48. Сущность конденсаторного и гетеродинного методов измерений частоты.

Сущность гетеродинного метода, позволяющего измерять частоту с высокой точностью, заключается в сравнении частоты исследуемого напряжения с частотой напряжения перестраиваемого гетеродина, который заранее проградуирован. Приборы, осуществляющие этот метод, называют гетеродинными частотомерами (вид Ч4). Их применяют в диапазонах высоких и сверхвысоких частот.

Работа гетеродинного частотомера (см.рис) и методика измерений сводятся к следующему.

Схема гетеродинного частотомера

В положении И переключателя П на смеситель поступают одновременно напряжения двух частот: измеряемой f_изм и гетеродина f_r. На выходе смесителя получаются напряжения комбинационных частот, в том числе частоты биений. Гетеродин перестраивают по частоте до появления нулевых (низкочастотных) биений, фиксируемых по индикаторному прибору. Индикатор может быть тональным (телефоны) или визуальным (осциллограф, электронно-световая индикаторная лампа, стрелочный прибор). После получения нулевых биений по шкале гетеродина, определяют частоту f_r его напряжения и, следовательно, f_изм, т. к. при нулевых биениях f_изм ≈ f_r.

Погрешность измерений складывается из погрешности меры, т. е. нестабильности частоты и непостоянства градуировочной характеристики гетеродина, погрешностей сравнения и фиксации нулевых биений.

В схемах многих частотомеров предусмотрен кварцевый генератор, выполняющий функции образцовой меры. С его помощью поверяют и корректируют градуировочную характеристику шкалы гетеродина. Эту операцию производят после предварительного (ориентировочного) измерения неизвестной частоты. При поверке переключатель рода работы ставят в положение К. К смесителю помимо гетеродина оказывается подключенным кварцевый генератор, напряжение которого содержит много гармоник. Отсчетный лимб гетеродина устанавливают в положение, соответствующее ближайшей к измеряемой частоте гармонике—«кварцевой точке».

Индикаторный прибор фиксирует наличие биений, которые при помощи «корректора» гетеродина доводят до нулевых. Если у гетеродина отсутствует «корректор», то шкалу проверяют в соседних по обе стороны от f_изм точках, производят линейную интерполяцию и вводят поправку, уточняющую градуировочную характеристику. После корректировки кварцевый генератор отключают и на смеситель подают сигнал измеряемой частоты. Гетеродин настраивают на частоту, при которой получаются нулевые биения, и делают окончательный отсчет по его шкале.

При очень высоких частотах получение низкочастотных биений затруднительно. В подобных случаях вместо индикаторного прибора можно включить низкочастотный частотомер (например, конденсаторный) и по нему определять разностную частоту F_р. Тогда f_изм = f_r ± F_p (знак поправки F_p зависит от того, с какой стороны подходят к f_изм при настройке гетеродина).

В диапазоне СВЧ нередко применяют гетеродины, основная частота напряжения которых во много раз ниже измеряемой. При этом используются высшие гармоники гетеродина. Измеряемая частота сравнивается с частотой n-й гармоники гетеродина при нулевых биениях.

Гетеродинные измерители частоты характеризуются следующими основными параметрами:

• классом точности;

• диапазоном измеряемых частот;

• диапазоном частот гетеродина;

• значениями опорных частот и их погрешностью;

• чувствительностью и др.

Предусмотрены три класса точности гетеродинных частотомеров ( I, II, III), характеризуемые основной относительной погрешностью: 5^.10^-6; 5^.10^-5 н 5^.10^-4 (погрешности опорных частот соответственно 5^.10^-7; 5^.10^-6 и 5^.10^-5).

В качестве примеров гетеродинных частотомеров могут быть названы приборы: Ч4-1, измеряющий частоты 125—20 000 кГц с погрешностью 2^.10^-4; Ч4-5, работающий в диапазоне 2,6—18 ГГц (основная погрешность 5^.10^-5); Ч4-25, охватывающий диапазон частот 37,5—78,3 ГГц.

_____________________________________________________________________________

Сущность метода заключается в измерении тока разряда конденсатора, попеременно переключаемого с заряда на разряд с частотой, равной измеряемой.

Конденсатор С заряжается до напряжения U₁ и разряжается до напряжения U₂. Тогда за одно переключение переключателя на заряд (положение 1) и разряд (положение 2) количество электричества, подводимое к конденсатору и отдаваемое им микроамперметру, Q = CU, где U = U₁ — U₂.