Лабораторна робота № 7 Дослідження частоти і часових інтервалів інформаційного сигналу цифровим способом

1. Мета роботи

1.1 Набути професійних навичок в роботі з цифровим частотоміром. Уміти аргументовано вибирати час рахунку (Т_ліч), множник періоду (n) і частоту генератора міток (f_м).

1.2 Досліджувати основні характеристики цифрових частотомірів в різних режимах роботи. Уміти проводити вибір режимів роботи, що забезпечують мінімальні похибки результатів вимірювання частоти, часових інтервалів, відношення частот.

2. Ключові положення

2.1 Сучасні цифрові частотоміри, виконані на мікропроцесорній основі або на схемах з жорсткою логікою, - прилади багатофункціональні. Перехід від однієї функції до іншої здійснюється за встановленою програмою або за допомогою електромеханічних комутаторів - (ключів).

Функціональна схема, представлена на рис. 1, відноситься до схем ЕЛЧ з жорсткою логікою.

2.2 У режимі «ВИМІРЮВАННЯ ЧАСТОТИ» проводиться пряме порівняння частоти досліджуваного сигналу f_с із значенням зразкової частоти f_кг, відтвореної мірою (кварцовим генератором) як «одиниця вимірювання». Тут f_с  f_кг, що дає можливість знайти цифровим способом число, що показує в скільки разів f_с більше f_кг.

На рис. 2 представлені діаграми напруг ЕЛЧ, що наочно показують суть цифрового методу, який зводиться до підрахунку числа імпульсів N, що поступають на рахунковий блок (11) за час, рівний Т_ліч, званий «часом вимірювання» або «Часом ЛІЧБИ».

З діаграм виходить, що дійсне значення частоти досліджуваного сигналу рівне:

.

Виміряне значення частоти досліджуваного сигналу дорівнює:

fс вим = .

Значення абсолютної похибки дискретності:

∆N = fс вим – fсд = = .

Максимальне значення відносної похибки дискретності визначається виразом:

,

де N – число імпульсів, що поступили в рахунковий блок ЕЛЧ за час лічби.

Сумарна похибка вимірювання частоти:

,

де δ_кг  складова похибки, що вноситься мірою (кварцовим генератором).

2.3 У режимі «ВИМІРЮВАННЯ ПЕРІОДУ» проводиться порівняння вимірюваного періоду досліджуваного сигналу Т_с із зразковим інтервалом часу. Діаграми напруг ЕЛЧ в цьому режимі представлені на рис. 3.

З них виходить, що дійсне значення періоду досліджуваного сигналу визначається виразом:

,

де Т_м – період зразкового сигналу;

N – число міток, що поступили в рахунковий блок ЕЛЧ;

n – множник періоду.

Час рахунку визначається виразом:

Tліч = n·Тс.

Виміряне значення періоду досліджуваного сигналу визначається:

Тс вим = .

Значення абсолютної і відносної похибок дискретності рівні, відповідно:

∆N = Тс вим - Тсд = ; ,

де .

Сумарна відносна похибка визначається за формулою:

= ,

де δ_пер – похибка перетворення, обумовлена відношенням напруги сигналу і завади.

2.4 У режимі «ВІДНОШЕННЯ ЧАСТОТ» напруга з більшою частотою ƒ₁, (положення ключа на комутаторі «1») подається на вхід «1» (рис. 1). У каналі 1 ця напруга перетвориться в послідовність коротких імпульсів з частотою проходження, рівною ƒ₁. Ці імпульси поступають на перший вхід часового селектора, на його другий вхід поступає імпульс, що управляє, тривалістю Т_ліч.

Формування імпульсу, що управляє, проводиться в каналі 2 з сигналу з нижчою частотою ƒ₂, поданого на вхід 2.

З рис. 4 слідує рівність:

N·T1 = n·Т2.

І дійсне значення відношення частот рівне:

.

Виміряне значення відношення частот:

.

Час лічби

Tліч= n·Т2.

Абсолютна похибка дискретності:

.

Відносна похибка дискретності:

δN = ,

де N = .

Сумарна похибка визначається виразом:

= .