 30 КГц.