2.2 Цифровий частотомір середніх значень

Перед тим, як розглядати принципи будови і роботу цифрового частотоміру, необхідно зупинитися на визначенні понять “частота” і “період”. У частотно-вимірювальній техніці основною характеристикою періодично­го сигналу є період. Періодом Т періодичного сигналу називається найменший інтервал часу, через який регулярно послідовно повторюється довільно вибране миттєве значення періодичного сигналу. Частота f періодичного сигналу — це фізична величина, значення якої подають зворотні значення періоду цього сигналу, її визначають кількістю коливань за одиницю часу, це число повних циклів періодичного процесу за одиничний інтервал часу.

Діапазон частот, які використовуються у техніці - від часток Герца до десятків гігаГерц, тобто від інфранизьких до надвисоких частот.

Принцип дії цифрового частотоміра середніх значень засновано на підрахунку кількості імпульсів невідомої частоти за зразковий часовий інтервал, який формується зразковою мірою часу.

Структурну схему цифрового частотоміра середніх значень наведено на рис. 2.3.

Рисунок 2.3- Структурна схема цифрового частотоміра середніх значень

Структурна схема частото­міра містить такі основні блоки. Зразкову міру часу ЗМЧ:

• Т – RS – тригер;

• SW2 – схема збігу;

• G – генератор зразкової частоти;

• ПЧ – подільник частоти, що формує зразковий часовий інтервал t₀.

А також вона містить двійковий лічильник СТ2, який підраховує кількість імпульсів невідомої час­тоти f_x за зразковий інтервал часу t₀, схема збігу SW1, де здійснюється квантування зразкового ча­сового інтервалу імпульсами невідомої частоти, формувач імпульсів F, який із вхідних синусоїдних сигналів формує прямо­кутні імпульси, калібровані за амплітудою і тривалістю [5].

За командою "Пуск" тригер Т приймає стан логічної одиниці і таким чином відкриває схеми збігу SW1 і SW2. Імпульси, які проходять із частотою f_x через формувач F і відкриту схему SW1, надходять на вхід двійкового лічильника СТ2, який здійснює їх підрахунок. В цей самий момент часу через відкриту схему SW2 імпульси f₀ із виходу генератора G зразкової частоти надходять на вхід подільника частоти, коефіцієнт ділення якого розраховують з урахуванням забезпечення потрібного часового інтер­валу . Після закінчення зразкового часового інтервалу заднім фронтом імпульсутригерТ встановлюється у стан логічного нуля, схеми збігу SW1 і SW2 закриваються і в лічильнику СТ2 фіксується код N.

Рисунок 2.4 - Часові діаграми роботи цифрового частотоміра середніх значень

Кількість імпульсів невідомої частоти, які підраховує двійковий лічильник за час t₀, визначається так:

(2.2)

де t₁,t₂–моменти часу початку та закінчення зразкового часового інтервалу.

Зразковий часовий інтервал формується в подільнику частоти і визначається так:

(2.3)

де k - коефіцієнт ділення подільника частоти; T₀- період імпульсів зразкової частоти f₀.

Остаточне рівняння перетворення цифрового частотоміра середніх значень матиме вигляд:

(2.4)

Дане співвідношення є рівнянням перетворення частотоміра, воно характеризує, те, яким чином пов'язані між собою вихідна N_F і вхідна f_x величини. Статична характеристика цифрового частотоміра середніх значень лінійна [6].