11. Частотомеры

В электронных аналоговых частотомерах применяются в ос­новном два способа измерения частоты. Первый, используемый в области звуковых частот, основан на формировании импульсов, имеющих постоянную площадь, ограниченную кривой импульса тока и осью времени на диаграмме. Частота этих импульсов должна быть равна частоте измеряемого сигнала. Среднее значение напряжения этих импульсов пропорционально измеряемой часто­те. Известны схемы измерительных преобразователей частоты в напряжение (ПЧН), реализующие этот способ. Такие преобра­зователи применяют как в измерительных информационных сис­темах, так и в электронных частотомерах, в которых на выходе ПЧН устанавливают магнитоэлектрический измерительный меха­низм. Упрощенная схема преобразователя с использованием пе­резаряда конденсатора показана на рис. 11.1, где

ФИ — форми­рователь импульсов постоянной длительности ∆t с частотой f_x входного сигнала и; ИСН— источник стабильного напряжения U₀; В — переключатель, С — конденсатор, R — нагрузка, в ка­честве которой, в частности, может быть использован магнито­электрический измерительный механизм.

Рис. 11.1. Структурная схема преобразователя частоты в напряжение

Выходные импульсы формирователя управляют работой. переключателя В, поочередно подключая его к ИСН и к нагрузке R. Если постоянные времени цепей заряда и разряда конденсатора подобраны так, что он практически полностью успевает зарядиться от ИСН и разря­диться на R, то среднее значение выходного напряжения будет U_cp= RU_oCf_x, где U_oC=q — заряд конденсатора, отдаваемый в нагрузку при каждом импульсе.

Этот принцип положен, в основу частотомера типа Ф 5043, имеющего верхний предел измерений 20 кГц и класс точности 0,5.

Рис. 11.2. Функциональная схема резонансного преобразователя частоты в напряжение

В основе второго, резонансного, способа измерения лежит сравнение частоты колебаний исследуемого источника с соб­ственной частотой колебаний резонансного контура (рис. 11.1).

Источник напряжения и неизвестной частоты f_x может быть непосредственно включен в колебательный контур или связан с ним через элемент связи М. Источник напряжения измеряемой частоты является источником ЭДС в контуре. Изменяя емкость конденсатор C, можно по показаниям индикатора резонанса ИР настроить контур в резонанс, при котором . При известной индуктивности L контура шкала конденсатора С градуируется в единицах частоты. Резонансные частотомеры используют, как правило, для измерений в области высоких частот.

Рис. 11.3. Структурная схема (а) и временная диаграмма сигналов (б) преобразователя фазы в напряжение

Измерительные преобразователи фазы в напряжение могут быть построены по принципу формирования прямоугольных им­пульсов, длительность которых пропорциональна измеряемой фа­зе. На рис. 11.3 показана упрощенная схема и диаграмма, по­ясняющая работу такого преобразователя. Схема содержит два формирователя импульсов ФИ₁ и ФИ₂, вырабатывающих корот­кие импульсы в моменты перехода напряжений и₁ и и₂ через нуль от отрицательных значении к положительным. Сформированные импульсы управляют электронным ключом В, который замыкает­ся при поступлении импульса от ФИ₁ и размыкается при поступ­лении импульса от ФИ₂. В результате этого на нагрузке выделя­ются импульсы длительностью т и амплитудой U₀. Среднее значе­ние напряжения этих импульсов

.