Новые статьи

Как устроена и работает светодиодная люстра с дистанционным пультом: опыт ремонта своими руками
Как выбрать лампы освещения для дома
Как прозвонить электрическую цепь тестером, мультиметром

Измерение частоты электрического сигнала


Электрические измерения





Измерение частоты электрического сигнала производится двумя методами: непосредственной оценки и методом сравнения.

Для ее измерения методом непосредственной оценки применяют цифровые, конденсаторные и логометрические частотомеры (ЧМ). Для измерений методом сравнения применяют осциллографы, гетеродины и резонансные ЧМ.

Измерение с помощью конденсаторных ЧМ выполняется по схеме приведенной на рис 1. Принцип определения основывается на измерении силы тока на выходе схемы.

”АналоговыйФормирователь импульсов ФИ преобразовывает входной сигнал в серию импульсов, имеющую частоту входного сигнала fx. Переключатель В коммутируется из одного положения в другое, в соответствии с частотой воздействующего на него сигнала.

В одном из положений переключателя В, замыкается схема заряда конденсатора С от источника стабильного напряжения ИСН. Затем переключатель В переходит во второе положение, происходит разряд конденсатора.

В цепи разряда устанавливается амперметр. Количество электричества, полученное конденсатором при заряде и отданное им же амперметру, находится из выражения:

   Q=C(U1-U2);

Если же коммутации переключателя В будут происходить fx раз в секунду, то ток на выходе схемы будет определяться выражением:

   I=C(U1-U2)fx;

Откуда может быть найдена:

   fx=I/[C(U1-U2)].

Если поддерживать параметры схемы С(U1-U2) постоянными, то шкалу амперметра можно проградуировать в единицах измерения частоты.

Достаточно простым и наглядным является способ определения данного параметра с помощью осциллографа. Такой способ измерения пригоден для значений, находящихся в пределах полосы пропускания электронно-лучевых трубок.

”ФигураНаиболее точные результаты получаются при сравнении двух колебаний синусоидальной формы на экране осциллографа. Один из сигналов, например известной величины, подают на горизонтальные отклоняющие пластины осциллографа, второй измеряемый сигнал, соответственно подается на вторую пару, вертикально отклоняющие пластины.

Далее, регулированием частоты известного сигнала добиваются появления на экране фигуры Лиссажу, которые могут иметь самые замысловатые формы.

Кратность частот определяется по количеству пересечений фигурой Лиссажу горизонтальной и вертикальной осей координат. На рисунке фигура пересекает ось ординат 4 раза, а ось абсцисс – 2 раза.

Соответственно соотношение nг/nв=2/4=1/2, это означает, что fг/fв также соотносится как 1/2. При условии, что известный сигнал имеет стандартное значение 50 гц, а измеряемый fx подавался на вертикальные пластины:

   fx=fв=fг*2=100Гц;

Такой метод применяют при кратности частот не более 10, так как при большем соотношении фигура Лиссажу имеет очень много пересечений, и расшифровка диаграммы становится затруднительной.

”ИзмерениеПри большей кратности применяют метод круговой развертки. На вход схемы подается сигнал с известной частотой fo. По средствам реактивных элементов R и C, фазы сигналов на вертикальных и горизонтальных пластинах осциллографа сдвинуты на 90 эл. градусов.

Если сигнал измеряемой частоты fx подать на электрод, управляющий яркостью свечения трубки, на экране осциллографа высветится окружность со светлыми и темными полосами. Количество штрихов будет равно кратности fx/fo=n. Для диаграммы рис 3 эта кратность составляет 6.

Если искомая частота меньше образцовой, то на отклоняющие пластины подают измеряемый сигнал, а модуляцией яркостью управляют образцовым.

Цифровой ЧМ работает по принципу подсчета импульсов N за высокоточное время измерения Ти. Если время Ти равно 1 секунде, то измеряемый параметр находится непосредственно по формуле:

   fx=N/Ти;

Входное устройство ЦЧ представляет собой широкополосный усилитель (10 Гц–3,5 МГц ) предназначенный для согласования ЦЧ с источником сигнала, а также его усиления или ограничения, запускающего формирователь импульсов ФИ.

Блочная схема цифрового частотомера

ФИ служит для преобразования сигналов синусоидальной или любой другой формы в серию импульсов с большой крутизной фронтов, независимо от его вида. Частота серии импульсов соответствует частоте входного сигнала.

Временной селектор выполняет функцию электронного ключа. Он открывается на высокоточное время, получив сигнал от устройства управления. В открытом состоянии он пропускает определенную серию сигналов на электронный счетчик. Цифровой индикатор автоматически выдает результат измерений в именованных единицах.

Устройство управления с помощью генератора меток времени, выдает строб импульс на открытие временного селектора, управляет электронным счетчиком.

Последний служит для подсчета импульсов N, а также преобразования двоично-десятичного кода с весами 8-4-2-1 в десятичный сигнал.

”СхемаГетеродинный способ измерения заключается в сравнении двух частот. Гетеродином называют генератор малой мощности с регулируемой частотой. Измеряемый сигнал fx и сигнал гетеродина fo подают на смеситель. На выходе этого устройства появляется множество сигналов, в том числе и с F=fx–fo.

Сигнал F выделяется из всего потока, усиливается и передается на индикаторное устройство. Индикатором в такой схеме может быть телефон, амперметр или осциллограф. С помощью гетеродина регулируют так, чтобы F было равно 0, либо равно какому-то фиксированному значению. Зная величину F и fo, вычисляют fx.

ЧМ, использующие явление резонанса содержат входное устройство, согласующее источник сигнала с колебательным контуром прибора.

Резонанс настраивается с помощью переменного конденсатора. Такие приборы используют для вычисления частот до 200 МГц.

Резонансный частотомер

Наступление резонанса фиксируют индикатором по наибольшим показаниям, пропорциональным току или напряжению в колебательном контуре. fx непосредственно определяют по шкале калиброванного элемента настройки, или с помощью специальных таблиц.






Электрические измерения