§ 4.3 Гетеродинный частотомер
При подаче на нелинейный элемент колебаний с разными частотами всегда возникают разностные и комбинационные частоты. Положим одну из входных частот равной частоте специального измерительного генератора – гетеродина. Неизвестная частота будет обозначена как fx. Рассмотрим процессы, происходящие в частотной области.
Когда разность частот fx - fг = 0, эти частоты вместе дадут постоянную составляющую, которую выделит фильтр. При наличии на выходе фильтра постоянной составляющей показания измерителя изменятся от 0 до уровня постоянной составляющей (возможна регистрация биений при приближении разности частот к 0), в этот момент мы узнаем частоту fx, так как мы можем менять fг и точно знаем значение fг.
Индикатор определяет моменты равенства частот fг и fx. В случае стрелочного индикатора стрелка начинает колебаться относительно начального (0-ого) положения, когда fx - fг попадает в полосу пропускания фильтра и индикатора. Затем амплитуда колебаний становится все меньше и меньше, и уменьшается до 0 когда fx - fг = 0.
У такого способа существует недостаток : необходимо примерно знать какая частота должна быть, так как можно обнаружить 2, 3 и т.д. гармонику созданную нелинейным элементом. Но если знать какую гармонику удалось обнаружить, можно узнать частоту fx (например, если за 2, то частота будет 2*fx). Но этот недостаток можно превратить в существенное преимущество: возможно измерять частоты в несколько раз выше частоты гетеродина, перекрывая очень широкий диапазон частот.
Осциллограф может выполнять функцию индикатора при гетеродинном методе измерения частоты.
§ 4.4 Цифровой измеритель частоты и временных интервалов
Рассмотрим структурную схему такого частотомера:
На входе частотомера стоит формирователь формирующий импульс при переходе из отрицательного напряжения на положительное напряжение (или наоборот). Справа от структурной схемы представлены графики изображающие формирование импульса при переходе из положительного напряжения на отрицательное напряжение.
За один период входного сигнала формируется 1 импульс, поступающий на счетчик в том случае, когда на конъюнктор действует эталонный импульс сформированный делителем частоты на основе частоты кварцевого резонатора. По окончании длительности эталонного импульса данные из счетчика поступают в декодер, а затем в цифровой индикатор.
Значение k определяет порядок измеряемой величины.
Если k =0, то fx=N.
Если k =3, то будет в мГц.
Если k =-3, то будет в кГц.
До определенных пределов справедливо то, что чем выше измеряемая частота, тем выше точность её измерения.
Кварцевый генератор определяет граничные значения точности при изменении частоты, у него есть своя нестабильность – нельзя получить измерения с большей, чем у него точностью. На данный момент цифровые измерители частоты самые точные измерители частоты.
При измерении низких частот возникает значительная погрешность в определении частоты. В этом случае для повышения точности лучше переходить на измерение длительности периода.
§ 4.5 Цифровой измеритель периодов
Измерение периодов - один из режимов работы частотомера.
Рассмотрим структурную схему измерителя периодов:
Отличие от предыдущей схемы в том, что на конъюнктор от делителя частоты подается не один длительный импульс, а непрерывная последовательность импульсов заданной длительности и периода следования. Во время действия 1 периода входного сигнала на счетчик подается серия импульсов, зная длительность и период одного импульса, период входного сигнала определяется перемножением количества импульсов поступивших в счетчик на период одного импульса.