Електронно-лічильні (цифрові) частотоміри
Електронно-лічильні частотоміри за своїми можливостями є універсальними приладами. Їх основне призначення - вимірювання частоти неперервних та імпульсних коливань, здійснюване в широкому частотному діапазоні (приблизно від 10 Гц до 100 МГц) при похибці вимірювань не більше 0,0005%. Крім того, вони дозволяють вимірювати періоди низькочастотних коливань, тривалості імпульсів, відношення двох частот (періодів) і т. п
Дія електронно-лічильних частотомірів заснована на дискретному рахунку числа імпульсів, що надходять за калібрований інтервал часу на електронний лічильник з цифровою індикацією. На (рис.1.4) наведена спрощена функціональна схема приладу. Напруга вимірюваної частоти fx в підсилювально-формуючому пристрої перетвориться в послідовність однополярних імпульсів, що повторюються з тією ж частотою fx. Для цієї мети часто використовується система з підсилювача-обмежувача і тригера Шмітта, доповнена на виході диференціюючим ланцюгом та доданими обмежувачем. Часовий селектор (електронний ключ з двома входами) пропускає ці імпульси на електронний лічильник лише протягом строго фіксованого інтервалу часу T, визначається тривалістю прямокутного імпульсу, що впливає на його другий вхід. При реєстрації лічильником m імпульсів вимірювана частота визначається за формулою (1.7):
(1.7)
Наприклад, якщо за час T = 0,01 с зазначено 5765 імпульсів, то fx = 576,5 кГц.
Похибка вимірювання частоти визначається головним чином похибкою калібрування вибраного інтервалу часу підрахунку. Задає компонентом у системі формування цього інтервалу є високостабільний кварцовий генератор, покладемо, частоти 100 кГц. Створювані їм коливання з допомогою групи послідовно включених дільників частоти перетворюються в коливання з частотами (f0) 10 і 1кГц, 100, 10, 1 і 0,1 Гц. яким відповідають періоди (Т0) 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1; 1 і 10 с (останні одне або два з зазначених значень f0 і Т0 у деяких частотомірів відсутні).
Коливання обраної (за допомогою перемикача В2) частоти f0 (числове значення останньої є множником до відліку по лічильнику) з допомогою тригера Шмітта перетворюються в прямокутні коливання з частотою повторення f0. Під їх дією в керуючому пристрої формується інтервальний імпульс тривалістю T = Т0 = 1/f0 строго прямокутної форми. Цей імпульс викликає скидання попередніх показань лічильника, а потім (із затримкою на кілька мікросекунд) надходить на селектор і відкриває його на час Δt для пропускання імпульсів з частотою повторення fx. Після закривання селектора число пропущених ним імпульсів m фіксується індикатором лічильника, а вимірювана частота визначається за формулою fx = m*f0.
Ланцюг управління селектором може запускатися вручну, натисканням кнопки «Пуск»); в цьому випадку керуючий пристрій посилає на селектор одиночний імпульс тривалістю T і лічильник видає разовий результат вимірювань з необмеженим часом індикації його.
Рисунок 1.4 − Спрощена функціональна схема електронно-лічильного (цифрового) частотоміра
В режимі автоматичного вимірювання частоти імпульси реле часу періодично повторюються і результати вимірювання оновлюються через обрані інтервали часу.
Частотомір може служити джерелом коливань ряду опорних частот f0, одержуваних з допомогою кварцового генератора, помножувача і дільників частоти і знімаються зі спеціального виходу. Ці ж коливання, подані на вхід частотоміра, можуть служити для перевірки правильності показань лічильника.
Лічильник частотоміра складається з 4-7 розрахункових декад на тригерних схемах та цифрових індикаторних лампах. Число декад визначає максимальне число значущих розрядів (розрядів) в результатах вимірювань. Можлива помилка рахунку, називається похибкою дискретності, становить одну одиницю в цифрі самого молодшого розряду. Тому бажаний вибір такого інтервалу часу рахунки Δt, при якому використовується максимальне число розрядів лічильника. Так, у розглянутому вище прикладі при T = 0,01 с (f0 = 100 Гц) для відліку виявилося достатнім чотирьох розрядів лічильника і результат вимірювань fx = 576,5 кГц +-100 Гц. Припустимо, що вимірювання повторені при Δt = 0,1 з (f0 = 10 Гц) і отриманий відлік m = 57653 імпульсів. Тоді fx = 576,53 кГц +-10 Гц. Ще менша похибка дискретності (+-1 Гц) буде отримана при T = 1 с (в цьому випадку лічильник повинен мати не менше шести декад).
При розширенні діапазону вимірювань частотоміра в бік високих частот обмежуючим фактором є швидкодія перерахунковий декад. У деяких приладах при вимірюванні високих частот, що перевищують, наприклад, 10 МГц, їх попередньо перетворюють у частоту, меншу 10 МГц (наприклад, частоту 86,347 МГц на частоту 6,347 МГц), користуючись гетеродинним методом.