9zip.ru Инструкции Измерение частоты

В радиотехнике приходится иметь дело с чрезвычайно широким спектром частот: от долей герц до десятков тысяч мегагерц. Весь этот спектр (непрерывно расширяющийся) разбивается на два диапазона, обладающих различными свойствами: диапазон звуковых частот (часто называемых также низкими частотами) и диапазон радиочастот (часто называемых высокими частотами).

К диапазону звуковых относятся частоты, воспринимаемые человеческим ухом, т. е. лежащие в области приблизительно 30 гц-15 кгц. Частоты ниже 30 гц называются инфразвуковыми. Частоты механических колебаний выше примерно 15 кгц называются ультразвуковыми.

Частоты электрических колебаний выше примерно 10 кгц относятся к радиочастотам.

Измерить звуковые частоты с высокой точностью труднее, чем измерить высокие частоты с той же точностью. Если, например, нужно измерить частоту 100 гц с точностью 10^-6, то ошибка измерения не должна превышать 1/10000 гц. При измерении с той же точностью частоты 10 Мгц ошибка измерения не должна превышать 10 гц. Однако требования в отношении точности измерения звуковых частот ниже, чем в отношении высоких частот.

Основные методы измерения звуковых частот можно разбить на три группы: методы сравнения частот; мостовые методы, метод заряда и разряда конденсатора.

Методы сравнения

Сравнение при помощи биений. Этот метод заключается в том, что колебания с измеряемой частотой fx и с образцовой частотой fо подаются одновременно на телефон. Если, изменяя частоту fо, подвести её очень близко к частоте fx, то между этими колебаниями возникнут биения, легко обнаруживаемые на слух. Пользуясь биениями, можно с большой точностью подогнать частоту f0 к частоте fx.

Пусть, например, частота fx=1000 гц. Если частота f0 отличается от fx на несколько герц, скажем на 5 гц, то в телефоне слышен тон, частота которого практически равна 1000 гц, а интенсивность колебаний изменяется с частотой 5 гц. Последнее проявляется в том, что в телефоне слышен «воющий» тон 1000 гц, причем частота «завываний» этого тона равна 5 гц. Если частота fo станет точно равной fx в телефоне будет слышен ровный тон этой частоты (в нашем примере 1000 гц).

При достаточной стабильности частот fx и fo с помощью описанного метода можно сравнивать эти частоты с точностью до долей герц. Лучшие результаты получаются при использовании визуального индикатора (детектор и магнитоэлектрический микроамперметр), а не телефона.

Если частоты fx и fo фиксированы, то возможна модификация метода, заключающаяся в том, что определяется частота биений между fx и fо. Для определения fx необходимо заранее знать, какая из сравниваемых частот выше.

В качестве источника образцовых звуковых частот можно пользоваться высокостабильным генератором высокой частоты, соединённым с соответствующими делителями частоты, камертонным генератором (т. е. ламповым генератором, частота которого определяется камертоном), осветительной сетью 50 гц, градуированными генераторами звуковых частот с плавным изменением частоты и другими устройствами.

Сравнение при помощи электронно-лучевой трубки. Напряжение измеряемой частоты fy подаётся на одну пару отклоняющих пластин электронно-лучевой трубки На вторую пару пластин подаётся напряжение, частота которого fx=fo известна (например, напряжение от градуированного генератора звуковой частоты).

Если отношение частот подведённых напряжений равно отношению двух целых чисел, на экране получаются неподвижные фигуры Лиссажу. По виду этих фигур можно определить отношение между частотами отклоняющих напряжений на основании следующих соображений.

Под влиянием вертикально отклоняющего напряжения пятно за период этого напряжения один раз подымается вверх и один раз опускается вниз и, следовательно, пересекает ось х (или любую другую горизонталь) дважды за период. При движении же по горизонтали под действием горизонтально отклоняющего напряжения пятно пересекает ось у (или любую другую вертикаль) также дважды за период. Поэтому, если мысленно пересечь полученную фигуру Лиссажу горизонтальной и вертикальной прямыми и сосчитать число пересечений этих прямых с фигурой Лиссажу, то отношение полученных чисел пересечений будет представлять собой отношение частот подведённых колебаний.

Способ сравнения частот с помощью осциллографа характеризуется большой чувствительностью и весьма высокой точностью. Однако, если отношение сравниваемых частот больше примерно 10/1, то точно определить это соотношение по фигурам Лиссажу затруднительно, так как на экране в этом случае получается очень густая и сложная сетка, с которой трудно оперировать. Кроме того, получить фигуры Лиссажу неподвижными можно только при условии, если частоты точно кратны или отношение их точно равно отношению целых чисел. В действительности вследствие нестабильности частот источников колебаний отношение этих частот оказывается близким, но не точно равным отношению двух чисел; поэтому получающаяся на экране фигура непрерывно вращается, проходя последовательно через все возможные фазовые соотношения. Так, например, если отношение сравниваемых частот очень близко к 1/1, то на экране последовательно появляются прямая или эллипс с различным наклоном осей. Разность сравниваемых частот определяют, измеряя с помощью секундомера период повторения фигуры на экране. Это возможно, если разностная частота не превышает 1—2 гц

Начинают счёт с момента, когда фигура принимает, например, вид прямой. В этот момент запускают секундомер. Заканчивают счёт по истечении времени, соответствующего необходимой точности сравнения частот. Разностную частоту fр определяют по формуле.
Сравнение частот по фигурам Лиссажу производят в диапазоне звуковых и относительно низких радиочастот, примерно от 10 гц до 10 Мгц. При этом на радиочастотах используют, как правило, самые простые из фигур Лиссажу.

Для повышения удобочитаемого по фигурам Лиссажу соотношения между частотами можно воспользоваться круговой (или эллиптической) развёрткой. Напряжение образцовой частоты fо подводится к точкам к отклоняющим пластинам со сдвигом по фазе на 90°; на экране получается эллипс, который всегда можно превратить в окружность, регулируя коэффициенты усиления усилителей осциллографа.

Понравилась статья? Леопольд говорит: поделись с друзьями!