Неинтегрирующие цф

Структурная схема однополупериодного неинтегрирующего ЦФ, реализующая алгоритм (6.12), приведена в упрощенном виде на рис. 6.12. Работа всех функциональных узлов ЦФ нам уже знако­ма. Поэтому отметим лишь, что с помощью УУ обеспечивается син­хронизм в этой работе и ограничивается время измерения зна­чением Т.

Р ис. 6.12. Структурная схема однополупериодного неинтегри­рующего ЦФ.

Как следует из (6.12), измерение должно проводиться в два этапа: измерение (переключатель П в положении 1) и измере­ние Т (положение 2). При первом измерении счетчик зафиксирует

(6.13)

где — период следования импульсов ГСчИ. При втором измерении и для вычисления по результатам измерения и будет справедлива формула

(6.14)

Рис. 6.13. Структурные схемы прямоотсчетных неинтегрирующих ЦФ:

а —с умножением частоты входного сигнала; б —с использованием системы АПЧ.

Таким образом, рассмотренный ЦФ является фактически ком­бинированным прибором (фазометр-частотомер). Двухэтапность процесса измерения и необходимость в дополнительных вычисле­ниях по формуле (6.14) являются его существенными недостатка­ми. Известные способы устранения этих недостатков направлены на достижение кратности периодов и . Действительно, если в формуле (6.13) (n=1, 2, 3, …), то мы получаем прямоотсчетный ЦФ.

Рис. 6.14. Структурные схемы прямоотсчетных неинтегрирующих ЦФ:

а —с блоком расширения импульсов; б —с делением частоты входного сигнала.

В этом случае можно идти двумя путями: образованием счетных импульсов с периодом следования и увеличением вре­мени измерения в раз (хотя измерения по-прежнему про­изводятся за один период).

Схемные модификации, позволяющие реализовать первый путь, иллюстрируются рис. 6.13 (для простоты УУ не показано). Как видно из рис. 6.13, а, в первом случае счетные импульсы образу­ются путем умножения частоты сигнала в раз. Во втором случае (рис. 6.13, б) частота ГСчИ в раз больше частоты входных сигналов, а точное поддержание этого соотношения обес­печивается с помощью системы АПЧ при использовании сигнала в качестве опорного.

Второй путь также может быть реализован с помощью двух схемных модификаций (рис. 6.14). В первом случае (рис. 6.14, а) для увеличения времени измерения (масштабного преобразования) в схему ЦФ включается дополнительный блок расширения импуль­сов (БРИ), а счетные импульсы образуются с помощью ФУ из сиг­нала . Вторая модификация (рис. 6.14, б) применяется при ис­следовании ФЧХ четырехполюсников.

Интегрирующие цф

По определению в ИЦФ производится измерение среднего значе­ния за время и не зависящее от (поэтому ИЦФ назы­вают еще фазометрами с постоянным временем измерения). Обозначим число фазовых интервалов , попадающих в интервал времени , через . Как видно из рис. 6.10, г, , и счетчик ИЦФ зафиксирует с учетом (6.13) общее число импульсов

(6.15)

Таким образом, результат измерения не зависит от , т. е. устраняется самый существенный недостаток неинтегрирующего ЦФ. Если, кроме того, обеспечить схемным путем выполнение соот­ношения , то мы получаем прямоотсчетный фазометр. Рассмотрим возможные схемные решения ИЦФ.

Рис. 6.15. Структурная схема однополупериодного ИЦФ.

На рис. 6.15 представлена упрощенная структурная схема одно­полупериодного ИЦФ, реализующая алгоритм . На выходе селектора 1 образуются пачки счетных импульсов, причем число импульсов в одной пачке равно . Эти пачки поступают на вход селектора 2, который открыт во время действия стробирующего импульса. Стробирующий импульс формируется в УУ из импульсов ГСчИ, частота следования которых предварительно пони­жается в раз с помощью делителя частоты. Таким образом, , а число пачек счетных импульсов, прошедших на выход селектора 2, равно . В результате счетчик фиксирует число импульсов N, прямо определяющее измеряемое значение . Комбинируя схемы рис. 6.11, б и рис. 6.15, можно получить двухполупериодный ИЦФ с суммирующим счетчиком.

В практике проектирования ИЦФ наряду со схемой рис. 6.15 широкое применение находит схема, реализующая алгоритм . На возможность такой реализации было ука­зано при характеристике самого метода преобразования в и временных диаграмм рис. 6.10. Структурно она реализуется доста­точно просто, если преобразователи рис. 6.11 дополнить фиксаторами , и , по уровню (для минимизации погрешности преобразования ), сумматором и , (для двухполупериодного ИЦФ) и фильтром нижних частот (интегратором), выделяющим постоянную составляющую полученной периодической последовательности нор­мированных по амплитуде прямоугольных импульсов. Это значение измеряется ЦВ постоянного тока, и мы получаем ИЦФ, кото­рый можно рассматривать как комбинацию триггерного фазометра и ЦВ постоянного тока. Потенциально такой ИЦФ менее точен по сравнению с предыдущим (за счет дополнительного преобразования ). Однако практические схемы фазометров имеют анало­гичные характеристики и обеспечивают измерение в диапазоне низких и радиочастот с основной погрешностью не более ±1°. Она

в раз меньше погрешности неинтегрирующих ЦФ (за счет погрешности дискретности). Во столько же раз выше верхняя гра­ница диапазона частот ИЦФ в гомодинном варианте. Основной не­достаток ИЦФ по сравнению с неинтегрирующими ЦФ — пониженное быстродействие, так как для достижения высоких характеристик требуется, как правило, обеспечение .