Одним из основных параметров периодических и пульсирующих токов выступает , определяющая количество периодических колебаний за полный цикл и являющая основной характеристикой системы единиц СИ. Потребность в точном определении частоты возникает в различных сферах научной и практической деятельности, особое значение её определение имеет в электротехнике, радиоэлектронике, телекоммуникациях и пр.

Для фиксации частоты используют частотомеры – это специальные электроизмерительные приборы, использующиеся для фиксации частоты периододического процесса либо гармонических составляющих спектра сигнала.

Классификация приборов

Исходя из метода измерений, приборы бывают непосредственной оценки (аналоговые) и устройства сравнения (гетеродинные, электронно-счетные).

В целях определения частоты источников питания радиоустройств используют:

• электромагнитные;
• электро- и ферродинамические, использующие метод сопоставления с некой измерительной шкалой;
• камертонные приборы.

Такие устройства характеризуются узкими пределами измерений, стандартно в диапазоне +-10% одной из стандартного ряда частот 25, 50, 60, 100, 150, 200, 300, 400, 430, 500, 800, 1000, 1500 и 2400 Гц, и функционируют при номиналах напряжения 36, 110, 127, 220, 380 В.

Для подсчета предельно низких частот (менее 5 Гц) используют магнитоэлектрические приборы в комплекте с секундомером. Для этого путем подсчета количества периодов колебаний за определенный временной промежуток, проводится полное измерение.

Помимо этого, все частотомеры условно разделяют на аналоговые и цифровые приборы. Для первого вариант измеренные сведения указываются стандартным «шкально-стрелочным» методом, а во втором – посредством цифрового дисплея.

По конструктивному исполнению их делят на:

• щитовые;
• переносные;
• стационарные.

Частотомер – это электроизмерительный прибор, предназначенный для измерения частот различных периодических колебаний, электрических или механических.

Для классификации частотомеров, в основном в основном используется принцип их работы (проведения измерения). Различают частотомеры непосредственной оценки, и частотомеры, работающие по различным сравнительным методам, например резонансные, гетеродинные и электронно-счетные частотомеры.

Для измерения механических колебаний используют в основном вибрационные механические (аналоговые) частотомеры , а также электрические приборы, которые используются вместе с преобразователями механических колебаний в электрические, или эти функции выполняет сам частотомер.

Принцип работы самого простого вибрационного механического частотомера основан на явлении резонанса. Частотомер такого типа представляет собой ряд укрепленных одним концом металлических пластин. Пластины подобраны так, что их собственные колебания ступенчато варьируются, образуя, таким образом, своеобразную колебательную шкалу. Колебания, которые воздействуют на частотомер , вызывают вибрацию платин. Измерение частоты вибрации происходит по той упругой пластине, частота собственных колебаний которой совпадает с измеряемой частотой, вызывая, таким образом, явление резонанса.

Для измерения частоты электрических колебаний применяют различные электронные частотомеры.

В качестве примера, можно описать принцип работы самого простого частотомера этого класса – электромеханического. Как и в описанном выше механическом частотомере, в этом приборе также содержится ряд упругих пластин. Однако этот прибор дополнен электромагнитом. Поступающие электрические колебания, которые необходимо измерить, вызывают колебания электромагнита, который передает их на ряд пластин. Определение частоты колебаний, далее идет, как и у аналогового частотомера .

Электродинамические частотомеры. Они содержат специальный элемент измерения – логометр. Он настроен на определенную частоту колебаний. В зависимости от того, насколько поступающие колебания отличаются от эталонной частоты, и происходит измерение.

К частотомерам, помимо перечисленных, применяемым для измерения электрических колебаний, можно дополнительно отнести электромагнитые и магнитоэлектрические приборы. Однако на описании принципа их работы, мы останавливаться не будем.

Электронно-счетный частотомер , в последнее время, приобрел наибольшее распространение. Принцип его работы основан на подсчете числа периодов колебаний, за установленный период времени.

Для измерения колебаний радиочастот используют частотомеры специального, волнового типа. Сюда относятся различные резонансные, цифровые и гетеродинные частотомеры. Все эти приборы также работают по сравнительному методу подсчета измеряемых колебаний.

Кроме того, все частотомеры можно условно разделить на аналоговые и цифровые приборы. В первом случае информация указывается классическим «шкально-стрелочным» способом, во втором – с помощью цифрового дисплея.

Частотомер - прибор, предназначенный для измерения частоты периодического процесса спектра сигнала, а также для нахождения частот гармонических элементов спектра сигнала.

Частотомеры подразделяются относительно способа, по которому производятся измерения. К такому типу относят устройства прямой оценки, такие как аналоговые, и приборы сравнительной оценки, например резонансные, гетеродинные и электронно-счетные частотомеры.

Различаются по физическому значению определяемой величины: синусоидальные колебания рассматриваются при помощи аналоговых приборов; частоты гармонических элементов определяются гетеродинными, резонансными и вибрационными частотомерами; для исследования дискретных явлений применяются электронно-счетные и конденсаторные устройства.

Также существует деление относительно конструктивного решения частотомера. Приборы могут представлять собой щитовые, переносные, стационарные конструкции.

Частотомеры предназначены для произведения электроизмерительных и радиоизмерительных работ, поэтому они могут рассматриваться как электроизмерительные частотомеры и радиоизмерительные частотомеры. Электроизмерительные частотомеры включают в себя аналоговые стрелочные частотомеры всевозможных системных решений, вибрационные, конденсаторные, электронно-счетные частотомеры; радиоизмерительные частотомеры - резонансные, гетеродинные, конденсаторные, элект-ронносчетные частотомеры.

Аналоговые стрелочные частотомеры подразделяются относительно входящего в них измерительного приспособления: электродинамические, электромагнитные, магнитоэлектрические.

Разработаны частотомеры такого типа на основе применения частотозависимой цепи, характеризуемой взаимодействием модуля полного сопротивления относительно частоты. В аналоговом устройстве предусмотрен измерительный механизм, в роли которого в основном выступает логометр. Логометр представляет собой устройство с двумя плечами, на одно плечо поступает определяемый сигнал, проходя частотонезависимую цепь, на второе сигнал поступает сквозь частотозависимую цепь. Также логометр оснащается ротором со стрелкой, который в результате взаимодействия магнитных потоков фиксируется в положении, показываемом отношением токов в обмотках.

Вибрационные (или язычковые) частотомеры относятся к устройствам с наличием мобильного компонента, представленного в виде комплекта упругих деталей, например язычков или пластин. Подвижные части включаются в резонансное колебание в результате воздействия на них переменным магнитным или электрическим полем.

Гетеродинные частотомеры разработаны на принципе исследования сравнения между частотами входного сигнала и частотой перестраиваемого генератора - гетеродина, используя метод нулевых биений.
Рабочее состояние идентично работе резонансного частотомера, описанного ниже.

Резонансные частотомеры созданы на рассмотрении сравнительных характеристик частоты входного сигнала и собственной резонансной частоты перестраиваемого резонатора, в роли которого могут выступать колебательный контур^ отрезок волновода как объемный резонатор, четвертьволновой отрезок линии.

Цепочка действия следующая: контролируемый сигнал, проходя входные цепи, отправляется на резонатор, поступив на резонатор, сигнал, проходя детектор, отправляется на индикаторное приспособление, например гальванометр. Частотомер может оснащаться усилителями, которые усиливают чувствительную способность частотомера. Резонатор при помощи оператора настраивается относительно максимального значения индикатора, отсчет частоты производится относительно лимба настройки.
Электронно-счетные частотомеры очень широко примененяются, так как обладают широким диапазоном частот в пределах от долей герца до десятков мегагерц. Чтобы увеличить диапазон до сотен мегагерц и десятков гигагерц, частотомер оснащается вспомогательными блоками, которые характеризуются как делители частоты и переносчики частоты. Электронно-счетные частотомеры также отличаются универсальностью, достаточно высокой точностью. Частотомеры этого типа могут производить измерения периода движения импульсов, отслеживать промежутки бремени, возникающие между импульсами, исследовать взаимодействие двух" Частот. Отмечено их применение как счетчиков численности импульсов. Электронно-счетные частотомеры могут производить работу, сочетая несколько способов измерения, например гетеродинный и электронно-счетный способы, при этом существенно расширяя диапазон измерения, создавая нахождение несущей частоты импульсно-модулированных сигналов.

Наипростейший частотомер изготавливается при помощи логических элементов одной микросхемы, прибор такого типа используется для измерения частоты переменного напряжения в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. В этом приборе роль входного элемента играет триггер Шмита, который трансформирует на входе переменное напряжение синусоидальной формы в импульсы прямоугольной формы равной частоты. Для работы триггера требуется наличие определенной амплитуды входного сигнала, которая не должна превышать пороговую величину. Шкала частотомера задается как общая для всех диапазонов измерения, к тому же практически равномерная. Необходимо задать начальную границу и конечную границу шкалы относительно всех диапазонов, в основном это поддиапазон 20-200 Гц, под который ориентируются частотные границы остальных двух поддиапазонов. Для поддиапазона 200-2000 Гц результат измерения, полученный при помощи шкалы, увеличивается в 10 раз, а для поддиапазона 20 кГц увеличение производится в 100 раз.

Для повышения чувствительности частотомера используется введение вспомогательного усилителя входного сигнала, в роли которого могут выступить маломощный полупроводниковый транзистор или аналоговая микросхема в виде трехступенчатого усилителя для видеоканалов телевизионных приемников, характеризуемых наличием большого коэффициента усиления. Частота может иметь синусоидальные, прямоугольные, пилообразные колебания, а также колебания другого вида. Колебания, проходя первый конденсатор, поступают на вход микросхемы, затем производится усиление на выходе микросхемой через второй конденсатор, и колебания отправляются на вход триггера Шмита. Еще один конденсатор включен для ликвидации внутренней отрицательной обратной связи, которая уменьшает усилительные характеристики микросхемы.

Частотомер для измерения КСВ предназначен для нахождения величин мощности, при прямой отраженной волне отображается стрелочными приспособлениями с наличием подсвечиваемой шкалы. Частотомер такого типа работает в режиме калибровки и режиме определения в результате демпфониро-вания индикаторов, осуществляя измерения флуктуирующих сигналов. Прибор есть объединение двух частотомеров, его задняя панель оснащена двумя парами разъемов, при этом одна пара ориентирована на произведение замеров КСВ, мощности в частотном диапазоне 1,8-160 МГц, вторая пара рассчитана на диапазон 140-525 МГц.

Частотомер на базе звуковой карты разработан для произведения измерения частоты звукового сигнала, который непосредственно подается на линейный вход звуковой карты.

Вибрационные и аналоговые частотомеры используются в качестве контролеров сети электропитания. Гетеродинные частотомеры применяются для создания и отслеживания настройки, эксплуатации, для контролирования над приемопередающими устройствами, для измерения несущей частоты модулированных сигналов. Электронно-счетные частотомеры используются для обслуживания, регулировки, диагностики радиоэлектронных устройств разнообразного направления, также применяются для произведения контроля рабочих состояний радиосистем, технологических процессов. Резонансные частотомеры служат для настройки, обслуживания, а также для произведения контроля над действием приемопередающих приспособлений и определения несущей частоты модулированных сигналов.

Важнейшей характеристикой периодических процессов является частота, которая определяется числом полных циклов (периодов) колебаний за единичный интервал времени. Необходимость в измерении частоты возникает во многих областях науки и техники и особенно часто - в радиоэлектронике, которая охватывает обширную область электрических колебаний от инфранизких до сверхвысоких частот включительно.

Для измерения частоты источников питания электрорадиоустройств применяют электромагнитные, электро- и ферродинамические частотомеры с непосредственной оценкой по шкале логометрического измерителя, а также камертонные частотомеры. Эти приборы имеют узкие пределы измерений, обычно в пределах +-10% одной из номинальных частот 25, 50, 60, 100, 150, 200, 300, 400, 430, 500, 800, 1000, 1500 и 2400 Гц, и работают при номинальном напряжении 36, 110, 115, 127, 220 или 380 В.

Очень низкие частоты (менее 5 Гц) можно приближённо определить подсчётом числа полных периодов колебаний за фиксированный промежуток времени, например, с помощью магнитоэлектрического прибора, включённого в исследуемую цепь, и секундомера; искомая частота равна среднему числу периодов колебаний стрелки прибора в 1 с. Низкие частоты могут измеряться методом вольтметра, мостовым методом, а также методами сравнения с опорной частотой посредством акустических биений или электроннолучевого осциллографа. В широком диапазоне низких и высоких частот работают частотомеры, основанные на методах заряда - разряда конденсатора и дискретного счёта. Для измерения высоких и сверхвысоких частот (от 50 кГц и выше) применяются частотомеры, базирующиеся на резонансном и гетеродинном методах. На СВЧ (от 100 МГц и выше) широко применяется метод непосредственной оценки длины волны электромагнитных колебаний при помощи измерительных линий.

Если исследуемые колебания имеют форму, отличную от синусоидальной, то, как правило, измеряется частота основной гармоники этих колебаний. Если необходим анализ частотного состава сложного колебания, то применяются специальные приборы - анализаторы спектра частот.

Современная измерительная техника позволяет измерять высокие частоты с относительной погрешностью до 10 -11 ; это означает, что частота примерно 10 МГц может быть определена с ошибкой не более 0,0001 Гц. В качестве источников высокостабильных образцовых частот используют кварцевые, молекулярные и атомные генераторы, а в области низких частот - камертонные генераторы. Методы стабилизации частоты, применяемые на радиовещательных станциях, позволяют поддерживать частоту с относительной погрешностью не более 10 -6 , поэтому их несущие частоты можно успешно использовать в качестве опорных при частотных измерениях. Кроме того, через радиостанции Государственной службы времени и частоты СССР регулярно передаются колебания ряда образцовых частот (100 и 200 кГц, 2,5; 5; 10 и 15 МГц), которые представляют собой немодулированную несущую, периодически прерываемую подачей позывных и сигналов точного времени.

Во многих случаях радиотехнической практики при измерении низких частот можно допустить погрешность до 5-10%, а при измерении высоких частот - до 0,1-1%, что облегчает требования к схеме и конструкции применяемых частотомеров.

Измерение частоты при помощи вольтметра

Наиболее простым является косвенный способ измерения частоты, основанный на зависимости сопротивления реактивных элементов от частоты протекающего по ним тока. Возможная схема измерений представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема измерения частоты при помощи вольтметра

К источнику колебаний частоты F x подключается цепочка из безреактивного резистора R и конденсатора С с малыми потерями, параметры которых точно известны. Высокоомным вольтметром переменного тока V с пределом измерения, близким к значению входного напряжения, поочерёдно измеряются напряжения U R и U C на элементах цепочки. Поскольку U*R = I*R, a U C = I/(2πF x C) (где I - ток в цепи), то отношение U R /U C = 2πF x RC, откуда следует:

F x = 1/(2πRC) * U R /R C

Входное сопротивление вольтметра V должно по крайней мере в 10 раз превышать сопротивление каждого из элементов цепочки. Однако влияние вольтметра можно исключить, если использовать его лишь в качестве индикатора равенства напряжений U R и U C , достигаемого, например, плавным изменением сопротивления R. В этом случае измеряемая частота определяется простой формулой:

F x = 1/(2πRC) ≈ 0,16/(RC),

и при неизменной ёмкости конденсатора С переменный резистор R можно снабдить шкалой с отчётом в значениях F x .

Оценим возможный порядок измеряемых частот. Если резистор R имеет максимальное сопротивление R M = 100 кОм, то при С = 0,01 мкФ, 1000 и 100 пФ верхний предел измерений составит соответственно 160, 1600 и 16000 Гц. При выборе R M = 10 кОм и тех же значениях ёмкостей эти пределы окажутся равными 1600 Гц, 16 и 160 кГц. Эффективность метода зависит от точности подбора номиналов и качества элементов RС-цепочки.

Ёмкостные частотомеры

Для практических целей наиболее удобны прямопоказывающие частотомеры, позволяющие вести непрерывные наблюдения за частотой исследуемых колебаний по шкале стрелочного измерителя. К ним относятся, прежде всего, ёмкостные частотомеры, действие которых основано на измерении среднего значения тока заряда или разряда опорного конденсатора, периодически перезаряжаемого напряжением измеряемой частоты f x . Эти приборы применяются для измерения частот от 5-10 Гц до 200-500 кГц. При допустимой погрешности измерений примерно 3-5% они могут быть выполнены по простым схемам, один из вариантов которых представлен на рис. 2. Здесь транзистор Т1, работающий в ключевом режиме, управляется напряжением частоты f x , которое подводится к его базе с входного потенциометра R1. В отсутствие входного сигнала транзистор Т1 открыт, поскольку его база через резисторы R3 и R2 соединена с отрицательным полюсом источника питания. При этом на резисторе R5 делителя R5, R2 создаётся падение напряжения U; последнее благодаря наличию конденсатора большой ёмкости С2 фиксируется в качестве напряжения питания транзисторного каскада и при быстрых периодических изменениях режима транзистора почти не меняется. При установке переключателя В в положение «U-» измеритель И, включённый последовательно с добавочным резистором R6, образует вольтметр, измеряющий постоянное напряжение U на конденсаторе С2, которое с помощью подстроечного резистора R2 поддерживается на определённом уровне, например 15 В. Вместо рассмотренной может быть успешно применена типовая схема параметрической стабилизации напряжения на стабилитроне, не требующая систематического контроля.

Рис. 2. Схема ёмкостного частотомера

В положительный полупериод входного напряжения частоты f x транзистор Т1 закрывается и напряжение на его коллекторе резко возрастает до значения U; при этом происходит быстрый заряд до напряжения, близкого к U, одного из конденсаторов С, зарядный ток которого протекает через измеритель И и диод Д2. В отрицательный полупериод транзистор Т1 открывается, его сопротивление становится очень малым, что приводит к быстрому и почти полному разряду конденсатора С током, протекающим через диод Д1. За один период измеряемой частоты количество электричества, сообщаемое конденсатору при заряде и отдаваемое им при разряде, q ≈ CU. Поскольку процесс заряда - разряда повторяется с частотой f x , то среднее значение I зарядного тока, регистрируемое измерителем И , оказывается пропорциональным этой частоте:

I = q*f x ≈ C*U*f x .

Это позволяет снабдить измеритель линейной шкалой, проградуированной непосредственно в значениях измеряемых частот.

Если известны ток полного отклонения измерителя I и и постоянное напряжение U, то при заданном предельном значении измеряемых частот f п конденсатор должен иметь ёмкость

C = I и /(U*f п).

Например, при номиналах элементов схемы, указанных на рис. 2, частотомер может быть отрегулирован для работы при верхних пределах измерений 100 Гц, 1, 10 и 100 кГц.

В данной схеме коммутатор на транзисторе Т1 одновременно выполняет функции усилителя-ограничителя, благодаря чему показания частотомера мало зависят от формы входного напряжения. Любое периодическое входное напряжение с амплитудой примерно от 0,5 В и выше трансформируется в импульсное напряжение почти прямоугольной формы с неизменной амплитудой U f которое питает измерительную (счётную) цепь частотомера. Конденсатор С3, шунтирующий измеритель, сглаживает пульсации стрелки последнего при измерении самых низких частот общего диапазона.

Подстроечный резистор R7, включённый параллельно измерителю, служит для коррекции шкалы частотомера в процессе его эксплуатации. При этом на вход частотомера подают напряжение опорной частоты от измерительного генератора или сети переменного тока (50 Гц) и регулировкой сопротивления R7 добиваются отклонения стрелки измерителя до соответствующего деления шкалы частот. Такую регулировку повторяют несколько раз, перемежая её с указанной выше установкой напряжения питания U, осуществляемой с помощью резистора R2.

Входное напряжение, меньшее 0,3-0,5 В, может оказаться недостаточным для запирания транзистора Т1 в течение большей части положительного полупериода; тогда конденсатор С не будет успевать заряжаться до напряжения U и показания частотомера окажутся заниженными. Для повышения чувствительности по входному напряжению до 20-50 мВ электронному ключу иногда предшествует усилительный каскад, выполняемый по схеме с общим эмиттером.

При чрезмерном входном напряжении входной транзистор может быть повреждён; это приводит к необходимости включения на входе ограничительных или регулировочных элементов, например потенциометра R1 в схеме на рис. 2. Входное напряжение следует повышать постепенно, следя за показаниями измерителя частотомера, и когда последние, после некоторого интервала возрастания, стабилизируются, можно производить оценку частоты f x . Полезно осуществлять контроль входного напряжения с целью установки его на оптимальном для данного частотомера уровне, например 1,5 В. В данной схеме это имеет место в положении «U~» переключателя В, когда измеритель с диодами Д1, Д2 и резистором R4 образуют вольтметр переменного тока с пределом измерений примерно 3 В, контролирующий напряжение, снимаемое с потенциометра R1.

Частотомеры, выполненные по схемам, аналогичным рассмотренной, дают достаточно точные показания лишь при входных напряжениях, близких по форме к напряжениям (обычно синусоидальным), использованным при отладке и градуировке прибора. Универсальные ёмкостные частотомеры позволяют измерять частоты как непрерывных, так и импульсных напряжений любой формы и полярности в широком диапазоне частот и входных напряжений 1. В самом общем случае их функциональная схема содержит следующие последовательно включённые компоненты: входной делитель - согласующий каскад - усилитель - триггер Шмитта - дифференцирующая цепочка с фильтрующим диодом - ждущий мультивибратор - счётная схема. Высокоомный входной делитель, обычно ступенчатый, повышает максимально допустимые значения входных напряжений до сотен вольт. Эмиттерный или истоковый повторитель обеспечивает высокое входное сопротивление прибора, ослабляя его влияние на исследуемые цепи. Усилитель понижает максимально допустимое значение входного напряжения до десятков милливольт. Усиленные им колебания частоты f x периодически запускают триггер Шмитта, который формирует прямоугольные импульсы с частотой повторения f x .

Рис. 3. Схема универсального ёмкостного частотомера

Поскольку длительность этих импульсов зависит от частоты и амплитуды входного сигнала, они непригодны для точного измерения частоты. Поэтому с помощью дифференцирующей RC-цепочки каждый прямоугольный импульс триггера преобразуется в пару остроконечных импульсов различной полярности. Один из этих импульсов, возникающий при спаде прямоугольного импульса, отфильтровывается с помощью диода, а второй, соответствующий фронту прямоугольного импульса триггера, используется для запуска ждущего мультивибратора. Последний выдаёт прямоугольные импульсы строго определённой длительности и амплитуды, частота повторения которых, очевидно, равна f x . В результате счётная схема с переключаемыми конденсаторами различных номиналов, выпрямительными элементами и стрелочным измерителем обеспечивает измерение частоты f x при полной независимости отсчёта от амплитуды и формы входного напряжения. С целью уменьшения погрешности измерений (не превышающей в лучших образцах 1%) на каждом частотном пределе устанавливается оптимальная длительность импульсов мультивибратора, примерно равная половине периода наивысшей частоты этого предела измерений. Если питание универсального частотомера производится от сети переменного тока, то обязательно осуществляют параметрическую стабилизацию выпрямленного напряжения, причём частота сети 50 Гц или её удвоенное значение 100 Гц (частота пульсаций) используется в качестве опорной для коррекции шкалы.

В конкретных приборах рассмотренная функциональная схема реализуется в различных вариантах. На рис. 3 приведена схема сравнительно простого универсального частотомера с верхними пределами измерения 200, 2000 и 20 000 Гц, в котором может быть использован измеритель И с током полного отклонения 1-3 мА. Прибор содержит входной ступенчатый делитель R1-R3, усилитель на транзисторе T1, триггер Шмитта на транзисторах Т2 и Т3, дифференцирующую цепочку С3, R13 с диодом Д2, пропускающим лишь импульсы положительной полярности, и ждущий мультивибратор на транзисторах Т4, Т5. Особенностью частотомера является отсутствие специальных выпрямительных элементов. Измеритель И включён в одно из плеч мультивибратора, открываемое на фиксированный интервал времени продифференцированными импульсами запуска, и регистрирует среднее значение коллекторного тока, пропорциональное частоте f x . Верхние пределы измерений f п определяются длительностью импульсов мультивибратора, которые устанавливаются подбором номиналов конденсаторов С4-С6 с использованием подстроечных резисторов R18-R20. Поскольку в данной схеме все счётные RC-цепочки взаимосвязаны, регулировку их следует производить в следующем порядке: C4-R18, C5-R19 и C6-R20 с последующей повторной подстройкой всех пределов резисторами R18-R20.

Погрешность измерений частотомера определяется в основном точностью настройки и устойчивостью работы ждущего мультивибратора, поэтому напряжение питания последнего стабилизируется резистором R12 и стабилитроном Д1. Подстроечным резистором R4 подбирают оптимальное смещение на базе транзистора Т1 (4-5 В). При наличии высокочастотного предела измерений (например, до 200 кГц) для повышения быстродействия триггера и мультивибратора полезно включить параллельно резисторам R10 и R15 конденсаторы небольшой ёмкости (десятки пикофарад).

Поскольку усилитель на транзисторе T1 работает в режиме ограничения амплитуды, то при входных напряжениях до 10-20 В можно обойтись без входного делителя напряжения; при этом на входе следует включить ограничительный резистор.

Электронно-счётные (цифровые) частотомеры

Электронно-счётные частотомеры по своим возможностям являются универсальными приборами. Их основное назначение - измерение частоты непрерывных и импульсных колебаний, осуществляемое в широком частотном диапазоне (примерно от 10 Гц до 100 МГц) при погрешности измерений не более 0,0005%. Кроме того, они позволяют измерять периоды низкочастотных колебаний, длительности импульсов, отношения двух частот (периодов) и т. д.

Действие электронно-счётных частотомеров основано на дискретном счёте числа импульсов, поступающих за калиброванный интервал времени на электронный счётчик с цифровой индикацией. На рис. 4 приведена упрощённая функциональная схема прибора. Напряжение измеряемой частоты f x в усилительно-формирующем устройстве преобразуется в последовательность однополярных импульсов, повторяющихся с той же частотой f x . Для этой цели часто используется система из усилителя-ограничителя и триггера Шмитта, дополненная на выходе дифференцирующей цепочкой и диодным ограничителем (см. и рис. 3). Временной селектор (электронный ключ с двумя входами) пропускает эти импульсы на электронный счётчик лишь в течение строго фиксированного интервала времени Δt, определяемого длительностью прямоугольного импульса, воздействующего на его второй вход. При регистрации счётчиком m импульсов измеряемая частота определяется формулой

Например, если за время Δt = 0,01 с отмечено 5765 импульсов, то f x = 576,5 кГц.

Погрешность измерения частоты определяется главным образом погрешностью калибровки выбранного интервала времени счёта. Задающим компонентом в системе формирования этого интервала является высокостабильный кварцевый генератор, положим, частоты 100 кГц. Создаваемые им колебания с помощью группы последовательно включённых делителей частоты преобразуются в колебания с частотами (f 0) 10 и 1 кГц, 100, 10, 1 и 0,1 Гц. которым соответствуют периоды (Т 0) 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1; 1 и 10 с (последние одно или два из указанных значений f 0 и Т 0 у некоторых частотомеров отсутствуют).

Колебания выбранной (посредством переключателя В2) частоты f 0 (числовое значение последней является множителем к отсчёту по счётчику) с помощью триггера Шмитта преобразуются в прямоугольные колебания с частотой повторения f 0 . Под их действием в управляющем устройстве формируется интервальный импульс длительностью Δt = Т 0 = 1/f 0 строго прямоугольной формы. Этот импульс вызывает сброс предыдущих показаний счётчика, а затем (с задержкой на несколько микросекунд) поступает на селектор и открывает его на время Δt для пропускания импульсов с частотой повторения f x . После закрывания селектора число пропущенных им импульсов m фиксируется индикатором счётчика, а измеряемая частота определяется по формуле f x = m*f 0 .

Рис. 4. Упрощённая функциональная схема электронно-счётного (цифрового) частотомера

Цепь управления селектором может запускаться вручную (нажатием кнопки «Пуск»); в этом случае управляющее устройство посылает на селектор одиночный импульс длительностью Δt и счётчик выдаёт разовый результат измерений с неограниченным временем индикации его. В режиме автоматического измерения частоты импульсы реле времени периодически повторяются и результаты измерения обновляются через выбранные интервалы времени.

Частотомер может служить источником колебаний ряда опорных частот f 0 , получаемых с помощью кварцевого генератора, умножителя и делителей частоты и снимаемых со специального выхода. Эти же колебания, поданные на вход частотомера, могут служить для проверки правильности показаний счётчика.

Счётчик частотомера собирается из 4-7 пересчётных декад на триггерных схемах и цифровых индикаторных лампах. Число декад определяет максимальное число значащих цифр (разрядов) в результатах измерений. Возможная ошибка счёта, называемая погрешностью дискретности, составляет одну единицу в цифре самого младшего разряда. Поэтому желателен выбор такого интервала времени счёта Δt, при котором используется максимальное число разрядов счётчика. Так, в рассмотренном выше примере при Δt = 0,01 с (f 0 = 100 Гц) для отсчёта оказалось достаточным четырёх разрядов счётчика и результат измерений f x = 576,5 кГц +-100 Гц. Предположим, что измерения повторены при Δt = 0,1 с (f 0 = 10 Гц) и получен отсчёт m = 57653 импульсов. Тогда f x = 576,53 кГц +-10 Гц. Ещё меньшая погрешность дискретности (+-1 Гц) будет получена при Δt = 1 с (в этом случае счётчик должен иметь не менее шести декад).

При расширении диапазона измерений частотомера в сторону высоких частот ограничивающим фактором является быстродействие пересчётных декад. При выполнении триггерных схем на высокочастотных кремниевых транзисторах (например, типа КТ316А), имеющих время рассасывания заряда в базе примерно 10 нс, верхняя предельная измеряемая частота может достигать десятков мегагерц. В некоторых приборах при измерении высоких частот, превышающих, например, 10 МГц, их предварительно преобразуют в частоту, меньшую 10 МГц (например, частоту 86,347 МГц в частоту 6,347 МГц), пользуясь гетеродинным методом (см. ).

Фактором, ограничивающим нижнюю предельную измеряемую частоту, является время измерений. Если, например, установить наибольший для многих частотомеров интервал времени счёта Δt = 1 с, то при регистрации счётчиком 10 импульсов результатом измерений явится частота f x = 10 = +-1 Гц, т.е. погрешность измерения может достигать 10%. Для уменьшения погрешности, положим, до 0,01% необходимо было бы производить счёт импульсов в течение времени Δt = 1000 с. Ещё большее время требуется для точного измерения частот, равных 1 Гц и менее. Поэтому в электронно-счётных частотомерах измерение очень низких частот f x заменяют измерением периода их колебаний Т х = 1/f x . Схема измерения периода колебаний образуется при установке переключателя В1 в положение «Тх» (рис. 4). Исследуемое напряжение после преобразования в триггере Шмитта воздействует на управляющее устройство, в котором формируется прямоугольный импульс длительностью Т x , поддерживающий временной селектор в открытом состоянии; в течение этого времени счётчик регистрирует импульсы, формируемые из колебаний одной из опорных частот f о, определяемой установкой переключателя В2 . При числе m отмеченных импульсов измеряемый период

Например, при m = 15625 и f 0 = 1000 Гц период Т х = 15,625 с, что соответствует частоте f x = 1/Т х = 0,054 Гц. Измерения, в целях уменьшения их погрешности, желательно производить при возможно большем значении частоты f о (исключающем, конечно, перегрузку счётчика). Если период Т х < 1 с (f x > 1 Гц), то может оказаться рациональным использование колебаний частоты f 0 , равной 1 или 10 МГц, получаемых после умножителей частоты. При этом нижний предел измеряемых частот удаётся расширить до 0,01 Гц.

Измерению отношения двух частот f 1 /f 2 (f 1 > f 2) соответствует установка переключателей В2 в положение «Выключено», а В1 - в положение «f x ». Напряжение меньшей частоты f 2 подводят к зажимам «f o », и его период определяет интервал времени счёта Δt. Напряжение частоты f 1 , подводимое к входу преобразуется в импульсы, число которых (m) регистрируется счётчиком в течение времени Δt = 1/f 2 . Искомое отношение частот f 1 /f 2 = m (с погрешностью до единицы). Очевидно, что данным способом имеет смысл находить отношение лишь значительно различающихся частот.

К недостаткам электронно-счётных частотомеров следует отнести сложность их схем, значительные габариты и массу, высокую стоимость.

Осциллографические методы измерения частоты

Измеряемая частота может быть определена сравнением её с известной опорной частотой f o . Такое сравнение чаще всего производится с помощью электроннолучевого осциллографа или методами биений.

Электроннолучевые осциллографы применяются для измерения частот колебаний главным образом синусоидальной формы в диапазоне частот примерно от 10 Гц до значения, определяемого верхней границей полосы пропускания каналов отклонения; погрешность измерений практически равна погрешности калибровки источника колебаний (генератора) опорной частоты f 0 . Чаще всего измерения проводят при выключенной развёртке осциллографа, пользуясь схемой соединений, показанной на рис. 5. Напряжения измеряемой и известной частот подводят непосредственно или через усилители к различным парам отклоняющих пластин ЭЛТ (в зависимости от того, на какой вход осциллографа эти напряжения воздействуют, будем обозначать их частоты через f x и f y). Если эти частоты относятся друг к другу как целые числа, например 1:1, 1:2, 2:3 и т. п., то перемещение электронного луча приобретает периодический характер и на экране наблюдается неподвижное изображение, называемой фигурой Лиссажу. Форма этой фигуры зависит от соотношения амплитуд, частот и начальных фаз сравниваемых колебаний.

Рис. 5. Схема измерения частоты методом фигур Лиссажу

На рис. 6 показано образование фигуры Лиссажу при воздействии на отклоняющие пластины трубки двух синусоидальных колебаний одинаковой частоты и равных амплитуд, но имеющих различные начальные фазы. Эта фигура имеет вид наклонного эллипса, который при фазовых сдвигах между колебаниями в 0 и 180° сжимается в прямую наклонную линию, а при фазовых сдвигах 90° и 270° - превращается в окружность (условно считаем чувствительность по отклонению обеих пар пластин одинаковой). Если амплитуды напряжений частот f x и f y не равны, то в последнем случае вместо круга на экране будет наблюдаться эллипс с осями, параллельными плоскостям отклоняющих пластин.

Рис. 6. Построение осциллограммы при отношении сравниваемых частот f x /f y = 1

Если отношение частот f x /f y (или f y /f x) равно двум, то фигура на экране принимает вид восьмёрки, которая при начальных фазовых сдвигах 90 и 270° стягивается в дугу. (Начальный фазовый сдвиг всегда оценивается по отношению к периоду напряжения более высокой частоты). Из таблицы, приведённой на рис. 7, видно, что чем больше числа дроби, характеризующей отношение сравниваемых частот, тем сложнее фигура Лиссажу, наблюдаемая на экране.

При измерении частоту опорного генератора f 0 (равную f x или f y) плавно изменяют до тех пор, пока на экране не возникнет одна из фигур Лиссажу возможно более простой формы. Эту фигуру мысленно пересекают линиями xx и уу, параллельными плоскостям отклоняющих пластин X1, Х2 и Y1, Y2, и подсчитывают число пересечений каждой из линий с фигурой. Отношение полученных чисел точно равно отношению частот f x:f y при условии, что проведённые линии не проходят через узловые точки фигуры или касательно к ней, а форма сравниваемых колебаний близка к синусоидальной.

Рис. 7. Фигуры, наблюдаемые на экране при различных отношениях частот f x /f y

Определив отношение f x:f y и зная одну из частот, например f y , легко найти вторую частоту.

Предположим, что при известной частоте f y = 1000 Гц на экране получена фигура, изображённая на рис. 5. Из приведённого на чертеже построения видно, что эта фигура соответствует отношению частот f x:f y = 3:4, откуда f x = 750 Гц.

Вследствие некоторой нестабильности сравниваемых частот устанавливаемое между ними целочисленное или дробно-рациональное отношение постоянно нарушается, что приводит к постепенному изменению формы наблюдаемой фигуры, последовательно проходящей через все возможные фазовые состояния. Если зафиксировать время Δt, в течение которого фигура претерпевает полный цикл фазовых изменений (от 0 до 360°), то можно вычислить разность сравниваемых частот |f x - f y | = 1/Δt, знак которой легко определить экспериментально посредством небольшого изменения частоты f 0 . На высоких частотах даже весьма малая нестабильность одной из частот вызывает столь быстрые изменения фигуры Лиссажу, что становится невозможным определить отношение частот. Это ограничивает верхний предел измеряемых частот значением примерно 10 МГц.

Рис. 8. Схема измерения частоты методом круговой развёртки с модуляцией яркости

При целочисленном отношении сравниваемых частот, превышающем 8-10, или дробном их отношении с числами в знаменателе или числителе, большими 4-5, из-за усложнения фигуры Лиссажу возрастает возможность ошибки в установлении истинного отношения частот. Точное определение сравнительно больших целочисленных отношений частот (до 30-50) может производиться методом круговой развёртки с модуляцией яркости изображения (рис. 8). В этом случае напряжение меньшей частоты f 1 с помощью двух одинаковых фазорасщепляющих RС-цепочек преобразуется в два напряжения той же частоты, взаимно сдвинутые по фазе на 90°. При воздействии этих напряжений соответственно на входы Y и X осциллографа и регулировке соотношения их амплитуд резисторами R и регуляторами усиления каналов Y и X световое пятно на экране будет перемещаться по кривой, близкой к окружности; последнюю с помощью регулятора яркости устанавливают чётко видимой. Напряжение более высокой частоты f 2 подводят к входу модулятора М (или канала Z) и оно периодически будет увеличивать и уменьшать интенсивность электронного луча, а следовательно, и яркость отдельных участков кривой развёртки на экране. При целочисленном отношении частот f 2:f 1 = m, достигаемом изменением одной из них, кривая наблюдаемой окружности становится штриховой, она состоит из f неподвижных светящихся отрезков равной длины, разделённых тёмными промежутками. При нарушении целочисленного отношения наблюдается вращение штриховой окружности, при большой скорости которого окружность представляется сплошной.

Рассмотренный метод можно применить и для измерения частоты повторения f п импульсных колебаний. При этом напряжением опорной частоты f 0 осуществляют круговую развертку, регулятором яркости её устанавливают видимой или невидимой в зависимости от полярности (соответственно отрицательной или положительной) подводимых к модулятору импульсных колебаний. Последние будут создавать на линии развёртки в первом случае тёмные разрывы, а во втором - светящиеся точки. Плавным изменением частоты fо (от её минимально возможного значения) добиваются получения на линии развёртки одного неподвижного или медленно перемещающегося следа импульса, при этом f п = f 0 .

Измерение частоты f п импульсных колебаний можно производить и по схеме на рис. 5 при подаче синусоидального напряжения опорной частоты f 0 на вход X, а импульсного напряжения - на вход Y осциллографа. Частоту развёртки f 0 = f x постепенно повышают, начиная с её наименьшего значения, пока на экране не возникнет достаточно устойчивое изображение одного импульса, что имеет место при f п = f 0 . Такая методика измерений исключает возможность ошибки, поскольку одиночный импульс будет наблюдаться на экране и при других, больших единицы, целочисленных отношениях частот f 0:f п.

Измерение частоты методами биений

Источником колебаний опорных частот обычно является измерительный генератор с плавной или плавно-ступенчатой настройкой, частоту которого f 0 можно установить равной измеряемой частоте f x . Если частоты f 0 и f x являются звуковыми, то об их равенстве можно приближённо судить, прослушивая поочерёдно тона создаваемых ими колебаний при помощи телефонов или громкоговорителя.

Погрешность измерений уменьшается практически до погрешности калибровки измерительного генератора, если одновременно подавать на телефоны электрические колебания обеих сравниваемых частот в соответствии со схемой на рис. 9, а. Если частоты f 0 и f x близки друг к другу, то при сложении соответствующих им колебаний возникают акустические биения, которые проявляются в периодическом нарастании и спадании интенсивности прослушиваемого в телефонах Т ф тона. Частота биений

может быть определена подсчётом на слух числа нарастаний или спаданий интенсивности тона за фиксированный промежуток времени. Для того чтобы биения проявлялись достаточно резко, амплитуды колебаний частот f 0 и f x нужно устанавливать примерно одинаковыми; это следует из рассмотрения рис. 9, б, где средняя кривая колебаний, пульсирующих с частотой F, представляет собой результат сложения верхней и нижней кривых колебаний, соответствующих частотам f 0 и f x .

Рис. 9. К принципу измерения низких частот методом акустических биений

Изменением настройки генератора частоту f 0 приближают к частоте f x , что обнаруживается по возрастанию периода биений. При совпадении сравниваемых частот биения пропадают и в телефонах слышен однообразный тон. Вместо телефонов в качестве индикатора биений можно применить вольтметр переменного тока; это особенно целесообразно при измерении частот выше 5 кГц, тон которых в телефонах прослушивается не чётко.

На высоких частотах сравнение частот f 0 и f x чаще всего проводится методом нулевых биений. На рис. 10 представлена простейшая схема измерений. В цепь диода Д посредством катушек связи L1, L2 и L одновременно вводятся колебания частот f 0 и f x . В результате детектирования суммарного колебания в цепи диода возникает пульсирующий ток, содержащий составляющие основных частот f 0 и f x , а также составляющие высших гармоник и комбинационных частот f 0 + f x и |f 0 - f x |. Если частоты f 0 и f x близки друг к другу, то разностная частота биений F = |f 0 - f x | может оказаться в пределах звуковых частот и тон этой частоты будет услышан в телефонах Т ф, зашунтированных от токов высоких частот конденсатором С.

Рис. 10. К принципу измерения высоких частот методом нулевых биений

Если изменять одну из частот, например f o , приближая её к другой частоте f x , тон в телефонах будет понижаться и при равенстве этих частот будут наблюдаться нулевые биения, обнаруживаемые по пропаданию звука в телефонах. Таким образом, измерение частоты сводится к определению частоты опорного генератора, при которой наступают нулевые биения. Как видно из графика на рис. 11, а, при отходе от точки нулевых биений разностная частота F возрастает как при увеличении, так и при уменьшении частоты генератора f 0 .

Рис. 11. Графики зависимости частоты биений от настройки генератора опорных частот

Погрешность измерения частоты определяется в основном погрешностью калибровки частоты f 0 опорного генератора. Однако при точных измерениях приходится учитывать возможную ошибку в несколько десятков герц, обусловленную тем, что слуховой аппарат человека не воспринимает тона с частотой ниже некоторой частоты F н; значения последней у различных людей лежат в пределах 10-30 Гц. Для исключения этой ошибки последовательно с телефонами Т ф можно включить магнитоэлектрический измеритель тока, стрелка которого при очень низкой разностной частоте F будет пульсировать с этой частотой. При подходе к нулевым биениям колебания стрелки замедляются и их легко сосчитать за фиксированный промежуток времени.

Связь между опорным генератором и источником измеряемой частоты не должна быть сильной во избежание возникновения явления «захватывания», ведущего к возрастанию погрешности измерений. При сильной связи между двумя генераторами, разность частот настроек которых невелика, один из генераторов может навязать свою частоту другому и оба генератора будут создавать колебания одинаковой частоты. В этом случае частота биений F изменяется в соответствии с графиком на рис. 11, б, т. е. во всей области «захватывания» она оказывается равной нулю и звук в телефонах отсутствует.

В качестве чувствительного индикатора нулевых биений можно использовать электроннолучевой осциллограф, желательно с открытым входом по каналу Y. При этом в качестве нагрузки детекторной схемы (рис. 10) вместо телефонов включают резистор сопротивлением 50-200 кОм, напряжение с которого подаётся на вход У осциллографа. При включённой развёртке на экране просматривается кривая напряжения частоты биений F. С приближением к нулевым биениям период этого напряжения будет возрастать и при f 0 = f x на экране видна лишь горизонтальная линия развёртки. Если измерения проводятся при выключенной развёртке, то наблюдаемая на экране вертикальная линия при f 0 = f x превращается в точку.

На принципе измерения высоких частот методом нулевых биений основано действие кварцевых калибраторов и гетеродинных частотомеров.

Кварцевые калибраторы

Из приборов повышенной точности, применяемых для измерения высоких частот, самыми простыми являются кварцевые калибраторы. Они позволяют проверять шкалы радиоприёмных и радиопередающих (генераторных) устройств в ряде точек, соответствующих строго определённым (опорным) частотам.

Рис. 12. Функциональная схема кварцевого калибратора

Функциональная схема кварцевого калибратора приведена в наиболее полном варианте на рис. 12. Основным компонентом прибора является кварцевый генератор, работающий в таком режиме, что возбуждаемые им колебания имеют форму, резко отличную от синусоидальной, и потому содержат, кроме составляющей основной частоты f 0 , большое число гармоник, частоты которых равны 2f 0 , 3f 0 , 4f 0 и т. д., а амплитуды постепенно убывают с повышением частоты. Обычно удаётся использовать для измерений от десятков до нескольких сотен гармоник, которые имеют такую же высокую стабильность (обычно в пределах 0,01 - 0,001%), как и частота f 0) стабилизированная кварцевым резонатором (кварцем) в условиях отсутствия специальных устройств (например, термостатов), повышающих эффект стабилизации.

Колебания, возбуждаемые кварцевым генератором, подводятся к гнезду (или зажиму) связи Ан, который вместе с присоединённым к нему небольшим проводником или штырём играет роль приёмной или передающей антенны в зависимости от характера использования прибора. С целью экранировки прибор обычно помещают в металлический кожух.

При проверке шкал радиоприёмников калибратор служит источником колебаний ряда опорных частот, излучаемых через провод связи. Приёмник последовательно настраивают на различные гармоники кварцевого генератора и определяют соответствующие им точки шкалы. Если приёмник работает в телеграфном режиме, то его настройку на гармонику генератора фиксируют по нулевым биениям с частотой второго гетеродина, прослушиваемым в телефонах или громкоговорителе, подключённых к выходу приёмника. Шкалы приёмников прямого усиления проверяют при обратной связи, доведённой до генерации. Для проверки градуировки приёмников, работающих только в телефонном режиме, например радиовещательных, колебания кварцевого генератора необходимо промодулировать звуковой частотой, что требует введения в состав калибратора генератора колебаний частоты 400 или 1000 Гц (в приборах с сетевым питанием иногда используют для модуляции напряжение частотой 50 или 100 Гц). При этом настройку приёмника на гармонику кварцевого генератора производят по наибольшей громкости тона, воспроизводимого громкоговорителем, или, значительно точнее, по максимальным показаниям вольтметра, подключаемого к выходу приёмника.

Если кварцевый калибратор предназначен также для проверки шкал высокочастотных генераторов, например радиопередатчиков, то он дополняется детектором (смесителем), вход которого соединяется с гнездом связи Ан и выходом кварцевого генератора. Колебания проверяемого передатчика, наводимые в проводнике связи, создают биения с ближайшей к ним по частоте гармоникой кварцевого генератора; в результате детектирования выделяются колебания разностной частоты биений, которые после усиления прослушиваются в телефонах Т ф. Передатчик последовательно настраивают на частоты ряда гармоник генератора по нулевым биениям и тем самым определяют соответствующие им точки частотной шкалы передатчика.

Основным недостатком кварцевых калибраторов является многозначность результатов измерений, поскольку нулевые биения позволяют установить лишь факт равенства измеряемой частоты одной из гармоник кварцевого генератора без фиксации номера этой гармоники. Во избежание ошибки в установлении частоты гармоники, создающей нулевые биения, желательно, чтобы исследуемое устройство имело шкалу частот, приближённо проградуированную с помощью какого-либо прибора с однозначной оценкой частоты (резонансного частотомера, измерительного генератора и т. п.), точность измерений которого может быть невелика.

Разность частот соседних опорных точек калибратора равна основной частоте кварцевого генератора f 0 . С целью охвата основных радиовещательных диапазонов частоту f 0 часто берут равной 100 кГц, что обеспечивает проверку шкал радиоустройств до частот порядка 10 МГц (λ = 30 м). Для расширения диапазона измеряемых частот в сторону более коротких волн и исключения ошибки в определении частоты используемой гармоники предусматривают возможность работы кварцевого генератора на двух стабилизированных и находящихся в 10-кратном отношении основных частотах, равных обычно 100 и 1000 кГц. Каждой из этих частот отвечает своя сетка опорных точек. Принцип совместного использования обеих основных частот можно уяснить из следующего примера. Предположим, что проверяется настройка передатчика на частоте 7300 кГц. Тогда калибратор первоначально включают на основную частоту 1000 кГц. Передатчик настраивают по нулевым биениям на ближайшую к искомой частоту, кратную 1000 кГц, т. е. на частоту 7000 кГц. На этой частоте возможность ошибки практически исключена, так как опорные точки расположены редко, через 1000 кГц. Затем калибратор переключают на основную частоту 100 кГц; при точной подгонке кварцев нулевые биения должны сохраниться. Настройку передатчика плавно изменяют по направлению к требуемой частоте и отмечают последовательно точки шкалы, соответствующие нулевым биениям на частотах 7100, 7200 и 7300 кГц.

Если требуется уменьшить интервал между соседними опорными частотами, то применяют делители частоты, которые обычно выполняются по схеме мультивибратора, синхронизируемого на субгармонике входного сигнала. Так, с помощью двух каскадов деления с коэффициентами деления, равными 10, при основной частоте кварцевого генератора 1 МГц можно получить колебания с основными частотами 100 и 10 кГц и большим числом гармоник. Тогда точка шкалы, отвечающая, например, частоте 7320 кГц, будет выявлена при последовательном прохождении опорных точек на частотах 7000, 7100, 7200, 7300, 7310 и 7320 кГц. При основной частоте кварца 100 кГц с помощью двух делителей можно получить колебания с основными частотами 10 и 1 (или 2) кГц, однако их гармоники на высоких частотах будут очень слабыми. Колебания комбинационных частот с малыми интервалами между опорными точками, но имеющие значительную интенсивность, могут быть получены методом смешивания колебаний нескольких основных частот.

Рис. 13. Схема универсального кварцевого калибратора

На рис. 13 приведена схема простого кварцевого калибратора, пригодного для измерения частоты генераторных и радиоприёмных устройств. Кварцевый генератор на транзисторе Т2 возбуждает колебания основной частоты 100 или 1000 кГц в зависимости от установки переключателя В2 . Точная подгонка основных частот под номиналы производится подстроечными сердечниками катушек L1 и L2. Искажение формы колебаний, необходимое для получения большого числа гармонических составляющих, достигается включением между эмиттером и базой транзистора Т2 диода Д1. При необходимости модуляции этих колебаний выключателем В1 запускается генератор низкой частоты на транзисторе Т1. Детектирование биений осуществляется диодом Д2, высокочастотные составляющие выпрямленного тока отфильтровываются конденсатором С9.

Напряжение частоты биений, усиленное транзистором Т3, создаёт звуковые колебания в телефонах Т ф.

Рис. 14. Схема кварцевого калибратора с делителем частоты

На рис. 14 представлена схема кварцевого калибратора, предназначенного для градуировки частотных шкал радиоприёмников. Кварцевый генератор на транзисторах Т1 и Т2 возбуждает колебания частоты 100 кГц. Точная подгонка частоты под номинал может выполняться подбором ёмкости конденсатора С2 или подстроечным конденсатором небольшой ёмкости, включаемым параллельно контактам кварцедержателя. Параметры мультивибратора на транзисторах Т3, Т4, служащего для деления частоты в 10 раз, подбираются такими, чтобы в режиме свободных автоколебаний он генерировал колебания с частотой, несколько меньшей 10 кГц. Тогда при воздействии на него колебаний кварцевого генератора он будет синхронизироваться на частоте 10 кГц; это должно быть тщательно проверено при наладке прибора: между колебаниями смежных гармоник частоты 100 кГц в 9 точках шкалы проверяемого устройства должны проявляться гармоники частоты 10 кГц. Обилию гармоник способствует уменьшение длительности импульсов с помощью дифференцирующих цепочек С3, R6 и С6, R12, а также усиление импульсов включённым на выходе импульсным усилителем на транзисторе Т5.

При эксплуатации кварцевых калибраторов следует учитывать, что вследствие старения собственная частота кварцевых резонаторов со временем несколько изменяется.

Гетеродинные частотомеры

Гетеродинные частотомеры применяются для точных частотных измерений в плавном диапазоне высоких частот. В принципе гетеродинный частотомер отличается от кварцевого калибратора, выполненного по функциональной схеме на рис. 12, лишь тем, что вместо кварцевого генератора в нем используется гетеродин, т. е. маломощный генератор с плавно регулируемой частотой настройки. Наличие смесителя позволяет использовать прибор не только для градуировки частотных шкал радиоприёмников, но и для измерения методом нулевых биений частоты генераторов. Индикация нулевых биений осуществляется телефонами, осциллографическими и электронно-световыми индикаторами, а также стрелочными измерителями.

Погрешность измерений гетеродинного частотомера в основном определяется стабильностью частоты гетеродина и погрешностью её установки. Поэтому часто предпочитают гетеродины выполнять на электронных лампах. Повышению стабильности частоты способствуют правильный выбор схемы и конструкции гетеродина, применение в нем деталей с малым температурным коэффициентом, включение буферного каскада между гетеродином и выходными цепями, стабилизация напряжений питания, длительный прогрев прибора под током перед измерениями. Для повышения плавности регулировки и точности установки частоты управление конденсатором настройки гетеродина обычно осуществляют через верньерный механизм с большим замедлением (до 100-300 раз). Непосредственный отсчёт частоты по шкале конденсатора переменной ёмкости производят лишь в самых простых конструкциях; в большинстве приборов шкала выполняется равномерной с очень большим числом делений (до нескольких тысяч), а отсчёт по ней переводится в частоту при помощи таблиц или графиков.

С целью уменьшения числа частотных поддиапазонов и повышения устойчивости частоты гетеродины обычно работают в узком участке сравнительно невысоких частот (при коэффициенте перекрытия, равном двум), а для измерений используются как основные частоты генерируемых колебаний, так и ряд их гармоник; возникновение последних обеспечивается подбором режима работы гетеродина или буферного усилителя. Например, в частотомере широкого применения типа Ч4-1 с общим диапазоном измеряемых частот от 125 кГц до 20 МГц гетеродин имеет два плавных поддиапазона основных частот: 125-250 кГц и 2-4 МГц. На первом поддиапазоне при использовании первой, второй, четвёртой и восьмой гармоник удаётся плавно перекрыть полосу частот 125-2000 кГц; на втором поддиапазоне при использовании первой, второй, четвёртой и частично пятой гармоник перекрывается полоса частот 2-20 МГц. Таким образом, каждому положению ручки настройки гетеродина соответствуют три или четыре рабочие частоты, значения которых могут быть определены по градуировочной таблице. Например, измерение частот 175, 350, 700 и 1400 кГц производится при одной и той же настройке гетеродина на основную частоту f г = 175 кГц.

Многозначность частот настройки гетеродина создаёт возможность ошибки в установлении гармоники, с которой колебания измеряемой частоты f x создают биения. Поэтому, приступая к измерениям, необходимо знать приближённое значение частоты f x . Однако последнюю можно определить и расчётным путём при помощи самого гетеродинного частотомера.

Предположим, что при изменении настройки гетеродина получены нулевые биения с частотой f x при двух соседних значениях основных частот f г1 и f г2 одного и того же поддиапазона гетеродина. Очевидно, что частота f x является одновременно гармоникой обеих этих частот, т. е.

f x = n*f г1 = (n+1)*f г2 .

где n и (n + 1) - номера гармоник соответственно для основных частот f г1 и f г2 (при f г2 < f г1).

Решая полученное равенство относительно n, находим

n = f г2 /(f г1 -f г2).

Следовательно, измеряемая частота

f x = n*f г1 = f г1 *f г2 / (f г1 -f г2).

Например, если нулевые биения получены при основных частотах f г1 ≈ 1650 кГц и f г2 ≈ 1500 кГц, то приближённо f x ≈ 1650*1500/(1650 - 1500) = 16500 кГц.

При измерении частоты следует остерегаться ошибки, обусловленной возможностью возникновения биений между колебаниями гетеродина и гармоникой измеряемой частоты; поэтому измерения следует проводить при слабой связи между частотомером и исследуемым генератором. Погрешность измерений возрастает и при воздействии на прибор модулированных колебаний; в этом случае биения с основной (несущей) частотой будут прослушиваться на шумовом фоне биений с боковыми частотами.

Гетеродинные частотомеры рассмотренного типа обеспечивают измерение высоких частот с погрешностью примерно 1%. Снижение погрешности измерений до 0,01% и менее достигается при дополнении частотомера кварцевым генератором, позволяющим перед началом измерений производить проверку и коррекцию шкалы гетеродина в ряде опорных точек.

Развёрнутая функциональная схема гетеродинного частотомера повышенной точности представлена на рис. 15. Гетеродин имеет два поддиапазона, подгонка которых осуществляется подстроечными конденсаторами С3 и С4. Частота основных колебаний задаётся прямочастотным конденсатором переменной ёмкости C1. Уровень входного (выходного) сигнала регулируется потенциометром R. Кварцевый генератор создаёт богатые гармониками колебания, основная частота которых часто берётся равной 1 МГц. Выбор рода работы прибора производится без нарушения межкаскадных связей посредством включения или выключения питания отдельных компонентов. При установке переключателя В2 в положение 3 («Кварц») гетеродин выключен, а кварцевый генератор включён; при этом частотомер можно использовать как кварцевый калибратор для частотных измерений на гармониках генератора. В положении переключателя 1 («Гетеродин»), наоборот, кварцевый генератор выключен, а гетеродин включён. Это нормальный режим работы частотомера.

Рис. 15. Функциональная схема гетеродинного частотомера повышенной точности

Проверка шкалы частот гетеродина производится при установке переключателя В2 в положение 2 («Проверка»), когда одновременно включены и гетеродин, и генератор, колебания которых подводятся к детектору. При определённом соотношении частот или гармоник этих колебаний возникают звуковые биения, частота которых определяется формулой

F = |m*f г - n*f к |,

где f г и f к - основные частоты соответственно гетеродина и кварцевого генератора, а m и n - целые числа, отвечающие номерам взаимодействующих гармоник.

Частота биений оказывается равной нулю (F = 0) для ряда частот диапазона гетеродина, удовлетворяющих условию

f г =(n/m)*f к.

Эти частоты называются опорными и специально выделяются в градуировочных таблицах. Найдём для примера опорные частоты (f 0) диапазона гетеродина 2000-4000 кГц, если основная частота кварцевого генератора f к = 1000 кГц:

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

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

Следует учитывать, что с возрастанием номеров взаимодействующих гармоник амплитуда биений уменьшается.

Если градуировка шкалы гетеродина нарушена, то при установке его ручки настройки на одну из опорных частот и включении кварцевого генератора вместо нулевых биений создаются колебания звуковой частоты, которые после усиления прослушиваются в телефонах Т ф. Для коррекции (калибровки) служит конденсатор С2 небольшой ёмкости, включённый параллельно основному конденсатору настройки С1: с его помощью перед началом измерений добиваются нулевых биений в ближайшей к измеряемой частоте опорной точке.

Порядок настройки гетеродинного частотомера рассмотрим на следующем примере. Предположим, что требуется проверить правильность шкалы передатчика на частоте 10700 кГц. Обращаясь к градуировочной таблице частотомера, находим, что этой частоте соответствует основная частота 10700/4 = 2675 кГц. По таблице или шкале основных точек определяем, что ближайшая опорная частота равна 2667 кГц. Тогда по шкале конденсатора С1 устанавливаем частоту 2667 кГц и, поставив переключатель В2 в положение «Проверка» (2), корректором С2 добиваемся нулевых биений. Затем переключатель В2 ставим в положение «Гетеродин» (1) и, установив частоту гетеродина 2675 кГц, производим на этой частоте проверку шкалы передатчика.

При измерении неизвестной частоты f x калибровка шкалы гетеродина производится в опорной точке, ближайшей к предполагаемому значению этой частоты, а затем в режиме измерения устанавливают нулевые биения регулировкой частоты гетеродина.

При калибровке шкалы гетеродина, а также при измерении частоты генераторов модулятор должен быть выключен; при измерении частоты настройки приёмников не нужен низкочастотный узел прибора. Для выключения неиспользуемых компонентов частотомера служит переключатель В3 .

Гетеродинные частотомеры различных типов промышленного изготовления в совокупности перекрывают полосу измеряемых частот от 100 кГц до 80 ГГц при погрешности измерений в пределах +-(5*10 -4 ...5*10 -6). При очень высоких частотах получить нулевые биения трудно. Поэтому в частотомерах СВЧ иногда в качестве индикатора используют низкочастотный частотомер (например, ёмкостный); по нему определяют разностную частоту биений F, на размер которой вносится поправка в результаты измерений.

Очень малая погрешность измерений в весьма широком диапазоне частот (от низких до сверхвысоких) достигается при сочетании двух частотомеров: гетеродинного и электронно-счётного. Последний, помимо самостоятельного использования в присущем ему диапазоне частот, может быть применён для точного измерения частоты настройки гетеродина при достижении нулевых биений; при этом оказываются излишними кварцевый генератор, градуировочные таблицы и графики.

Резонансные частотомеры

Особенностями резонансных частотомеров, применяемых для измерения высоких и сверхвысоких частот, являются простота конструкции, быстрота функционирования и однозначность результатов измерений; погрешность измерений составляет 0,1-3%.

Резонансный частотомер представляет собой колебательную систему, настраиваемую в резонанс с измеряемой частотой f x возбуждающих её колебаний, которые поступают от исследуемого источника через элемент связи. Резонансная частота определяется по показаниям калиброванного органа настройки. Состояние резонанса фиксируется с помощью встроенного или внешнего индикатора.

Частотомеры, измеряющие частоты от 50 кГц до 100-200 МГц, выполняются в виде колебательного контура из элементов с сосредоточенными постоянными: катушки индуктивности L 0 и конденсатора переменной ёмкости С 0 (рис. 16). В контуре частотомера наводится Э.Д.С. измеряемой частоты f x , например за счёт индуктивной связи с источником колебаний через катушку L 0 или небольшую штыревую антенну, присоединяемую к гнезду Ан. При маломощном источнике связь с последним может быть ёмкостной через конденсатор связи С св (ёмкостью в несколько пикофарад) и проводник связи. Изменением ёмкости конденсатора С 0 контур настраивают в резонанс с частотой fx по максимальным показаниям индикатора резонанса. При этом измеряемая частота f x , равная собственной частоте контура:

f 0 = 1/(2π*(L0C0) 0,5),

определяется по шкале конденсатора С 0 .

При фиксированной индуктивности L 0 диапазон измеряемых частот ограничивается коэффициентом перекрытия под которым понимают отношение максимальной частоты настройки частотомера f м к наименьшей частоте f н при изменении ёмкости контура от начального значения С н до максимального С м. Начальная ёмкость контура С н слагается из начальной ёмкости конденсатора С 0 , ёмкости монтажа и ёмкостей постоянных или подстроечных конденсаторов, включаемых в контур с целью получения требуемого коэффициента перекрытия или для других целей (рис. 17). При необходимости расширения диапазона измеряемых частот частотомер снабжается несколькими катушками различной индуктивности, сменными (рис. 16) или переключаемыми (рис. 17). В последнем случае неиспользуемые катушки (если они не экранированы) желательно замыкать накоротко во избежание отсасывания ими энергии из контура частотомера при частотах настройки, близких к собственным частотам этих катушек; при этом связь с источником колебаний осуществляют через гнездо связи Ан или посредством выносной катушки связи L св из одного или нескольких витков, подключаемой к контуру гибким высокочастотным кабелем (рис. 17).

Индикаторы резонанса позволяют фиксировать состояние резонанса по максимуму тока в контуре или максимуму напряжения на элементах контура. Индикаторы тока должны быть низкоомными, а индикаторы напряжения - высокоомными; тогда потери, вносимые ими в контур, не будут вызывать заметного притупления резонансной характеристики контура.

Рис. 16. Схема резонансного частотомера с индикатором тока и сменными контурными катушками

В качестве индикаторов тока иногда применяют термоэлектрические миллиамперметры с током полного отклонения до 10 мА, включаемые последовательно в контур частотомера (рис. 16); при эксплуатации такого частотомера следует весьма осторожно устанавливать связь с объектом измерений и не допускать перегрузки термоприбора при подходе к резонансу. Простейшим индикатором тока может служить миниатюрная лампочка накаливания Л; погрешность измерений при этом, естественно, возрастает.

В современных частотомерах чаще всего применяют индикаторы напряжения - высокочастотные вольтметры со стрелочными измерителями; они обеспечивают высокую точность индикации при хорошей стойкости к перегрузкам. Простейший такой индикатор (рис. 17, а) состоит из точечного диода Д и чувствительного магнитоэлектрического измерителя И , зашунтированного от высокочастотных составляющих выпрямленного тока конденсатором С2. Частотомер со стрелочным измерителем можно использовать в качестве индикатора напряжённости поля при снятии диаграмм направленности передающих антенн.

Рис. 17. Схемы резонансных частотомеров с индикаторами напряжения и переключаемыми контурными катушками

Если исследуемые колебания являются модулированными, то индикатором может служить высокоомный телефон Т ф (рис. 17, а). При этом резонанс отмечают по наибольшей громкости тона модулирующей частоты. Такой частотомер пригоден для слухового контроля качества работы радиотелефонных передатчиков.

Резонансные частотомеры характеризуются чувствительностью, т. е. минимальным значением подводимой к ним высокочастотной мощности, при котором обеспечивается чёткая индикация резонанса; обычно оно находится в пределах 0,1-5 мВт, а при использовании лампочки накаливания возрастает до 0,1 Вт. С целью повышения чувствительности в индикатор резонанса иногда вводят (после детектора) транзисторный усилитель постоянного тока с большим входным сопротивлением; простейшая схема такого усилителя показана на рис. 17, б.

На сверхвысоких частотах контуры из элементов с сосредоточенными постоянными становятся малоэффективными из-за резкого уменьшения их добротности. В диапазоне частот от 100 до 1000 МГц достаточно хорошие результаты достигаются в частотомерах с контурами смешанного типа, имеющими сосредоточенную ёмкость и распределённую индуктивность (рис. 18). В качестве элемента индуктивности L0 используется криволинейный отрезок (виток) посеребренной медной проволоки или трубки диаметром 2-5 мм. Переключатель В определяет поддиапазон измерений. Настройка частотомера производится изменением рабочей длины витка индуктивности L0 посредством поворотного контактного движка. Верхний предел измеряемых частот ограничивается значением ёмкости монтажа С м. Связь с источником исследуемых колебаний осуществляется через виток связи L1.

Рис. 18. Схема резонансного частотомера с контуром смешанного типа

На рис. 19 приведена схема широкодиапазонного однопредельного частотомера с коэффициентом перекрытия в пределах 5-10; здесь элементом индуктивности контура является металлическая пластинка Пл, согнутая в дугу и соединённая со статором St конденсатора переменной ёмкости. По пластинке скользит движок, механически и электрически связанный с ротором Rot конденсатора. При повороте ротора одновременно увеличиваются (или уменьшаются) как ёмкость контура, так и его индуктивность. Такие частотомеры наряду с широким диапазоном измерений имеют довольно высокую добротность при малых габаритах. В диапазонах метровых, дециметровых и сантиметровых волн для измерения параметров электромагнитных колебаний применяются приборы, использующие колебательные системы с распределёнными постоянными - отрезки линий передач и объёмные резонаторы.

Рис. 19. Схема широкодиапазонного однопредельного резонансного частотомера СВЧ

Для повышения стабильности градуировочной характеристики элементы контура частотомера должны иметь прочную и жёсткую конструкцию и изготовляться из материалов с малым температурным коэффициентом. Наибольшая погрешность, обусловленная влиянием внешних факторов, имеет место при измерении самых высоких частот каждого поддиапазона, когда ёмкость конденсатора С 0 мала. Для снижения этой погрешности иногда увеличивают начальную ёмкость контура посредством включения параллельно конденсатору С 0 постоянного или подстроечного конденсатора (С1 на рис. 17, а). При этом уменьшается коэффициент перекрытия по частоте, что способствует снижению погрешности измерения частоты, но одновременно увеличивает число потребных поддиапазонов. Погрешность измерений также уменьшается, если управление органом настройки производить через верньерное устройство с замедлением в несколько десятков раз. В приборах промышленного изготовления рукоятку верньера часто снабжают шкалой, разбитой на 100 делений, а на основной - шкале органа настройки частотомера наносят деления, отмечающие число полных поворотов рукоятки верньера. При совместном использовании обеих шкал удаётся получить несколько тысяч отсчётных точек; соответствующие им частоты определяются с помощью таблиц или графиков.

Перестройка частотомера, возбуждаемого источником колебаний частоты f x , вызывает изменение тока в его контуре в соответствии с резонансной кривой последнего (рис. 20). Чем выше добротность контура, тем острее его резонансная кривая и тем меньше возможная ошибка при фиксации резонанса. Для достижения высокой добротности элементы контура должны иметь малые потери, а связь контура с индикатором резонанса и исследуемым источником должна быть возможно слабее.

Связь с индикатором можно уменьшить, применив, например, ёмкостный делитель напряжения (рис. 17, б) с отношением ёмкостей С2/С1 >> 1. Следует, однако, учитывать, что ослабление связи с контуром ведёт к необходимости повышения чувствительности индикатора или усиления связи с исследуемым источником.

При использовании в частотомере прямочастотного конденсатора можно получить почти равномерную шкалу частот. Градуируют резонансные частотомеры при помощи образцовых гетеродинных частотомеров, а в диапазонах СВЧ для этого применяют измерительные линии. Приближенную градуировку можно выполнить, имея измерительный генератор или передатчик с плавным диапазоном частот.

Рис. 20. Резонансная характеристика резонансного частотомера

При измерениях частотомер или его элемент связи вносят в зону излучения исследуемого источника. Подбором их взаимного расположения устанавливают такую связь, чтобы при резонансе стрелка индикатора находилась примерно в середине его шкалы.

При малой чувствительности частотомера приходится усиливать связь с источником колебаний; это ведёт к уплощению резонансной характеристики частотомера, что затрудняет точную фиксацию состояния резонанса. Для уменьшения возможной ошибки применяют способ двух отсчётов. После приближённой настройки частотомера в резонанс с измеряемой частотой f х изменением ёмкости С 0 расстраивают контур сперва в одну, а затем в другую сторону от резонансной частоты до получения одного и того же показания индикатора (I 1-2) примерно в пределах 50-70% резонансного значения I м (рис. 20). Так как при этом используются крутые склоны резонансной кривой, то определить частоты настройки контура f 1 и f 2 , соответствующие току можно с большой точностью. Измеряемая частота f х = (f 1 + f 2)/2.

Если исследуемые колебания несинусоидальны, то возможна настройка частотомера на одну из гармоник. При этом частотомер обнаружит настройку и на ряд других частот, кратных основной частоте колебаний. Последняя определится как самая низкая из ряда найденных резонансных частот.

Если Э.Д.С., наводимая в контуре частотомера, недостаточна для нормальной работы индикатора резонанса, то измерение можно выполнить способом реакции (поглощения, абсорбции): настройку в резонанс определяют по воздействию частотомера на режим генератора, от которого измерительный контур поглощает некоторую энергию. Между контурами генератора и частотомера устанавливают достаточно сильную связь и плавно изменяют настройку последнего. При резонансе постоянная составляющая анодного (или коллекторного) тока генератора достигает максимума, а постоянная составляющая тока управляющей сетки (или базы) резко падает, что может быть обнаружено при включении чувствительного измерителя постоянного тока в одну из указанных цепей. На частоту генерируемых колебаний частотомер не влияет, ибо при резонансе он вносит в контур генератора лишь активное сопротивление.

Резонансный частотомер является прибором пассивного действия, так как его работа основана на поглощении энергии источника измеряемой частоты. Поэтому он непригоден для непосредственного измерения частоты настройки радиоприёмников и изолированных колебательных контуров. Однако несущую частоту радиостанции, на которую настроен приёмник, можно измерить достаточно точно способом реакции. Для этого контур частотомера связывают с антенной цепью приёмника посредством включаемой в эту цепь катушки связи или приближением к магнитной антенне. Настройку частотомера изменяют до получения резонанса, который обнаруживается по резкому спаду громкости звуковых сигналов, воспроизводимых приёмником.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Частотомер - назначение и виды приборов

Частотом е р (неправ. частотометр) -- измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала.

Этот восьмиразрядный прибор может измерять частоту синусоидального и импульсного сигнала от 1 ГЦ до 50 МГц. Время измерения - 1 и 10 с. Частотомер построен на светодиодах с общим катодом. Особенностью данного частотомера является то, что в нем может быть использован любой кварц на частоты от 10 до 20 МГц. При этом в программе изменяются значения только двух регистров.

Собираясь сделать частотомер на PIC-контроллере, автор проверил схемы и программы, опубликованные в журналах. Оказалось, что только одна схема и программа были рабочими: это «Частотомер на PIC-контроллере» Д. Яблоков и В. Ульрих . Но этот частотомер имеет 3 разряда индикации с указанием их порядка. Такой точности в повседневной практике радиолюбителей явно недостаточно.

В частотомере применен микроконтроллер PIC16F873, который имеет 28 выводов. Это позволило использовать 16 выходов для непосредственного управления сегментами и разрядами светодиодов. Кроме того, этот микроконтроллер имеет три таймера с предделителями. Восьмиразрядный таймер TMR0 и его восьмиразрядный предделитель вместе с двумя дополнительными регистрами используются для подсчета измеряемой частоты. Извлечение значения предделителя выполняется известным способом, заключающимся в досчитывании значения предделителя до нуля, с одновременным подсчетом числа импульсов досчета. Таким образом, максимальная разрешающая способность счетчика составляет 32 двоичных разряда.

Таймер TMR1 имеет 16 разрядов и 3 разрядный предделитель. Этот таймер используется для формирования интервалов времени 0,1 секунды, а два последующих регистра-делителя на 10 формируют время измерения в 1 секунду и 10 секунд. При использовании кварцевых резонаторов на любую частоту достаточно сделать программную предварительную установку двух регистров таймера TMR1. При этом отпадает необходимость в точной подстройке частоты самого кварца.

Поскольку эти два таймера могут работать одновременно без участия АЛУ микроконтроллера, то появилась возможность использовать в качестве индикаторов светодиоды с динамической индикацией. На время прерываний по переполнению таймеров программа прекращает индикацию. Время, за которое выполняется прерывание, незначительно, поэтому визуально не отслеживается (видно только при частотах резонатора ниже 5 МГц).

Алгоритм работы программы частотомера показан на рис. 1, а расширенный алгоритм работы блоков: проверка кнопок, пуск измерения, досчитывание показан на рис. 1.1, 1.2, 1.3 соответственно.

После пуска и инициализации регистров микроконтроллера программа переходит к поразрядному выводу значений регистров индикации. После загрузки значения любого регистра индикации в порт выдерживается пауза в 2 миллисекунды. В каждом цикле отработки паузы декрементируется регистр паузы и проверяется значение флага 1 секунды. Если флаг равен единице, т.е. 1 секунда прошла, выполняется проверка состояния кнопок (рис. 1.1). При этом сбрасывается флаг 1 секунды. Далее проверяется состояние кнопки «Пуск». Если кнопка нажата, то проверяется флаг пуска. Если флаг пуска включен, т.е. пуск уже был, то он сбрасывается (запрещается счет). Если флаг пуска нулевой, то он устанавливается в единицу (разрешается счет). В этом цикле отработки паузы проверка кнопок прекращается. В следующих циклах, если кнопка «Пуск» не нажата, проверяется состояние кнопки времени измерения. Если кнопка времени измерения нажата, то изменяется флаг времени измерения на противоположный (1 сек. или 10 сек.).

После проверки кнопок проверяется значение флага пуска. Если частотомер в состоянии пуска, то проверяется флаг измерения. Если флаг единичный, то начался отсчет времени измерения, и программа переходит к пуску измерения (рис. 1.2). Но если пуск уже был выполнен и установлен флаг счета, то включение нового счета не производится. Если же счет не начат, то устанавливается флаг счета, обнуляются регистры досчета, разрешаются прерывания по переполнению TMR0 и открывается счетный вход. Счетный вход открывается установкой единицы на выходе RA5. От команды, открывающей счетный вход, и до команды, которая его закрывает, должно пройти время, равное времени измерения. Это время в зависимости от частоты выбранного кварцевого резонатора подбирается предварительной установкой регистров таймера TMR1.

В последующих циклах отработки паузы постоянно проверяется состояние флага счета. Как только флаг счета станет равным нулю, что говорит о прекращении времени измерения, начинается процесс извлечения значения предделителя таймера TMR0 (досчитывание, рис. 1.3). Дело в том, что непосредственная запись и считывание значения предделителя невозможно, но легко реализуется программно. Для этого на вход RA4 с выхода RA5 подаются импульсы, которые сформированы программно. При каждом импульсе значение предделителя увеличивается на единицу и одновременно с этим увеличивается значение младшего регистра счета L_B. Предварительно младший регистр счета обнуляется. Значение таймера TMR0 непосредственно переписывается в старший регистр счета H_B. После каждого сформированного программно импульса на предделитель проверяется изменение значения таймера. Если значение таймера изменилось, то досчитывание заканчивается. Таким образом осуществляется досчитывание значений предделителя до нуля, тем самым определяется значение предделителя, которое было после окончания прохождения измеряемых импульсов. Значение предделителя будет равно инвертированному значению младшего регистра счета L_B.

Программа переходит к перекодировке 32 разрядов двоичного числа в 9 разрядов двоично-десятичного числа. Девять разрядов для индикации не используются, но желательны для правильного отображения старшего разряда в режиме времени измерения 10 секунд. Например, если в режиме измерения 1 секунда три старших разряда будут равны 278, то в режиме 10 секунд двойка уйдет за пределы индикатора, а число 78 будет высвечиваться в старших разрядах индикатора. Таким образом можно точнее определить значение измеряемой частоты.

После окончания перекодировки сбрасываются все флаги. На время досчитывания запрещаются прерывания по переполнению таймера TMR1, а после окончания досчитывания выполняется новая установка регистров таймера, и разрешаются прерывания. После заполнения регистров индикации программа начинает новый цикл индикации с нулевого разряда.

Как было сказано выше, прерывания по переполнению таймера TMR1 происходят через 0,1 секунду и используются для формирования интервалов времени измерения. Алгоритм работы прерывания показан на рисунке 1.4.

После сохранения значений регистров инкрементируется регистр секунды и включается флаг выполнения измерения. Если регистр секунды еще не равен десяти, то выполняется установка регистров таймера и завершается прерывание. Установка младшего и старшего регистров таймера выполняется так, чтобы время досчитывания таймера TMR1 до нуля машинными циклами равнялось 0,1 секунды.

Если значение регистра секунды равно десяти, то проверяется флаг десяти секунд. Если флаг установлен, значит, включен режим измерения десяти секунд, поэтому обнуляется регистр секунды и инкрементируется регистр десяти секунд. Далее проверяется значение регистра десяти секунд на равенство десяти. Если значение регистра не равно десяти, то программа устанавливает регистры таймера и завершает прерывание. Если флаг десяти секунд не установлен, значит, закончилось время измерения, равное одной секунде, или если закончилось время измерения, равное десяти секундам, программа переходит к закрытию счетного входа. Обнуляются регистры времени измерения, сбрасывается флаг измерения, устанавливаются регистры таймера и прерывание завершается.

Во время счета измеряемой частоты прерывания по переполнению таймера TMR0 (рис. 1.5) возможны с любой точки программы. Если во время прерывания от TMR0 произошло прерывание по переполнению TMR1, то будет выполнено прерывание от TMR1, а после этого будет продолжаться выполнение прерывания от TMR0. Это необходимо для того, чтобы не увеличивать длительность времени измерения, следовательно, и погрешность счета.

Схема частотомера приведена на рис. 2.

Выходы порта В микроконтроллера используются для вывода значений сегментов светодиодов, а выходы порта С - для коммутации катодов разрядов. Выводы порта А RA0 и RA1 использованы как входы кнопок SB1 и SB2 соответственно «Время измерения» и «Пуск». Вывод RA5 соединен непосредственно со счетным входом RA4. С выхода RA5 на счетный вход подаются логический ноль, закрывающий вход для прохождения счетных импульсов и импульсы досчитывания.

Для превращения этого частотомера в полноценный измерительный прибор его необходимо снабдить широкополосным формирователем импульсов.

В частотомере применены две матрицы светодиодов с общим катодом фирмы «Kingbright» СС56-12GMR. Каждая матрица содержит четыре светодиода, предназначенных для динамической индикации. То есть, все одноименные сегменты светодиодов соединены между собой внутри блока. Первый вывод матрицы маркируется единичкой, которую видно под слоем герметика. Эти светодиоды приятного желто-зеленого цвета свечения имеют малый ток потребления (потребляемый ток частотомера менее 50 мA) и большие размеры цифр (высота цифры 15 мм). Естественно, можно использовать любые цифровые светодиоды с общим катодом, но тогда, возможно, потребуется подстройка яркости свечения резисторами R8-R15.

Если сделать небольшие изменения в программе, то можно использовать и светодиоды с общим анодом. Для этого в третьем блоке подпрограмм «Таблица сегментов для общего катода» необходимо заменить данные для «Катода» данными для «Анода», которые расположены как комментарии через точку с запятой. В следующей, четвертой подпрограмме индикации, метка ZIKL должна выглядеть так:

CLRF KATOD; ОБНУЛЯЕМ РЕГИСТР КАТОДОВ.

BSF KATOD,0; УСТАНАВЛИВАЕМ НУЛЕВОЙ БИТ

BCF STATUS,0; УСТАНОВИМ В 0 БИТ ЗАЕМА.

После этих замен разряды светодиодов будут переключаться высоким уровнем напряжения.

Микроконтроллер PIC16F873 можно заменить микроконтроллером PIC16F876, который тоже имеет 28 выводов и отличается увеличенной до 8 К памятью программ. При этом если вы программируете программатором PonyProg, то необходимо правильно установить тип микроконтроллера. В программе никаких изменений делать не нужно. Необходимо заметить, что микроконтроллер PIC16F873 требует более аккуратного обращения, чем PIC16F84. Вставлять и вынимать микроконтроллер в программатор и плату частотомера необходимо при выключенном питании. При плохом контакте с микросхемной панелькой микроконтроллер тоже может выйти из строя. Для того чтобы легче было вставлять и вынимать микросхему в панельку программатора, необходимо удалить незадействованные контакты микросхемной панельки.

Печатная плата частотомера показана на рис. 3, а расположение элементов на ней -- на рис. 4.

Со стороны установки элементов на верхней части платы до выводов микросхемы фольга не удаляется. Она является экраном для усилителя и соединяется с минусом питания пайкой в местах обозначенных черными точками. Все остальные отверстия над экраном раззенковываются. Поскольку четвертый вывод микроконтроллера не используется, то отверстие под него не сверлится, а четвертый контакт из микросхемной панельки удаляется. Размеры печатной платы определены размерами платы светодиодов, которая показана на рис. 5. Плата частотомера располагается за платой светодиодов.

Частотомер задумывался для работы с резонатором частотой 20 мГц, но мне не удалось раскачать отечественные кварцы. Все они возбуждались на низких частотах. В фирменной документации при использовании высокочастотных кварцев (HS) рекомендуется установка последовательно кварцу от вывода OSC2 резистора номиналом до 10 килоом. Но отечественные кварцы возбуждаться на собственной частоте не хотели. Аналогичный результат был получен и при подключении высокоомного (10-30 мОм) резистора параллельно входам OSC1 и OSC2. Естественно, при более высокой частоте резонатора частота будет измеряться точнее, но импортного резонатора мне достать не удалось. Для проведения подобного рода экспериментов по возбуждению кварца на печатной плате имеются дополнительные отверстия.

Калибровка частотомера

После изготовления частотомера необходимо выполнить его калибровку. Для этого необходимо в шестом блоке подпрограмм установить значения младшего (TMR1L) и старшего (TMR1H) регистров таймера TMR1, величина которых будет зависеть от значения используемого кварцевого резонатора. Увеличение значений регистров уменьшает время измерения, следовательно, уменьшает значение измеряемой частоты.

MOVLW 0x54; ПРЕДУСТАНОВКА РЕГИСТРОВ

MOVWF TMR1H; ТАЙМЕРА ДО ЗНАЧЕНИЯ 0,1 СЕК. (500 000 ПРИ 20 МГц).

MOVLW 0x07; (ПРИ ТОЧНОМ КВАРЦЕ 14 МГц

MOVWF TMR1L; УСТАНОВКА ДОЛЖНА БЫТЬ 55 45).

Определим для примера, какая должна быть установка регистров для резонатора с частотой F=14 мГц. Период импульсов равен: T=1/F=7,14 x 10- 8 . Один машинный цикл равен: F osc =4T=2,86 x 10- 7 . Разделим интервал времени 0,1 секунды на машинный цикл и получим число 349650. Столько машинных циклов «поместится» в 0,1 секунде. С помощью компьютерного калькулятора переведем это число в двоичный код и получим число: 1010101010111010 010. Три младших выделенных бита отбросим, поскольку они попадают на трехразрядный предделитель, а его мы установить не можем. Полученное двоичное число переведем в восьмиричное и получим число: АА ВА. Таким числом импульсов должен быть досчитан таймер, чтобы произошло прерывание через 0,1 секунды. Следовательно, необходимо найти дополнение этого числа до нуля: FF FF-AA BA=55 45. Именно это число должно быть установлено в регистрах таймера 1. Но если установить это число, то прерывания будут происходить ровно через 0,1 секунды, а нам необходимо, чтобы счетный вход RA4 открывался и закрывался через 1 или 10 секунд. А если учесть, что частота резонатора редко соответствует номинальной, то становится ясно, что это число нуждается в коррекции.

Для этого необходимо измерять частотомером образцовую частоту и производить изменения младшего регистра таймера до тех пор, пока показания индикатора будут соответствовать значению образцовой частоты. Образцовую частоту можно взять с любого промышленного частотомера или собрать простейший генератор на кварце и определить его частоту промышленным частотомером. Если у вас нет промышленного частотомера, то есть еще один способ получить более-менее точную частоту. Для этого необходимо иметь кварцевый резонатор с номиналом частоты, имеющим 4-5 цифр. Собрав генератор на таком кварце можно получить номинальную частоту с точностью указанных цифр.

Установка регистров таймера 1 не дает «абсолютной» точности потому, что мы не учитываем разрядов предделителя. Для учета этих разрядов перед закрытием счетного входа установлены команды коррекции. Для предела 1 секунда коррекция выполняется в метке СЕКХ, а для предела 10 секунд - СЕКС.

; MOVLW .1;ЭТИ 4 СТРОЧКИ НУЖНЫ ДЛЯ ТОЧНОЙ

; ADDLW -1 ;ПОДГОНКИ ВРЕМЕНИ ИЗМЕРЕНИЯ.

; BTFSS STATUS,2 ;ДЛЯ 1 СЕКУНДЫ.

Изменением числа в второй строчке и подстановкой «пустых» команд NOP, производят подгонку измеряемой частоты в пределах единиц герц. Увеличение значения при коррекции увеличивает время индикации. Необходимо помнить, что значение коррекции секунд входит в коррекцию десятков секунд умноженное на десять. Показания индикатора на обоих пределах должны совпадать. После окончания калибровки желательно проверить его работу по всему пределу измерения от 1 Гц до 50 мГц.

Если измерить частоту собственного кварца через конденсатор 68 - 200 пф, как это показано на рис. 2 пунктирной линией, то при любом резонаторе (в авторском варианте программы), получится частота: 14007 кГц. Это связано с тем, что на вход пройдет столько импульсов, сколько поместится в сформированном интервале. При кварце на большую частоту время измерения будет меньше, значит и импульсов пройдет меньше. Вернее столько, сколько и при резонаторе с частотой в 14 мГц. Изменение частоты в любую сторону вызовет обратно пропорциональное изменение времени измерения, но показания не изменятся. Становится понятным, что измерять частоту собственного резонатора можно только после окончания калибровки, да и то с целью определения точной частоты вашего резонатора.

Работа с частотомером

При подаче напряжения на индикаторе высветятся нули и запятая в третьем разряде. Запятая в третьем разряде говорит о том, что установлен режим одной секунды, а индикация осуществляется в килогерцах. При нажатии кнопки «Время измерения» запятая переместится в четвертый разряд, и частотомер перейдет в режим десяти секунд.

При нажатии кнопки «Пуск» частотомер начнет измерение. На время измерения в нулевом разряде высвечивается запятая. При закорачивании входа на корпус на индикаторе должны быть нули. Повторное нажатие кнопки «Пуск» остановит процесс измерения, но индикация измеряемой частоты сохранится. Переключение режима времени измерения можно выполнять без остановки измерения.

Частотомер на PIC16F873 и семисегментных индикаторах

частотомер измерительный прибор калибровка

Этот восьмиразрядный прибор может измерять частоту синусоидального и импульсного сигнала от 1 Гц до 50 МГц. Время измерения -- 1 и 10 с. Дисплей частотомера выполнен на семисегментных светодиодных индикаторах с общим катодом. Особенностью данного частотомера является то, что в нем может быть использован любой кварцевый резонатор на частоту в диапазоне 10...20 МГц.

В разработанном частотомере применен микроконтроллер PIC16F873 , который имеет 28 выводов. Это позволило использовать 16 выходов для непосредственного управления сегментами и разрядами светодиодных индикаторов. Кроме того, этот микроконтроллер имеет три таймера с предделителями. Восьмиразрядный таймер TMR0 и его восьмиразрядный предделитель вместе с двумя дополнительными регистрами используются для подсчета измеряемой частоты. Извлечение значения предделителя выполняется известным способом, заключающимся в досчитывании до нуля с одновременным подсчетом числа импульсов досчета. Таким образом, максимальная разрешающая способность счетчика составляет 32 двоичных разряда.

Таймер TMR1 имеет 16 разрядов и трехразрядный предделитель. Этот таймер используется для формирования интервалов времени 0,1 с, а два последующих регистра-делителя на 10 формируют время измерения в 1 и 10 с. При использовании кварцевых резонаторов на любую частоту достаточно сделать программную предварительную установку двух регистров таймера TMR1. При этом отпадает необходимость в точной подстройке частоты самого резонатора.

Поскольку эти два таймера могут работать одновременно без участия АЛУ микроконтроллера, появилась возможность обеспечить динамический запуск индикаторов. На время прерываний по переполнению таймеров программа прекращает индикацию. Время, за которое выполняется прерывание, незначительно, поэтому визуально не отслеживается (видно только при частотах резонатора ниже 5 МГц).

Схема частотомера приведена на рис. 1. Выходы порта В микроконтроллера используются для управления сегментами индикаторов, а выходы порта С -- для коммутации их катодов. Выводы порта A RA0 и RA1 управляются кнопками SB1 и SB2 (соответственно «Время измерения» и «Пуск»). Вывод RA5 соединен непосредственно со счетным входом RA4. С выхода RA5 на счетный вход подается лог. О, закрывающий вход для прохождения счетных импульсов, и импульсы досчитывания.

Для превращения этого частотомера в полноценный измерительный прибор его необходимо снабдить широкополосным формирователем импульсов. В частотомере применены две матрицы семисегментных индикаторов с общим катодом фирмы Kingbright CC56-12GMR. Каждая матрица содержит четыре индикатора, их одноименные сегменты соединены между собой внутри блока. Первый вывод матрицы маркируется единичкой, которую видно под слоем герметика. Эти индикаторы желто-зеленого цвета свечения имеют большие размеры цифр (высота цифры 15 мм) и малый ток потребления, что обеспечивает потребляемый частотомером ток менее 50 мА. Естественно, можно использовать любые цифровые индикаторы с общим катодом, но тогда, возможно, потребуется подстройка яркости свечения подбором резисторов R8--R15.

Если сделать небольшие изменения в программе, то можно использовать и светодиоды с общим анодом. Для этого в третьем блоке подпрограмм «Таблица сегментов для общего катода» необходимо заменить данные для «Катода» данными для «Анода», которые расположены как комментарии через точку с запятой. В следующей, четвертой подпрограмме индикации метка ZIKL должна выглядеть так:

CLRF KATOD; обнуляем регистр катодов

BSF KATOD, 0; устанавливаем нулевой бит

В метке INDZIKL перед сдвигом регистра KATOD необходимо установить нулевой бит переноса/заема:

BCF STATUS, 0; установим в 0 бит заема

После этих замен разряды индикаторов будут переключаться высоким уровнем.

Микроконтроллер PIC16F873 можно заменить на PIC16F876, который также имеет 28 выводов и отличается увеличенной до 8 К памятью программ. При этом, если вы пользуетесь программатором PonyProg, необходимо правильно установить тип микроконтроллера. В программе никаких изменений делать не нужно. Следует заметить, что микроконтроллер PIC16F873 требует более аккуратного обращения, чем PIC16F84. Вставлять и вынимать микроконтроллер в программатор и плату частотомера необходимо при выключенном питании. При плохом контакте с микросхемной панелькой микроконтроллер тоже может выйти из строя. Для того, чтобы легче было вставлять и вынимать микросхему в программатор, необходимо удалить неиспользуемые контакты микросхемной панельки.

Частотомер задумывался для работы с резонатором частотой 20 МГц, но мне не удалось раскачать отечественные резонаторы, все они возбуждались на низких частотах. В фирменной документации при использовании высокочастотных резонаторов (HS) рекомендуется установка последовательно с резонатором от вывода OSC2 резистора номиналом до 10 кОм. Но отечественные резонаторы возбуждаться на собственной частоте не хотели. Аналогичный результат был получен и при подключении высокоомного (10...30 МОм) резистора параллельно входам OSC1 и OSC2. Естественно, при более высокой частоте резонатора частота будет измеряться точнее, но импортный резонатор мне достать не удалось. Для проведения подобного рода экспериментов по возбуждению резонатора на печатной плате имеются дополнительные отверстия.

После изготовления частотомера необходимо выполнить его калибровку. Для этого необходимо в шестом блоке подпрограмм установить значения младшего (TMR1L) и старшего (TMR1H) регистров таймера TMR1, величина которых будет зависеть от значения частоты используемого кварцевого резонатора. Увеличение значений регистров уменьшает время измерения, следовательно, уменьшает значение измеряемой частоты.

MONLW 0x54; предустановка регистров

MOVWF TMR1H; Таймера до значения 0,1 сек.(500000 при 20МГц)

MOVLW 0x07; при точном резонаторе 14МГц

MOVWF TMR1L; установка должна быть 55 45

Определим, для примера, какая должна быть установка регистров для резонатора с частотой F = 14 МГц. Период импульсов равен: Т = 1/F = 7,14 х 10(-8). Один машинный цикл равен 4Т = = 2,86 х 10(-7). Разделим интервал времени 0,1 с на машинный цикл и получим число 349650. Столько машинных циклов «поместится» в 0,1 с. С помощью компьютерного калькулятора переведем это число в двоичный код и получим число 1010101010111010 010. Три младших выделенных бита отбросим, поскольку они попадают на трехразрядный предделитель, а его мы установить не можем. Полученное двоичное число переведем в восьмеричное и получим число АА ВА. Таким числом импульсов должен быть досчитан таймер, чтобы произошло прерывание через 0,1 с. Следовательно, необходимо найти дополнение этого числа до нуля: FF FF - АА ВА = = 55 45. Именно это число должно быть установлено в регистрах таймера 1. Но если установить это число, то прерывания будут происходить ровно через 0,1 с, а нам необходимо, чтобы счетный вход RA4 открывался и закрывался через 1 или 10 с. А если учесть, что частота резонатора редко соответствует номинальной, то становится ясно, что это число нуждается в коррекции.

Для этого необходимо измерять частотомером образцовую частоту и производить изменение младшего регистра таймера до тех пор, пока показания индикатора не станут соответствовать значению образцовой частоты. Образцовую частоту можно взять с любого промышленного частотомера или собрать простейший кварцованный генератор и определить его частоту промышленным частотомером. Если у вас нет промышленного частотомера, то есть еще один способ получить более-менее точную частоту. Для этого необходимо иметь кварцевый резонатор с номиналом частоты, имеющим 4 или 5 цифр. Собрав генератор на таком резонаторе, можно получить номинальную частоту с точностью указанных цифр.

Установка регистров таймера 1 не дает абсолютной точности потому, что мы не учитываем влияние разрядов предделителя. Для учета этих разрядов перед закрытием счетного входа установлены команды коррекции. Для предела «1 с» коррекция выполняется в метке СЕКХ, а для предела «10 с» -- СЕКС.

; MOVLW 1; эти 4 строчки нужны для точной подгонки времени измерения

; BTFSS STATUS.2 ;для 1 с.

Изменением числа во второй строчке и подстановкой «пустых» команд NOP производят подгонку измеряемой частоты в пределах единиц герц. Увеличение значения при коррекции увеличивает время индикации. Необходимо помнить, что значение коррекции секунд входит в коррекцию десятков секунд, умноженное на десять. Показания индикатора на обоих пределах должны совпадать. После окончания калибровки желательно проверить его работу по всему диапазону измерения от 1 Гц до 50 МГц.

Если измерить частоту собственного резонатора через конденсатор 68...200пФ, как это показано на рис. 1 штриховой линией, то при любом резонаторе (в авторском варианте программы) получится частота 14007 кГц. Это связано с тем, что на вход пройдет столько импульсов, сколько поместится в сформированном интервале. При резонаторе на большую частоту время измерения будет меньше, значит и импульсов пройдет меньше. Вернее столько, сколько и при резонаторе с частотой в 14 МГц. Изменение частоты в любую сторону вызовет обратно пропорциональное изменение времени измерения, но показания не изменятся. Становится понятным, что измерять частоту собственного резонатора можно только после окончания калибровки, да и то с целью определения точной частоты вашего резонатора.

При подаче напряжения питания на частотомер на индикаторе высветятся нули и запятая в третьем разряде. Эта запятая говорит о том, что установлен режим «1 с», а индикация осуществляется в килогерцах. При нажатии кнопки «Время измерения» запятая переместится в четвертый разряд и частотомер перейдет в режим «10 с».

При нажатии кнопки «Пуск» частотомер начнет измерение. На время измерения в нулевом разряде высвечивается запятая. При замыкании входа на общий провод на индикаторе должны быть нули. Повторное нажатие кнопки «Пуск» остановит процесс измерения, но индикация измеряемой частоты сохранится. Переключение режима времени измерения можно выполнять без остановки измерения.

Частотомер Э8004

Предназначен для измерения частоты в цепях переменного тока.

Основным конструктивным узлом прибора является измерительный механизм, состоящий из подвижной системы, магнитопровода, блока. Прибор имеет наружный экран для уменьшения влияния внешних магнитных полей.

Частотомер FC-8037

Артикул производителя: 10002003654

· Диапазон измерения частоты:

· - вход A, B: 0.1 Гц до 100 МГц

· - вход C: 80 МГц до 3.7 ГГц

· 9 разрядный дисплей с высоким разрешением (1 нГц/ 1 пс)

· Измерение периода, частоты, числа оборотов в минуту

· Высокая стабильность частоты термостабильного опорного кварцевого генератора: 1 ppm/год

· Встроенный ФНЧ (100 кГц, -3 dB) для точности измерений в НЧ-области

· Входной аттенюатор 10:1

· Режим связи входа AC/DC

· Интерфейс RS-232C

· Габариты: 270x240x90 (мм), вес 2.5 кг

Ч астотомер FC-8037

Частотомер с высокими техническими характеристиками обеспечивает быстрые и точные измерения частоты при приемлемой цене. Частотомер FC-8037 оптимизирован для применения в области высоких частот, с разрешением 9 разрядов в секунду, измеряет частоту, период и число оборотов в минуту. Частотомер управляется микропроцессором, чем достигается высокая точность измерений, и разрешающая способность при малом времени измерения.

· Регулировка уровня синхронизации

· Режим измерения временных интервалов

· Вход для подключения внешнего опорного генератора, 9-разрядный цифровой дисплей

· Аттенюатор

· Автопроверка

· Измерение периода повторения сигналов

· Подсчет общего количества импульсов

· Фильтр низких частот

· Линейный фильтр

Т ехнические характеристики частотомера FC-8037

характеристика частотомера FC-8037	значение
Диапазон измерения частоты: вход A, B	0.1 Гц до 100 МГц
Диапазон измерения частоты: вход C	80 МГц до 3.7 ГГц
	9 разрядный с высоким разрешением (1 нГц/ 1 пс)
Встроенный ФНЧ для точности измерений в НЧ-области	100 кГц, -3 dB
Входной аттенюатор
Режим связи входа
Интерфейс
Функция фиксации текущего показания
Высокая чувствительность для внешнего опорного генератора
Обратный метод для высокого разрешения при низких частотах
Режим самодиагностики
Габариты	270x240x90 (мм), вес 2.5 кг

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Цифровой частотомер с программным управлением, его применение, принцип действия и технические характеристики. Функционирование основных блоков цифрового частотомера. Описание и расчёт основных элементов схемы электрической принципиальной частотомера.

курсовая работа , добавлен 27.02.2009


Построение структурной, функциональной и принципиальной схемы цифрового частотомера. Измерение частоты электрических колебаний от единиц герц до 10 МГц и амплитудой от 0,15 до 10 В с ведением счета числа импульсов входного сигнала. Выбор элементной базы.

курсовая работа , добавлен 26.01.2015


Методы и средства определения частоты электрических сигналов. Временное и спектральное представление. Сигналы электросвязи. Ширина полосы частот сигнала. Конструкция передающей трубки. Графики, иллюстрирующие работу устройства цифрового частотомера.

контрольная работа , добавлен 10.01.2014


Принцип работы цифрового частотомера, собранного на отечественном микроконтроллере КР1878ВЕ1. Входная формирующая цепь. Внешний генератор тактовых импульсов и устройство индикации. Стабилизатор напряжения питания для входной цепи и устройства индикации.

курсовая работа , добавлен 23.08.2011


Разработка пространственной конструкции и компоновка декодера. Аналитическое обоснование конструктивных решений. Разработка технологии изготовления модуля частотомера и печатной платы в САПР. Расчет технико-экономических показателей поточной линии сборки.

курсовая работа , добавлен 09.06.2010


Проектирование электронного устройства в состав, которого входит электронный усилитель электрического тока, устройство усиления частоты усиливаемого им сигнала. Расчет входной, выходной и промежуточной частей усилителя, электронно-счётного частотомера.

контрольная работа , добавлен 28.12.2014


Моделирование генератора с кварцевым резонатором, оценка его добротности и стабильности. Разработка электронно-счетного частотомера; расчет параметров его структурных компонентов (мультивибратора, индикатора, триггера). Конструирование блока питания.

курсовая работа , добавлен 27.04.2011


Высокочастотные амперметры, виды разверток и синхронизация в универсальном электронно-лучевом осциллографе. Электронно-счетный частотомер при измерении частоты СВЧ сигналов. Аналоговые измерители спектральной плотности мощности случайного сигнала.

контрольная работа , добавлен 27.01.2010


Рассмотрение конструкции реостатного измерительного преобразователя и принципа его работы. Изучение структурной схемы преобразования аналогового сигнала с измерительного регулятора в цифровую форму. Исследование принципа работы параллельного АЦП.

контрольная работа , добавлен 15.01.2012


Рассмотрение устройства, принципа действия и погрешностей импульсных и селективных вольтметров, универсальных электролучевых осциллографов, серийных цифровых частотомеров, измерителей индуктивности, емкости и корреляционной функции случайного сигнала.