3.4.2. Гетеродинный метод
Данный способ, как правило, применяется для сравнения высоких частот. Напряжения
,
подают
на нелинейный элемент (Н.э.) – детектор,
смеситель или модулятор (рис. 3.8). На его
выходе появляется напряжение, в спектре
которого имеется составляющая с
разностной частотой
,
называемой частотой
биений. При
равенстве частот
и
частота биений равна нулю, поэтому
данный метод часто называют методом
нулевых биений.
Рис. 3.8. Сравнение частот методом нулевых биений
В
качестве индикатора нулевых биений
могут быть использованы головные
телефоны. На диаграмме рис. 3.9 показан
процесс изменения частоты биений
в зависимости от изменения
при
=const.
При
<15
кГц в телефонах возникает ток частоты
биений, понижающийся по мере приближения
к
.
В точке а
(рис. 3.9) частота биений равна нулю,
следовательно,
.
Однако определить положение точки a
по исчезновению тона биений в телефонах
не удается, так как человеческое ухо не
воспринимает тона с частотами ниже
16¸20
Гц. Таким образом, при использовании в
качестве индикатора нулевых биений
телефона неизбежна абсолютная погрешность
Гц.
Рис. 3.9. Зависимость частоты биений от частоты настройки образцового генератора
Данную погрешность легко устранить, если в качестве индикатора нулевых биений применить магнитоэлектрический микроамперметр. При <10 Гц стрелка будет колебаться. По мере приближения частоты к частота этих механических колебаний уменьшается и при равенстве частот колебания прекращаются.
Гетеродинные
частотомеры основаны на способе нулевых
биений. Структурная схема гетеродинного
частотомера приведена на рис. 3.10, где
Гпл – генератор с плавной настройкой
– источник известной образцовой частоты;
Гкв – кварцевый генератор, используемый
для калибровки образцового генератора
перед каждым измерением частоты;
− корректирующая емкость, необходимая
для установки нулевых биений при
калибровке Гпл.
Рис. 3.10. Структурная схема простейшего гетеродинного частотомера
При
работе Гкв отключается и производится
сравнение
и
.
Значение неизвестной частоты определяется
как
,
где n
– номер гармоники. Можно работать не
только на первой, но и на других гармониках.
Погрешность гетеродинных частотомеров составляет 5×10-4 ¸ 5×10-6. Гетеродинные частотомеры постепенно вытесняются цифровыми. Однако в эксплуатации находится значительное число частотомеров разных типов, перекрывающих диапазон частот от 125 кГц до 40 МГц и от 2,5 до 78 ГГц.
3.5. Цифровые методы измерения частоты
Переменное
напряжение, частоту которого
нужно измерить, преобразуют в
последовательность коротких однополярных
импульсов с
частотой
следования, равной
(рис. 3.11). Если сосчитать число импульсов
N
за известный интервал времени
,
то легко определить частоту
:
. (3.6)
Рис. 3.11. Принцип дискретного счета при измерении частоты
В
частности, если
=1с,
то N
численно равно частоте
.
Эта идея является основой метода
измерения частоты дискретным счетом.
Приборы, созданные на основе этого
метода, называют электронно-счетными
частотомерами. Результат измерения
появляется на табло передней панели
прибора в виде светящихся цифр, и поэтому
такие приборы часто называют цифровыми
частотомерами.