Гетеродинні частотоміри
Гетеродинні частотоміри застосовуються для точних частотних вимірювань в плавному діапазоні високих частот. В принципі гетеродинний частотомір відрізняється від кварцового калібратора, лише тим, що замість кварцового генератора в ньому використовується гетеродин, тобто малопотужний генератор з плавно регульованою частотою настройки. Наявність змішувача дозволяє використовувати прилад не тільки для градуювання частотних шкал радіоприймачів, але і для вимірювання методом нульових биттів частоти генераторів. Індикація нульових биттів здійснюється телефонами, осцилографічними та електронно-світловими індикаторами, а також стрілковими вимірниками.
Похибка вимірювань гетеродинного частотоміра в основному визначається стабільністю частоти гетеродина і похибкою її установки. Підвищення стабільності частоти сприяють правильний вибір схеми і конструкції гетеродина, застосування в ньому деталей з малим температурним коефіцієнтом, включення буферного каскаду між гетеродином і вихідними ланцюгами, стабілізація напруги живлення, тривалий прогрів приладу під струмом перед вимірами. Для підвищення плавності регулювання та точність установки частоти управління конденсатором налаштування гетеродина зазвичай здійснюють через механізм з великим уповільненням (до 100-300 разів). Безпосередній відлік частоти по шкалі конденсатора змінної ємності виробляють лише в найпростіших конструкціях; у більшості приладів шкала виконується рівномірної з дуже великим числом поділок (до декількох тисяч), а відлік по ній переводиться в частоту за допомогою таблиць або графіків.
Гетеродинні частотоміри різних типів промислового виготовлення в сукупності перекривають смугу вимірюваних частот від 100 кГц до 80 ГГц при похибці вимірювань в межах+-(5*10-4...5*10-6). При дуже високих частотах отримати нульові биття важко. Тому в частотомірах НВЧ іноді в якості індикатора використовують низькочастотний частотомір (наприклад, ємнісний); по ньому визначають різницеву частоту биття F, на розмір якої вноситься поправка в результати вимірювань.
Дуже мала похибка вимірювань в досить широкому діапазоні частот (від низьких до надвисоких) досягається при поєднанні двох частотомірів: гетеродинного та електронно-лічильного. Останній, крім самостійного використання у притаманному йому діапазоні частот, може бути застосований для точного вимірювання частоти налаштування гетеродина при досягненні нульових биттів; при цьому виявляються зайвими кварцовий генератор, таблиці градуювальних характеристик та графіки.
Резонансні частотоміри
Особливостями резонансних частотомірів, що застосовуються для вимірювання високих і надвисоких частот, є простота конструкції, швидкість функціонування і однозначність результатів вимірювань; похибка вимірювань становить 0,1-3%.
Резонансний частотомір являє собою коливальну систему, що налаштовується в резонанс з вимірюваною частотою fx збуджуючи її коливання, які надходять від досліджуваного джерела через елемент зв'язку. Резонансна частота визначається за показаннями каліброваного органу налаштування. Стан резонансу фіксується за допомогою вбудованого або зовнішнього індикатора.
Частотоміри, вимірюють частоти від 50 кГц до 100-200 МГц, виконуються у вигляді коливального контуру з елементів із зосередженими постійними: котушки індуктивності L0 і конденсатора змінної ємності С0 (рис. 1.7). У контурі частотоміра наводиться Е. Р. С. вимірюваної частоти fx, наприклад за рахунок індуктивного зв'язку з джерелом коливань через котушку L0. При малопотужному джерелі зв'язок з останнім може бути ємнісний через конденсатор зв'язку Ссв (ємністю в кілька пікофарад) і провідник зв'язку. Зміною ємності конденсатора С0 контур налаштовують в резонанс з частотою fx за максимальними показами індикатора резонансу. При цьому вимірювана частота fx, яка дорівнює власній частоті контуру(1.9):
(1.9)
визначається по шкалі конденсатора С0.
В сучасних частотомірах найчастіше застосовують індикатори напруги - високочастотні вольтметри зі стрілковими вимірниками; вони забезпечують високу точність індикації при добрій стійкості до перевантажень. Найпростіший такий індикатор складається з точкового діода і чутливого магнітоелектричного вимірювача, зашунтованого від високочастотних складових випрямленого струму конденсатором. Частотомір зі стрілочним вимірювачем можна використовувати в якості індикатора напруженості поля, при знятті діаграм спрямованості передавальних антен.
Резонансні частотоміри характеризуються чутливістю, тобто мінімальним значенням підводиться до них високочастотної потужності, при якому забезпечується чітка індикація резонансу; зазвичай воно знаходиться в межах 0,1-5 мВт, а при використанні лампочки розжарювання зростає до 0,1 Вт. З метою
підвищення чутливості в індикатор резонансу іноді вводять (після детектора) транзисторний підсилювач постійного струму з великим вхідним опором.
При використанні в частотомірі прямочастотного конденсатора можливо отримати майже рівномірну шкалу частот. Градуюють резонансні частотоміри за допомогою зразкових гетеродинних частотомірів, а в діапазонах НВЧ для цього застосовують вимірювальні лінії. Наближене градуювання можна виконати, маючи вимірювальний генератор або передавач з плавним діапазоном частот.
Рисунок 1.7 − Схема резонансного частотоміра с індикатором струму і змінними контурними котушками
При вимірах частотомір або його елемент зв'язку вносять у зону випромінювання досліджуваного джерела. Підбором їх взаємного розташування встановлюють таку зв'язок, щоб при резонансі стрілка індикатора знаходилася приблизно в середині його шкали.
Якщо досліджувані коливання не синусоїдальні, то можлива настройка частотоміра на одну з гармонік. При цьому частотомір виявить налаштування і на ряд інших частот, кратних основній частоті коливань. Остання визначиться як найнижча з ряду знайдених резонансних частот.
Резонансний частотомір є приладом пасивного дії, так як його робота заснована на поглинанні енергії джерела вимірюваної частоти. Тому він непридатний для безпосереднього вимірювання частоти налаштування радіоприймачів і ізольованих коливальних контурів. Однак несучу частоту радіостанції, на яку налаштований приймач, можна досить точно виміряти способом реакції. Для цього контур частотоміра пов'язують з антеною ланцюга приймача за допомогою включається у цю ланцюг котушки зв'язку або наближенням до магнітної антени. Налаштування частотоміра змінюють до отримання резонансу, який виявляється за різкого спаду гучності звукових сигналів, відтворюваних приймачем.