Размещено на http://www.allbest.ru/

1.Особенности цифрового метода

Цифровой метод еще называют методом дискретного счета. Определение частоты в таких приборах основано на измерении длительности импульса. Число счетных импульсов попавших в данный временной интервал пропорционально частоте (рис. 1)

,

Рис.1

где -- частота счетных импульсов. Если при высокой частоте настроить частоту счетных импульсов так, чтобы , тогда длительность импульса . Выражение (1) примет вид

В данном выражении имеет смысл чувствительности. На низкой частоте данный метод использовать невозможно, так как временной интервал будет очень большим, и тогда считают, что , тогда частота счетных импульсов , и выражение (1) примет вид

Таким образом, при низкой частоте измеряемого сигнала происходит измерение не частоты сигнала, а его периода.

Обычно в цифровом частотомере (электросчетном частотомере) данные способы совмещены. Упрощенная структурная схема данного прибора для измерения высокочастотного сигнала указана на рис. 2.

Рис.

Временной селектор представляет собой логическую схему И, он выдает логическую единицу на счетчик импульсов, когда оба входных сигнала (с формирователя счетных импульсов и формирователя временных интервалов) равны логической единице. Кварцевый генератор генерирует сигнал с частотой порядка 1 МГц с высокой стабильностью; делитель частоты понижает частоту. Для измерения сигнала низкой частоты на схеме необходимо поменять местами формирователь счетных импульсов и формирователь временных интервалов и вместо делителя частоты использовать умножитель частоты (рис. 3).

Верхний диапазон частот, которые можно измерить измерительным прибором данного типа будет определяться максимальной частотой работы счетчика импульсов. Это частота порядка 0,5 ГГц. Рассмотрим два способа увеличения частотного диапазона измерителя:

Рис.3

1. Предварительное деление измеряемой частоты. При частоте более 2 ГГц делитель не работает. Максимальный коэффициент деления делителя 4, при этом частота на выходе делителя составит 0,5 ГГц. Таким образом максимальная измеряемая частота повышается до 2 ГГц. Необходимо отметить, что данный метод увеличения частотного диапазона не приводит к ухудшению точности измерителя.

Рис.4

2. Способ разностной частоты. Этот способ еще называется способом гетеродинирования частоты или преобразования частоты. При данном методе частотомер будет измерять разностную частоту. Его работа описывается схемой изображенной на рис. 4.

Коэффициент умножения может меняться вручную. Сигнал с выхода умножителя частоты подается на смеситель. На выходе смесителя появляются кратные и комбинационные гармоники. Умножитель имеет шкалу для точной настройки коэффициента умножения. Частота определяется выражением

Такой способ позволяет измерять частоты до 10 ГГц.

Скажем несколько слов о погрешности измерений. ОСКО данного измерителя определяется нестабильностью кварцевого генератора погрешностью дискретности, которая определяется количеством разрядов, и обычно выбирается меньше имеющей порядок 10-8

Таким оба описанных способа не приводят к снижению точности изменения частоты.

2.Стандарты частоты

цифровой фаза частота детектирование

Описанные выше способы работают по принципу сравнения. Для этого метода необходимы сигналы высокоточной образцовой частоты. Первичный эталон имеет ОСКО порядка и не исключенную систематическую погрешность порядка . Такая высокая точность достигается использованием комплекса квантовых генераторов, частоты которых периодически сравниваются и усредняются. Квантовые генераторы бывают водородные, рубидиевые и цезиевые.

Стандарты частоты бывают квантовыми и кварцевыми. Стандартными частотами являются частоты 0,1; 1; 5 МГц. Квантовые стандарты имеют ОСКО порядка , кварцевые стандарты порядка . Однако, для достижения такой точности кварцевые генераторы подвергаются тренировки в течение месяца. Все разнообразие частот получается из данных трех частот с помощью синтезаторов частот, которые позволяют складывать, умножать и делить частоты. С помощью этих арифметических операций получается сетка частот, которая передается по служебным каналам для настройки других приборов.

3.Измерение разности фаз

Разность фаз измеряется у 2-ух гармонических сигналов, изменяющихся по законам

Рис.5

4.Осциллографический метод

Осциллографический метод основан на использовании фигур Лиссажу (рис. 5). Для удобства измерения размеры осциллограммы по вертикали и по горизонтали выравниваются.

Нетрудно показать, что

Другим методом определения разности фаз является метод фазового детектирования.

5.Метод фазового детектирования

Основан на векторном сложении и вычитании сигналов и (рис. 6). Длину векторов суммы или разности можно определить используя теорему косинусов

Рис.6

(9)

Для простоты будем считать, что , тогда выражение (9) примет вид

Из (10) следует, что

Упрощенная схема метода детектирования изображена на рис. 7.

Рис.7

На рис. 7 напряжение в верхней части схемы соответствует амплитуде между точками 1 и 2, соответствует амплитуде между точками и 2.

В какой то момент времени напряжения , а , тогда выходное напряжение

Рис.8

Следует помнить, что фазовый детектор имеет на выходе 0 при разности фаз равной (рис. 8).

Размещено на Allbest.ru