Вимірювання частоти

Вимірювання частоти

У радіотехніці доводиться мати справу з надзвичайно широким спектром частот: від часток герц до десятків тисяч мегагерц. Весь цей спектр (безперервно розширюється) розбивається на два діапазони, що володіють різними властивостями: діапазон звукових частот (часто званих також низькими частотами) і діапазон радіочастот (часто званих високими частотами).

До діапазону звукових відносяться частоти, які сприймаються людським вухом, т. Е. Що лежать в області приблизно 30 гц-15 кГц. Частоти нижче 30 гц називаються інфразвуковими. Частоти механічних коливань вище приблизно 15 кГц називаються ультразвуковими.

Частоти електричних коливань вище приблизно 10 кГц відносяться до радіочастот.

Виміряти звукові частоти з високою точністю важче, ніж виміряти високі частоти з тією ж точністю. Якщо, наприклад, потрібно виміряти частоту 100 Гц з точністю 10 ^ -6, то помилка вимірювання не повинна перевищувати 1/10000 гц. При вимірі з тією ж точністю частоти 10 Мгц помилка вимірювання не повинна перевищувати 10 гц. Однак вимоги щодо точності вимірювання звукових частот нижче, ніж по відношенню до високих частот.

Основні методи вимірювання звукових частот можна розбити на три групи: методи порівняння частот; мостові методи, метод заряду і розряду конденсатора.

Якщо частоти fx і fo фіксовані, то можлива модифікація методу, полягає в тому, що визначається частота биття між fx і fо. Для визначення fx необхідно заздалегідь знати, яка з порівнюваних частот вище.

Як джерело зразкових звукових частот можна користуватися високостабільним генератором високої частоти. з'єднаним з відповідними делителями частоти, камертон генератором (т. е. ламповим генератором, частота якого визначається камертоном), освітлювальною мережею 50 гц, градуйованими генераторами звукових частот з плавним зміною частоти і іншими пристроями.

Порівняння за допомогою електронно-променевої трубки. Напруга вимірюваної частоти fy подається на одну пару пластин, що відхиляють електронно-променевої трубки На другу пару пластин подається напруга, частота якого fx = fo відома (наприклад, напруга від градуйованого генератора звукової частоти).

Якщо відношення частот підведених напруг дорівнює відношенню двох цілих чисел, на екрані виходять нерухомі фігури Ліссажу. По виду цих фігур можна визначити відношення між частотами відхиляють напруг на підставі наступних міркувань.

Під впливом вертикально відхиляє напруги пляма за період цієї напруги один раз піднімається вгору і один раз опускається вниз і, отже, перетинає вісь х (або будь-яку іншу горизонталь) двічі за період. При русі ж по горизонталі під дією горизонтально відхиляє напруги пляма перетинає вісь у (або будь-яку іншу вертикаль) також двічі за період. Тому, якщо подумки перетнути отриману фігуру Ліссажу горизонтальною і вертикальною прямими і порахувати кількість перетинів цих прямих з фігурою Ліссажу, то відношення отриманих чисел перетинів буде являти собою відношення частот підведених коливань.

Спосіб порівняння частот за допомогою осцилографа характеризується великою чутливістю і досить високою точністю. Однак, якщо відношення порівнюваних частот більше приблизно 10/1, то точно визначити це співвідношення по фігурам Ліссажу важко, так як на екрані в цьому випадку виходить дуже густа і складна сітка, з якої важко оперувати. Крім того, отримати фігури Ліссажу нерухомими можна тільки за умови, якщо частоти точно кратні або ставлення їх точно дорівнює відношенню цілих чисел. Насправді внаслідок нестабільності частот джерел коливань ставлення цих частот виявляється близьким, але не точно рівним відношенню двох чисел; тому що виходить на екрані фігура безперервно обертається, проходячи послідовно через всі можливі фазові співвідношення. Так, наприклад, якщо відношення порівнюваних частот дуже близько до 1/1, то на екрані послідовно з'являються пряма або еліпс з різним нахилом осей. Різниця порівнюваних частот визначають, вимірюючи за допомогою секундоміра період повторення фігури на екрані. Це можливо, якщо разностная частота не перевищує 1-2 гц

Починають рахунок з моменту, коли фігура приймає, наприклад, вигляд прямої. У цей момент запускають секундомір. Закінчують рахунок після закінчення часу, відповідного необхідної точності порівняння частот. Разностную частоту fр визначають за формулою.
Порівняння частоти за фігурами Ліссажу виробляють в діапазоні звукових і відносно низьких радіочастот, приблизно від 10 гц до 10 Мгц. При цьому на радіочастотах використовують, як правило, найпростіші з фігур Ліссажу.

Для підвищення удобочитаем по фігурам Ліссажу співвідношення між частотами можна скористатися кругової (або еліптичної) розгортку. Напруга зразкової частоти fо підводиться до точок до відхиляючі пластини із зсувом по фазі на 90 °; на екрані виходить еліпс, який завжди можна перетворити в коло, регулюючи коефіцієнти посилення підсилювачів осцилографа.

Схожі статті