-J Рис. 10.41

грешность измерения частоты определяется погрешностью градуировки шкалы частот гетеродина и его нестабильностью.

Для определения частоты сигнала, если номер гармоники п неизвестен, нужно добиться нулевых биений измеряемой частоты f, при двух соседних значениях основных частот frj и гетеродина. Тогда f, = fin = {2 (n -Hi); n =

= fr2/(frl-fr2)-

Следовательно, f, = fin = frifr2/(lri - lr2)-Элементы колебательного контура гетеродина рассчитывают по формулам, приведенным в §1.1.

Резонансный метод. Во всем диапазоне радиочастот для измерения частоты широко используют резонансные свойства электрических цепей.

Резонансные частотомеры (или волномеры) состоят из колебательной цепи, настраиваемой в резонанс на измеряемую частоту f и индикатора резонанса PV (рис. 10.42).

В резонансном волномере к исследуемому источнику сигналов (например, к контуру генератора) приближают катушку индуктивности колебательного контура волномера или соединяют его через конденсатор небольшой емкости С^.. Контур волномера настраивают в резонанс изменением емкости образцового конденсатора С. Момент резонанса определяют по максимальному показанию электронного вольтметра переменного тока PV с большим входным сопротивлением и малой входной емкостью. При известной индуктивности катушки L частота исследуемого источника сигнала f, = 159 lC, где f МГц; L, мГн; С, пФ.

Прибор обычно снабжают градуировочными

графиками f, = F(C) или таблицами, которые изготавливают при градуировке.

Резонансный волномер диапазона УКВ представлен на рис. 10.43. Индуктивность контура L2 представляет собой кольцо или шлейф из толстого медного провода. Резонансная частота контура определяется размерами кольца и положением ползунка П, а также емкостью конденсатора С1. Диод VD1, ФНЧ (C2C3L3), резистор R1 и микроамперметр магнитоэлектрической системы образуют индикатор резонанса; катушка L1 - виток связи.

Возможны иные конструкции резонансного контура волномера диапазона УКВ. Например, индуктивность контура можно изменять введением в катушку индуктивности диамагнитного сердечника или перестраивать его переменным конденсатором малой емкости при постоянной индуктивности контура.

В диапазоне УКВ для измерения длины волны применяют также двухпроводные и коаксиальные измерительные линии, разомкнутые или короткозамкнутые на одном конце. Энергия сигнала, длина волны которого измеряется, подводится к другому концу линии.

Разомкнутая (или замкнутая) линия характеризуется тем, что в ней устанавливаются стоячие волны напряжений и тока. Расстояние между ближайшими минимумами (или максимумами) напряжения и тока равно полуволне (Х/2) сигнала, подведенного к линии. Места расположения этих минимумов (или максимумов) находят с помощью перемещаемых вдоль линии простейших выпрямительных вольтметров (аналогичных вольтметру, изображенному на рис. 10.43), которые имеют с измерительной линией индук-щщу^ или емкостную связь.

WA Сс г...5

fx I

VB1 Дт L3 1мГн

Метод даскретного счета. Приборы, реализующие этот метод-электронио-счетные частотомеры (ЭСЧ), работают по алгоритму = = ш/Д1 где f,-значение измеряемой частоты, ш-число полных одпслов изменения измеряемого сигнала за калиброванный интервал времени At..

Структурная схема ЭСЧ дана на рис. 10.44, а временные диаграммы, поясняющие работу прибора при измерении частоты периодического непрерывного сигнала, приведены иа рис. 10.45. Измеряемый сигнал 1 подают на вход А. Входное устройство ВУ канала А позволяет изменять уровень измеряемого напряжения. Формирующее устройство ФУ формирует нормированные импульсы 2 при переходе измеряемого напряжения от минуса к плюсу через нуль. Генератор меток времени ГМВ состоит из кварцевого генератора и делителей частоты и предназначен для создания в блоке автоматики БА импульса 3 калиброванной длительности At,.

За время действия импульса 3 через временный селектор ВС проходят на счетчик импульсов СИ ш импульсов. Устройство цифрового отсчета

Вход А

Канал А

гпв

SA1.1

®

®

Канал Б I Вход Б \ - I

УЦО

I

Рис. 10.44

Л

I ..L.SA1.2

т

УЦО представляет результат измерения частоты в виде десятеричного числа.

Абсолютная предельная погрещность измерения частоты при этом

A,= ±(5 f.+ 1/At.),

где 6 -нестабильность частоты кварцевого генератора ГМВ.

При измерении низких частот основной вес в погрещности ЭСЧ имеет погрешность дискретности, равная ±(1/At,) и могущая составлять несколько процентов. Поэтому обычно низкие частоты измеряют ЭСЧ косвенно, через измерение периода сигнала T,:f, = 1Д,. С этой целью переключатель SA1 ставят в положение Т, а измеряемый сигнал подают на Вход Б , и блок автоматики формирует импульс временных ворот длительностью Т,. С ГМВ на ФУ канала А поступает высокочастотный сигнал с периодом At,. Сформированные импульсы с периодом At, поступают на СИ во время действия импульса временных ворот длительностью Т,. Очевидно, что Т, = (ш ± l)At, и при большом числе ш будет найден с высокой точностью, а следовательно, и частота f, будет определена весьма точно.

Помимо измерения частоты и периода ЭСЧ позволяет измерять отношение частот, вести подсчет числа импульсов за калиброванный или произвольный отрезок времени. Электронно-счетный частотомер, снабженный аналого-цифровым преобразователем типа напряжение-частота, позволяет измерять и напряжения.

Осциллографнчеоше методы измерения частоты изложены в § 10.8.

Частотомеры

промышленного изготовления

Основные технические характеристики некоторых частотомеров промышленного изготовления приведены в табл. 10.17.

Гетеродинные индикаторы резонанса

Гетеродинные индикаторы резонанса (ГИР) широко применяются в радиолюбительской практике при налаживании радиоприемных и радиопередающих устройств. Их можно использовать как маломощный источник сигналов, частотомер, индикатор напряженности поля, измеритель емкостей и индуктивностей. Основой ГИР является маломощный генератор радиочастот, объединенный конструктивно с чувствительным вольтметром переменного тока или измерителем тока магнитоэлектрической системы. Иногда ГИР входят в сложные комбинированные измерительные приборы.

Схема транзисторного ГИР на диапазон РЧ 4... 30 МГц представлена на рис. 10.46. Катушка L1 выполнена на каркасе 0 5 мм и содержит 5-1-15 витков, намотанных в один слой проводом ПЭЛ 0,29. Внутрь каркаса введен сердечник М600НН диаметром 2,8 и длиной 12 мм. Конденсатор С2-двухсекционный, секции соединены

Таблица 10.17. Частотомеры

Тип

Диапазон измерений

Погрешность измерения

Чувствительность (напряжение или мощ-ность на входе)

Метод измерения

ЧЗ-7 10 Гц... 500 кГц

43-38 ОД Гц... 50 МГц;

50... 200 МГц

43-41 10 Гц...200 МГц

43-57 ОД Гц... 100 МГц

Ч4-1 0Д25...20 МГЦ

Ч4-9 20 МГЦ...1 ГГц

Ч2-1А 0,8... 12 МГц

Ч2-2 40... 180 МГц

± 2%

+ (2-10* + 1 ед. сч.)

±(5-10- ±(2-10-* ± 400 Гц ±5-10-* ± 0,25% + 0,5%

-t- 1 ед. сч.) + 1 ед. сч.)

0,1...300 В 1 мВ... 10 В

0,1...20 В 0,1... 10 В 1 В 0,05 В 1 мВт 0,8 мВт

Конденсаторный Электронно-счетный

Гетеродинный

Резонансный

ВходА

Рис. 10.46

параллельно. Для расширения диапазона измерений можно изготовить несколько сменных катушек индуктивности.

Наличие колебаний в контуре и их относительную амплитуду определяют простейшим вольтметром переменного тока, в который входят диод VD1, микроамперметр цА и резистор R1. Вольтметр подключен к контуру через конденсатор малой емкости С1. Чувствительность вольтметра регулируется переменным резистором R1.

Измерение собственной частоты колебательного контура. Перед началом измерения замыкают цепь питания транзистора и ГИР переводят в режим непрерывной генерации. Катушка ГИР, жестко укрепленная на его корпусе, индуктивно связана с исследуемым контуром. Изменением емкости конденсатора С2 настраивают контур ГИР на резонансную частоту Грез. Момент резонанса определяют по резкому уменьшению показаний вольтметра, вызванному отсосом знергии из контура ГИР исследуемым контуром. Для повышения точности измерений связь с контуром ГИР должна быть минимально возможной. Частота собственных колебаний исследуемого контура определяется по шкале отсчетного устройства конденсатора С2.

Измерение индуктивности L. Собирают колебательный контур из измеряемой катушки и конденсатора известной емкости Со- Используя ГИР, определяют собственную частоту колебаний этого контура fp . Искомая индуктивность

Ц = 25 300/(Cof? ), где мкГн; Со, пФ; fp , МГц.

Измерение емкости С,. Для измерения необходимо иметь катушки с известной индуктивностью Lq. Измерение проводят аналогично измерению L а емкость вычисляют по формуле С, = 25 300;(Ьо1?.з).

Гетеродинный индикатор резонанса можно использовать как сигнал-генератор при настройке радиоприемников и телевизоров. Для получения AM сигналов на вход А ГИР следует подать небольшое (примерно 0,5 В) напряжение от звукового генератора или низковольтного источника промышленной частоты.

Гетеродинный индикатор резонанса при выключенном коллекторном напряжении применяют также как резонансный волномер или индикатор электромагнитного поля для налаживания радиопередатчиков или его антенно-фидерных цепей.

10.7. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Генераторы звуковых частот

Измерительными генераторами (ИГ) называют устройства, вырабатывающие измерительные электрические сигналы различной частоты, амплитуды и формы. В диапазоне 34 (20 Гц...20 кГц) наибольшее применение находят ИГ синусоидальных сигналов, которые в зависимости от типа задающего генератора подразделяются на LC- и RC-генераторы и генераторы на биениях.

ЬС->4нератор. Он представляет собой самовозбуждающееся устройство с колебательным контуром, состоящим из катушки и конденсатора. Частота собственных колебаний контура f [Гц] отделяется индуктивностью L [мкГн] и емкостью С [мкФ]: f = 159/УьС.

Для получения сигналов 34 необходимо использовать большие индуктивности и емкости, что затрудняет создание малогабаритного генератора, перестраиваемого в диапазоне частот. Поэтому LC-генераторы обычно выполняют на одну или несколько фиксированных частот, которые устанавливаются переключением конденсаторов контура.

Простой задающий LC-генератор звуковой частоты (рис. 10.47). Частота генератора зависит