Metody měření hlavních parametrů zesilovače. Měření frekvence Průmyslové měření vysokofrekvenčního napětí

Poprvé byly požadavky na audiofrekvenční zesilovače stanoveny německou normou DIN 45500 v polovině 60. let. Poté byla schválena doporučení Mezinárodní elektrotechnické komise IEC 268-3, IEC-581-6. Metody měření a testování prostředků a podmínek pro měření hlavních parametrů zesilovačů jsou stanoveny GOST 23849-90 „Elektronická zařízení pro domácnost. Metody měření elektrických parametrů audiofrekvenčních zesilovačů“, GOST 24388-88 (ST SEV 1079-78) „Zesilovače audiofrekvenčních signálů pro domácnost. Všeobecné technické požadavky“, GOST 36033-91 „Měření zesilovačů stejnosměrného proudu a stejnosměrného napětí. Všeobecné technické požadavky a zkušební metody“, GOST 12090-80 „Frekvence pro akustická měření. Preferované řádky.

Hlavní operace prováděné při měření hlavních parametrů zesilovače jsou následující:

Podle amplitudové charakteristiky určíme dynamický rozsah zesilovače

D = 20 ug U v max / U v min; (1,94)

Pro určení jmenovitého výkonu zesilovače použijeme amplitudovou charakteristiku zesilovače (obrázek 1.94) a schéma zapojení zařízení uvedené na obrázku 1.95. Ohyb amplitudové charakteristiky (bod A) obvykle odpovídá jmenovitému výkonu a také harmonickému činiteli výstupního napětí, který je uveden v technické specifikaci.

R nom. = U 2 palce max. 1000 / R n. (1,95)

kde U in.max.1000 - maximální napětí v proudu a;

R n - zátěžový odpor.

Vodorovnou přímku vedeme na úrovni -3 dB, což odpovídá obecně uznávané toleranci nerovnoměrné frekvenční charakteristiky. A určíme šířku pásma P zesilovače.

4. Definice citlivost zesilovač.

Parametr „citlivost“ je běžně chápán jako napětí nízkofrekvenčního signálu, které musí být přivedeno na vstup zesilovače, aby se získal jmenovitý počáteční výkon při zátěži. Vstupní citlivost je určena při frekvenci 1000 Hz. Ovladač hlasitosti (gain) se pak nastaví do polohy maximální hlasitosti a polohy ostatních ovladačů odpovídající nominálním podmínkám.

5 Definujeme limity ovládání hlasitosti měřeno za výše uvedených podmínek. Nejprve změřte napětí na výstupu zesilovače. Pozice jezdce ovládání hlasitosti se mění v rámci plynulého nastavení, dokud se napětí na vstupu zesilovače náhle nezmění. Poté se opět změří výstupní napětí.

Výsledky měření jsou určeny hodnotou limitu regulace objemu D g, vypočítanou v decibelech vzorcem

D g \u003d 20 lq (U out max / U out min), (1,96)

kde U out max je napětí na výstupu zesilovače, když je ovladač hlasitosti v poloze maximální hlasitosti;

U out min - napětí na výstupu zesilovače, když je ovladač hlasitosti v poloze minimální hlasitosti.

6. Definujeme limity ovládání tónu- pro nízké a vysoké frekvence. Limity ovládání tónu (viz obr. 1.95) jsou určeny při frekvencích uvedených v technických specifikacích při vstupním napětí, jehož hodnota se rovná 0,3 jmenovité hodnoty napětí.

Frekvenční charakteristiky se v takových zesilovačích odebírají nejméně třikrát. Nejprve jsou oba ovladače tónu nastaveny do poloh, které odpovídají největšímu blokování extrémně nízkých a vysokých frekvencí. Výsledná charakteristika může mít podobu křivky, naznačené na obrázku 1.97, číslem 1. Poté se knoflík obou ovladačů tónů vrátí do druhé krajní polohy, která odpovídá maximálním nízkým a vysokým frekvencím a měření se provede při vstupním napětí, které je desetkrát (o 20 dB) menší než jmenovité. Tato charakteristika může mít podobu křivky 2 na obrázku 1.97. Poté se knoflíky obou regulátorů nastaví do střední polohy a provede se třetí měření. Pokud je získána charakteristika nebo odpovídá křivce 3, je toto měření dokončeno. Pokud se výrazně liší od této křivky, pak se vzorkováním najdou takové polohy knoflíků regulátorů, u kterých charakteristika vyjde nejpříměji, a na knoflíkech regulátorů se provedou příslušné odhady.

Obrázek 1.97 - Frekvenční odezva zabarvení

Z grafu na obrázku 1.97 je vidět, že u zesilovače s takovými charakteristikami je limit řízení tónu při nízkých frekvencích f n \u003d 70 Hz a při nejvyšší hodnotě f v \u003d 7500 kHz. Ovládání tónu se provádí v rozmezí +5 dB až -10 dB.

Hodnota mezí regulace zabarvení (vzestup a pokles) D při frekvencích F n a F b je určena v decibelech vzorcem

Dt \u003d 20 lq (U out / U 1000), (1,97)

kde U out je výstupní napětí, v tomto pořadí, na frekvencích Fh a Fb v daných polohách ovladačů tónu (nárůst a pokles); U 1000 - výstupní napětí při frekvenci 1000 Hz, při P out \u003d P nom.

7. Harmonický koeficient měřeno pomocí speciálních přístrojů - nelineárních měřičů zkreslení nebo spektrálních analyzátorů (obrázek 1.95) Měření se provádějí při frekvencích specifikovaných ve specifikacích. Na stupnici měřiče harmonického zkreslení můžete přímo určit harmonické zkreslení.

8. Při určování faktor intermodulačního zkreslení je nutné použít dva měřicí generátory pro nastavení frekvencí, při kterých se měření provádí. V závislosti na frekvenčním rozsahu zesilovače jsou hodnoty těchto frekvencí uvedeny v regulační a technické dokumentaci. Například pro nízkofrekvenční zesilovače s rozsahem 40 Hz ... 16 kHz v souladu s GOST 23849-87 jsou tyto frekvence 250 Hz a 8 kHz.

Měřicí obvod (obrázek 1.98) se skládá z generátorů, harmonické sčítačky, spektrálního analyzátoru a testovaného zesilovače.

Obrázek 1. 98 - Schéma zapojení zařízení pro měření intermodulačního zkreslení

Na výstupu prvního generátoru je nastaveno napětí, jehož hodnota je rovna 0,8 jmenovité hodnoty napětí; a na výstupu druhého - 0,2 U nom. Pomocí regulátoru hlasitosti v zátěži se výkon nastaví rovný jmenovitému. Spektrální analyzátor měří výstupní napětí při následujících kombinacích frekvencí: (F 2 +F 1), (F 2 - F l), (F 2 +2F 1), (F 2 -2F1) ....

Výsledkem měření je hodnota koeficientu intermodulačního zkreslení vypočtená podle vzorce

Kg \u003d V 2 + 2 / U F 2 100,%. (1,98)

Výše uvedený postup provádění jednotlivých operací doporučuje GOST 23849-87 "Elektronické zařízení pro domácnost, metody měření elektrických parametrů zesilovačů audio frekvence".

Účelem kalibrace měřicích zesilovačů je zjištění jejich vhodnosti v souladu s danými metrologickými charakteristikami. Kalibrace měřicích přístrojů včetně měřicích zesilovačů se provádí na základě platné regulační a technické dokumentace, státního etalonu Ukrajiny. Základní dokumenty v otázkách kalibrace a zkoušení měřicích zesilovačů jsou DSTU 3989-2000.Metrologie. Kalibrace vimiruval zařízení. Základní ustanovení, organizace, pořadí provádění a evidence výsledků. Kalibraci pravidelně provádějí státní nebo resortní metrologické služby. DSTU 2708:2006. Metrologie. Ověření vimiruvalové techniky. Organizace a postup. DSTU 3406:2006. Metrologie. Suveréni v testování techniky vimiruvalnoy. Základní ustanovení, organizace, postup při provádění a kontrole výsledků.

Než přistoupíte ke kalibraci, je nutné se seznámit s technickou dokumentací k tomuto zesilovači a způsobem jeho kalibrace. Poté se vyberou vzorové a pomocné měřicí přístroje a rozhodne se o shodě vstupních a výstupních parametrů těchto přístrojů a testovaného zesilovače. Kalibrace se provádí pomocí přesnějších vzorových měřicích přístrojů. Minimální přípustný poměr chyb vzorového a ověřeného prostředku je 1:3. Při výběru vzorového měřidla se přihlíží nejen k jeho přesnosti obecně, ale posuzuje se i míra spolehlivosti stanovení chyb vzorového a kalibrovaného měřidla. Voltmetry, atenuátory, měřiče nelineárního zkreslení, spektrální analyzátory, měřiče frekvenčních a přechodových charakteristik, měřicí generátory se používají jako měřicí přístroje při kalibraci měřicích zesilovačů. Kromě toho se pro kalibraci zesilovačů vyrábí instalace typu K2-41, používaná ve frekvenčním rozsahu 20 Hz ... 200 kHz, která umožňuje nastavit poměr napětí od 10 do 10 6 s relativním chyba měření 0,3 %.

Kalibrace zesilovačů se skládá z vnější kontroly, testování (kontroly provozuschopnosti), stanovení metrologických charakteristik a parametrů. Hlavní operace pro stanovení metrologických charakteristik a parametrů jsou následující: chyby zesílení na frekvenci F(jeho hodnota je uvedena ve standardním nebo technickém popisu zařízení; pro nízkofrekvenční zesilovače - 1 kHz); nerovnoměrná frekvenční odezva vzhledem k frekvenci F; koeficient harmonických výstupního napětí; šumové napětí zesilovače připojeného na vstup. Chyba nastavení zesílení je určena substituční metodou pomocí příkladného atenuátoru nebo instalace K2-41 přímým čtením chyby na stupnici indikátoru. Postup provádění dalších operací je podobný metodám elektrických měření diskutovaných výše při testování zesilovačů.

V popisech nízkofrekvenčních zesilovačů publikovaných v časopise Radio a další radiotechnické literatuře je zvykem uvádět jejich jmenovitý výkon, koeficient nelineárního zkreslení, citlivost a frekvenční charakteristiku. Již podle těchto čtyř hlavních parametrů lze posoudit kvalitu zesilovače a jeho vhodnost pro určité účely.

Jaké jsou tyto parametry LF zesilovače? S dalším zvýšením výkonu se zkreslení výrazně zvyšuje. Výkon, při kterém zkreslení dosáhne 10 %, se považuje za maximální (P max).

Nelineární zkreslení. V procesu zesilování jakéhokoli, i čistě sinusového signálu se v důsledku nelinearity charakteristik tranzistorů, elektronek, transformátorů a řady dalších prvků zařízení objevují v zesíleném signálu harmonické - kmity, jejichž frekvence jsou 2, 3 nebo vícekrát vyšší než základní frekvence. Jedná se o nelineární nebo harmonické zkreslení, které se zvyšuje s rostoucím výkonem dodávaným zesilovačem do zátěže. Jsou hodnoceny faktorem harmonického zkreslení.

Koeficient harmonického zkreslení (K g), měřený se sinusovým vstupním signálem konstantní frekvence, je vyjádřen jako procento celkového napětí všech harmonických U g k výstupnímu napětí U out

Přípustné Kg je stanoveno příslušnými normami (GOST). Například pro zesilovače nízkofrekvenčních rozhlasových přijímačů, rádia, magnetofonu, elektrofonů to může být 5-7%, pro domácí magnetofony - 5%. Čím vyšší je třída rádiového zařízení, tím méně by mělo být jeho kg.

Citlivost. Pod pojmem citlivost se běžně rozumí napětí nízkofrekvenčního signálu v milivoltech, které musí být přivedeno na vstup zesilovače, aby se získal jmenovitý výstupní výkon při zátěži. Citlivost většiny zesilovačů pro přehrávání nahrávek je 100-200 mV a citlivost nahrávacích zesilovačů domácích magnetofonů, měřená z mikrofonního vstupu, je 1-2 mV.

Frekvenční charakteristika zesilovače je závislost napětí výstupního signálu na frekvenci při konstantním vstupním napětí Uin. Z řady důvodů zesilují nízkofrekvenční zesilovače signály různých frekvencí nerovnoměrně. Obvykle jsou nejhůře zesíleny nejnižší (f n) a nejvyšší (f c), takže frekvenční charakteristiky zesilovačů jsou nerovnoměrné a mají na okrajích recese nebo blokády. Krajní frekvence, při kterých dochází k poklesu zesílení o 30 % (-ZdB), jsou považovány za hranice zesíleného frekvenčního pásma, jsou uvedeny v pasových údajích zesilovače. Frekvenční odezva nebo pásmo zesílených frekvencí zesilovačů nízkofrekvenčních síťových rádiových přijímačů může být od 100 do 10 000 Hz a zesilovačů malých tranzistorových přijímačů - od 200 do 3500 Hz. Čím vyšší třída zesilovače, tím širší pásmo zesílených frekvencí.

Kromě těchto parametrů existují ještě některé další, ale ty jsou vedlejší nebo vyplývající z těch hlavních.

Radioamatér ale zesilovač namontoval, vyzkoušel a seřídil. Jak změřit jeho hlavní parametry, abychom je mohli porovnat s danými?

Měření parametrů nízkofrekvenčních zesilovačů se obvykle provádí pomocí speciálních vysoce přesných měřicích zařízení. V amatérských podmínkách to však lze provést pomocí jednoduchých měřicích přístrojů, například popsaných v našem časopise v letech 1971 a 1972. pod hlavičkou Radioamatérská laboratoř. Pro samostatné napájení těchto zařízení budete potřebovat nízkofrekvenční generátor, střídavý tranzistorový milivoltmetr a usměrňovače. Testovaný zesilovač má většinou vlastní zdroj. Dále potřebujete zátěžový ekvivalent R e - drátový rezistor, jehož odpor se rovná odporu kmitací cívky použitého reproduktoru v zesilovači, nebo speciální zařízení popsané v článku Univerzální zátěžový ekvivalent, publikovaném v Rádiu č. 12 pro rok 1973.

V sestavě přístrojů Radioamatérské laboratoře není nelineární měřič zkreslení (INI), proto bude nutné měření tohoto parametru zesilovače provádět zjednodušenou metodou, navíc pomocí libovolného nízkofrekvenčního elektronického osciloskopu, například LO-70. V tomto případě měření začíná odstraněním amplitudové charakteristiky zesilovače - závislosti výstupního napětí U ven ze zesíleného signálu na vstupním napětí U in, měřeno při frekvenci 1000 Hz (1 kHz) s a. konstantní zatížení R n \u003d R e.

Přistoupíme tedy k odstranění amplitudových charakteristik zesilovače. Schéma zapojení měřicích přístrojů s testovaným zesilovačem je na Obr. la (napájecí obvody nejsou znázorněny). Na vstup LF (ULF) zesilovače je stíněným dvouvodičovým kabelem přiveden signál o frekvenci 1000 Hz z výstupu generátoru LF (LF). Kabelový oplet a jedno jeho jádro uzemníme na vstupu zesilovače. Milivoltmetr připojíme do zásuvek Ovládání výstupu generátoru. Plynule zvyšujeme amplitudu signálu generátoru na napětí 0,3 V. V tomto případě bude skutečné napětí signálu na vstupu zesilovače 30 mV, protože je odstraněno z atenuátoru generátoru, který zeslabuje signál 10krát (1: 10). Po změření vstupního napětí U in přepneme milivoltmetr na mez měření 10 V a změříme výstupní napětí U out při ekvivalentní zátěži R e (obr. 1, b). Předpokládejme, že napětí U out je 1,2 V. Sestavíme tabulku (tabulka 1) a zapíšeme do ní výsledky měření: U in \u003d 30 mV, U out \u003d 1,2 V. Dále zvýšíme vstupní napětí v krocích po 10 mV a zapište výsledky měření do tabulky. A tak dále, dokud není porušena úměrnost nárůstu výstupního napětí U out. V tomto případě by mělo být na obrazovce osciloskopu pozorováno znatelné odříznutí vrcholů sinusoidy (obr. 1, c). K ořezávání dochází v důsledku symetrického omezení amplitudy výstupního signálu a je doprovázeno zvýšením zkreslení až o cca 10 %. To znamená, že zesilovač dosáhl svého maximálního výkonu (P max). Potom mírně snížíme U in, dokud nezmizí zkreslení sinusoidy (viz obr. 1, b) a uvážíme, že nyní zesilovač vydává jmenovitý výkon P nom. Výstupní napětí odpovídající R max a R nom, například 4,1 a 3,6 V, jsou v tabulce zvýrazněna.

Nyní pomocí dat v tabulce. 1 sestrojíme amplitudovou charakteristiku zesilovače (obr. 2). Za tímto účelem na vodorovné ose vpravo od nuly označíme vstupní napětí U in v milivoltech a podél svislé osy nahoru - výstupní napětí U out ve voltech. Všechny naměřené hodnoty Uout označíme na grafu křížky a protáhneme jimi hladkou čáru. Tato čára je přímá až k bodu a a poté se znatelně odchyluje směrem dolů, což indikuje narušení přímé závislosti U out / U in a prudký nárůst zkreslení.

Když znáte napětí U out a odpor ekvivalentní zátěže R e, můžete vypočítat výstupní výkon P out zesilovače pro různá napětí U out.

Výstupní výkon P out se vypočítá podle vzorce následujícího z Ohmova zákona:

Například při P n = 6,5 Ohm a Uout = 1,0 V

při U out odpovídající 1,8 V, Pout ≈ 0,5 W atd. Na Obr. Na obr. 2 je nakreslena druhá svislá osa rovnoběžná s osou Uout, na které jsou vyznačeny vypočtené výstupní výkony Pout.

Inflexe amplitudové charakteristiky obvykle odpovídá jmenovitému výkonu Rnom zesilovače, v našem příkladu 2 W (maximální výkon P max ≈ 2,5 W). Pokud není inflexe charakteristiky jasně vyjádřena, zpřesňuje se pomocí osciloskopu opakovaným měřením. Potom vyjmou aritmetický průměr U, při kterém se zkreslení sinusoidy na obrazovce osciloskopu stane okem nerozeznatelné.

Číselnou hodnotu činitele harmonického zkreslení Kg lze měřit pomocí trap filtru naladěného na základní frekvenci 1 kHz. Filtr je zapojen mezi výstup nízkofrekvenčního zesilovače a milivoltmetr (obr. 3). Nejprve se změří U out v první poloze přepínače B. Předpokládejme, že je to 3,6 V (3600 mV). Poté nastavením přepínače do druhé polohy pro zapnutí filtru změřte harmonické napětí U g. Řekněme, že je 72 mV. Poté se harmonický koeficient vypočítá podle výše uvedeného vzorce:

Nyní pomocí amplitudové charakteristiky určíme citlivost zesilovače. Protože U in na P nom je 90 mV, je tedy nominální citlivost zesilovače také 90 mV,

Schéma připojení zařízení se zesilovačem pro měření frekvenční charakteristiky zůstává stejné (viz obr. 1). Původní frekvence vstupního signálu je stejná - 1000 Hz. Knoflíkem Generátor amplitudy nastavíme napětí U na rovných 20 mV, které později udržujeme konstantní na všech frekvencích (toto napětí, které je téměř pětkrát menší než jmenovitá citlivost zesilovače, bylo zvoleno z důvodu pohodlí při odečítání výsledky měření na stupnici číselníku avometru). Poté přepnutím voltmetru na výstup zesilovače změříme napětí při ekvivalentní zátěži R e. Výsledky měření jsou zaznamenány v tabulce. 2 ve dvou řádcích: v prvním - frekvence f vstupního signálu, ve druhém - výstupní napětí U out. Do záhlaví tabulky zapíšeme název zesilovače, odpor ekvivalentní zátěže R e, vstupní napětí U in, při kterém měříme (v tomto příkladu 20 mV).

Po zaznamenání výsledků měření při frekvenci 1000 Hz přepneme NF generátor na frekvenci startujeme, je rovna 72 mV. Poté se harmonický koeficient vypočítá podle výše uvedeného vzorce:

Nyní pomocí amplitudové charakteristiky určíme citlivost zesilovače. Protože U in na P nom je 90 mV, je tedy nominální citlivost zesilovače také 90 mV.

Frekvenční odezva zesilovače je měřena při výstupním výkonu výrazně nižším, než je nominální, což eliminuje případné přetížení zesilovače. Frekvenční charakteristiky například průmyslových zesilovačů přijímače se měří při výstupním výkonu 50 a dokonce 5 mW.

Pokud je zesilovač relativně jednoduchý a nemá žádné tónové ovladače, pak je ovladač hlasitosti nastaven na maximum a jeho poloha se během frekvenční charakteristiky nemění. V přítomnosti tence kompenzovaného regulátoru hlasitosti se frekvenční odezva odebírá na maximu, minimu a několika, na žádost konstruktéra, mezipolohách regulátoru hlasitosti.

Po zaznamenání výsledků měření při frekvenci 1000 Hz přepneme LF generátor na frekvenci 500 Hz. Vstupní napětí 20 mV zkontrolujeme voltmetrem, poté co nejpřesněji změříme výstupní napětí zesilovače při ekvivalentní zátěži R e. Dále stejným způsobem provádíme měření na frekvencích 250, 150, 100, 75, 50 Hz a výsledky měření zaznamenáváme do tabulky (amatérské zesilovače na frekvenci 25 Hz většinou nekontrolují). Poté provedeme opakované kontrolní měření na frekvenci 1000 Hz pro kontrolu stability zesilovače a měřicích přístrojů.

Poté se provádějí měření na vyšších frekvencích. Po řídící frekvenci 1000 Hz přivedeme na vstup zesilovače signály o frekvencích 2,5; 5; 7,5; 10; 15 kHz (měření na frekvenci 20 kHz se provádí pouze při testování zesilovačů nejvyšší třídy). Výsledky měření zapíšeme do tabulky a z nich vypočítáme poměry výstupních napětí Uin k napětí řídicí frekvence U1000. Výsledné poměry se zaznamenají do příslušného řádku tabulky.

Například. Při frekvencích 50 Hz a 15 kHz je výstupní napětí Uout = 300 mV. Proto ten vztah

Při frekvencích 100 Hz a 10 kHz máme poměry

Nyní, když máme všechna předběžná data, přistoupíme k vykreslení frekvenční charakteristiky zesilovače (obr. 4). Obvykle se pro tento účel používá speciální logaritmický papír (sluchové vnímání zvuků různých frekvencí a hlasitosti se řídí logaritmickým zákonem). K vytvoření frekvenční odezvy však můžete použít jakýkoli kostkovaný papír nebo milimetrový papír. Je označen tak, jak je znázorněno na Obr. 4. Nejprve vykreslete hodnoty frekvence podél vodorovné osy y. Na Obr. 4, horní řada čísel odpovídá pevným frekvencím LF generátoru Radioamatérské laboratoře. Spodní řada čísel, barevně zvýrazněná, odpovídá frekvencím doporučeným společností GOST pro charakterizaci pomocí průmyslového měřicího zařízení.

Poté podél svislé osy, po předchozím vytvoření 8-10 rovnoměrně rozmístěných značek, poměry Uf/U 1000 v decibelech. Protože námi naměřený pokles nebo zablokování frekvenční odezvy nepřesahuje 6 dB, nakreslíme nulovou čáru na úrovni 6. značky a vlevo dáme čísla 0, -1, -2 ... -6 dB. . Nakreslíme také čáru řídicí frekvence 1000 Hz. Dále pomocí dat v tabulce. 2 důsledně vkládáme značky na měřicí frekvence od 50 Hz do 15 kHz. Vzhledem k tomu, že charakteristika má na okrajích recesi, dáváme značky v decibelech dolů od nulové čáry. Například na frekvenci 50 Hz došlo k poklesu o 6 dB, proto jsme nastavili značku na úrovni - 6 dB. Pro kmitočet 75 Hz umístíme značku na úrovni - 3 dB atd. Hladká čára vedená těmito značkami bude frekvenční charakteristika. Horizontální čára při -3 dB, která odpovídá obecně uznávané toleranci plochosti frekvenční charakteristiky, protíná tuto charakteristiku při frekvencích 75 Hz a přibližně 12 kHz. Šířka pásma, která má být zesílena, neboli šířka pásma testovaného zesilovače je tedy 75-12 000 Hz se zvlněním 3 dB.

Kvalitní basové zesilovače mají kromě ovladačů hlasitosti obvykle dva samostatné ovladače tónů – pro nízké a vysoké frekvence. Frekvenční charakteristiky takových zesilovačů se berou nejméně třikrát. Nejprve jsou oba ovladače tónu nastaveny do poloh odpovídajících největšímu blokování extrémně nízkých a vysokých frekvencí. Výsledná charakteristika může mít tvar křivky naznačené na Obr. 5 s číslem 1. Poté se ovladače obou tónových ovladačů otočí do druhé krajní polohy, odpovídající maximálnímu vzestupu v nižších a vyšších frekvencích, a provedou se měření při vstupním napětí, které je desetkrát (20 dB) menší. než ten nominální. Tato charakteristika může mít podobu křivky 2 (obr. 5).

Poté se rukojeti obou regulátorů nastaví do středních poloh a provede se třetí měření. Pokud získaná charakteristika odpovídá křivce 3 nebo se jí blíží, pak jsou měření dokončena. Pokud se výrazně liší od této křivky, pak se vzorkováním najdou takové polohy knoflíků regulátorů, při kterých se charakteristika získá jako nejpřímější, a na knoflíky regulátorů se udělají příslušné značky.

Z grafu na Obr. je jasně vidět, že pro basový zesilovač s takovými charakteristikami je limit ovládání tónu při nejnižší frekvenci 63 Hz (podle GOST) +6 a -6 dB a při nejvyšší, rovné 12 kHz, od + 5 až -10 dB.

Před kontrolou reproduktorů, reproduktorů nebo sluchátek se ujistěte, že váš zesilovač (buď stacionární, nebo vestavěný do aktivních reproduktorů nebo zvuková karta počítače) má dostatečně dobré technické vlastnosti (parametry). Tito. jak je rovný a široký frekvenční odezva, může dát všechny frekvence se stejnou úrovní, bez blokace na nízkých frekvencích (což je často chyba nekvalitních zesilovačů).

Zároveň můžete určit, zda se vyvíjí výrobcem deklarované maximální výkon(Pmax) a co výstupní impedance(Rout) má.

Technika kontroly amplitudově-frekvenční charakteristiky

Pro měření amplitudově-frekvenční charakteristiky ( frekvenční odezva) do jednoho z kanálů (levý nebo pravý) místo sloupce jako zátěž zesilovače připojte vodiče s odporem 5-10 ohmů. Paralelně s rezistorem připojte střídavý voltmetr (digitální je v tomto případě pohodlnější než ukazatel) a po odeslání signálu z počítače generátor zvukové frekvence(22Kb.) Při frekvenci 1000 hertzů nastavte pomocí ovladače hlasitosti výstupní napětí, například 1 volt (1000 milivoltů), poté, aniž byste změnili úroveň signálu, snižte frekvenci generátoru (v rozsahu 1000-100 hertzů s tlačítkem "-100", v rozsahu 100-20 hertzů tlačítko "-10") od 1000Hz. a až 20 Hz. včetně (současně musí být ovladače tónu na zesilovači ve střední poloze nebo vypnuté, t.j. jeho frekvenční charakteristika musí být přímočará (horizontální).

Napětí na výstupu zesilovače se NESMÍ změnit více než ±2 decibely (nebo 1,25krát), ale čím menší, tím lépe (v našem případě by se mělo pohybovat mezi 0,8-1,25 volty, neboli 800 -1250 milivolty). V ideálním případě jsou všechny frekvence na výstupu na stejné úrovni.

No, pokud je pokles napětí na nízkých frekvencích 2 nebo vícekrát, což odpovídá 6 decibelům nebo více (tj. napětí klesne na 0,5 voltu nebo méně), pak vaše reproduktory nikdy nebudou moci znít v celé své kráse. Navíc s nelineární odezvou zesilovače nebudete schopni přesně určit rezonanční frekvenci reproduktorů. Příklad takové nelineární frekvenční odezvy je znázorněn na obrázku vlevo (viz modrá křivka).

Druhý kanál zesilovače se kontroluje stejným způsobem. V případě výrazného poklesu signálu na nízkých frekvencích je vhodné vyměnit zesilovač za lepší.

Měření výstupní impedance zesilovače

Faktor útlumu a intermodulační zkreslení závisí na hodnotě výstupní impedance a také přímo ovlivňuje celkový faktor kvality systému. Výstupní impedance koncového zesilovače by se měla pohybovat v rozmezí 1/10-1/1000 zatěžovacího odporu a u moderních zesilovačů má hodnotu řádově 0,01-0,1 Ohm.

Chcete-li jej změřit jako zátěž zesilovače, připojte vodiče s odporem 4 nebo 8 ohmů příslušného výkonu. Paralelně k výstupu zesilovače připojte střídavý voltmetr (digitální je v tomto případě pohodlnější než ukazatel) a po přivedení signálu z počítače generátor zvukové frekvence(22Kb.) Při frekvenci 1000 hertzů nastavte pomocí ovladače hlasitosti výstupní napětí v rozsahu od 1 do 5 voltů.

Nejprve je potřeba změřit výstupní napětí zesilovače v klidovém stavu (bez zátěže). Poté udělejte totéž tak, že jej nahrajete na rezistor. Všechny veličiny včetně Rload musí být měřeny co nejpřesněji. Výstupní impedance se vypočítá podle vzorce
Rout=[(Uхх/Uload)-1]×Rload nebo
Rout=[(Uхх-Uload)/Uload]×Rload. příklad: [(5-4,9)/4,9]×8=0,163 ohmu.

Je tedy možné určit výstupní impedanci jak na druhém kanálu, tak na libovolné frekvenci.

Měření maximálního výkonu

Někteří uživatelé chtějí vědět, jaký výkon jejich zesilovače skutečně dodávají do zátěže, a nedůvěřují vlastnostem deklarovaným výrobci. Dá se to udělat, ale budete potřebovat:

výkonný zátěžový odpor
generátor zvukové frekvence
Voltmetr střídavého napětí
osciloskop.

Nejtěžší je koupit nebo vyrobit výkonný zatěžovací odpor sami a najít osciloskop. V extrémních případech lze jako osciloskop použít počítač nebo notebook s programem "Virtual Oscilloscope" od (objem 0,3 Mb.). Podrobný popis jeho činnosti a schéma adaptéru (dělič napětí pro přizpůsobení vstupu zvukové karty počítače se zkoumaným zdrojem napětí) jsou k dispozici v nápovědě programu. Rezistor může být vyroben ze staré železné cívky, elektrického sporáku nebo ohřívače ventilátoru.

V jednom z kanálů (levý nebo pravý) místo reproduktoru připojte vodiče jako zátěž zesilovače s odporem odpovídajícím vypočtenému zatěžovacímu odporu vašeho zesilovače. Je uveden v návodu k zařízení a je obvykle 8 nebo 4 ohmy. Výkon rezistoru musí být dostatečný, aby během provozu nevyhořel, tzn. ne menší než očekávaný výstupní výkon zesilovače (pokud je zesilovač deklarován pro 100 wattů na kanál, výkon odporu musí být 100 wattů nebo více).

Paralelně s rezistorem připojte střídavý voltmetr (nejlépe ručičkový, ukazuje efektivní hodnotu napětí), osciloskop a po vyslání signálu z počítače generátor zvukové frekvence( 22Kb.) Při frekvenci 1000 hertzů nastavte pomocí ovladače hlasitosti výstupní napětí, například 1 volt (1000 milivoltů). Pozorujte průběh na osciloskopu a poté beze změny frekvence zvyšte amplitudu signálu.

Sinusoida se zvětší výška, aniž by došlo ke zkreslení jeho tvaru, ale v určitém okamžiku se zaklapne, bude se zdát, že se opírá o „strop a podlahu“, namísto zaoblení se jeho horní a / nebo spodní části stanou vodorovnými, jako na obrázku na správně, tzn. amplituda signálu bude omezena. Snižte amplitudu tak, aby byl signál na hranici oříznutí (stále si zachovává zaoblený tvar). Napětí zobrazené v tuto chvíli na voltmetru je Umax. Pomocí vzorce P=U²/R vypočítejte maximální výkon zesilovače.

Například Umax=21v. R=4om. Pmax=21²/4=110W. Pokud R \u003d 8 ohmů, pak Pmax \u003d 55 wattů.

Stejným způsobem můžete zkontrolovat maximální výstupní výkon při nižší frekvenční odezvě zesilovače (20 Hz), nebo při nižší frekvenci frekvenčního rozsahu určeného pro vaše reproduktory, například 40, 45 nebo 50 Hz. Omezení amplitudy sinusoidy by v ideálním případě mělo probíhat přísně symetricky, na obou půlvlnách signálu.

Podobně změřte výkon ve druhém kanálu zesilovače.

Jako

JÍT VEN k obsahu

Nejdůležitější charakteristikou periodických procesů je frekvence, která je určena počtem úplných cyklů (period) kmitů za jednotku časového intervalu. Potřeba pro měření frekvence se vyskytuje v mnoha oblastech vědy a techniky a zvláště často v radioelektronice, která pokrývá širokou škálu elektrických oscilací od infra-nízkých po ultravysoké frekvence včetně.

K měření frekvence napájecích zdrojů elektrických rádiových zařízení se používají elektromagnetické, elektro- a ferodynamické měřiče frekvence s přímým hodnocením na stupnici poměrového měřiče a také ladičkové frekvenční měřiče. Tyto přístroje mají úzké meze měření, typicky v rozmezí +-10 % jedné ze jmenovitých frekvencí 25, 50, 60, 100, 150, 200, 300, 400, 430, 500, 800, 1000, 1500 a 2400 Hz a pracovat při jmenovitém napětí 36, 110, 115, 127, 220 nebo 380 V.

Velmi nízké frekvence (méně než 5 Hz) lze přibližně určit spočítáním počtu úplných period oscilací v pevně stanoveném časovém úseku, například pomocí magnetoelektrického zařízení zahrnutého ve zkoumaném obvodu a stopek; požadovaná frekvence je rovna průměrnému počtu period kmitání jehly přístroje za 1 s. Nízké frekvence mohou být měřeny pomocí voltmetrové metody, můstkové metody, stejně jako metod pro porovnávání s referenční frekvencí pomocí akustických úderů nebo osciloskopu s elektronovým paprskem. V širokém rozsahu nízkých a vysokých frekvencí pracují frekvenční čítače založené na metodách nabíjení-vybíjení kondenzátoru a diskrétního počítání. K měření vysokých a ultravysokých frekvencí (od 50 kHz a výše) se používají frekvenční měřiče založené na rezonanční a heterodynní metodě. Na mikrovlnných frekvencích (od 100 MHz a výše) je široce používána metoda přímého odhadu vlnové délky elektromagnetických kmitů pomocí měřicích čar.

Pokud mají studované kmity jiný než sinusový tvar, pak se zpravidla měří frekvence základní harmonické těchto kmitů. Pokud je nutné analyzovat frekvenční složení komplexní oscilace, pak se používají speciální zařízení - analyzátory frekvenčního spektra.

Moderní měřicí zařízení umožňuje měření vysokých frekvencí s relativní chybou až 10 -11 ; to znamená, že frekvence asi 10 MHz může být určena s chybou ne větší než 0,0001 Hz. Jako zdroje vysoce stabilních vzorových frekvencí se používají křemenné, molekulární a atomové generátory a v oblasti nízkých frekvencí se používají generátory ladičky. Metody stabilizace kmitočtu používané u vysílacích stanic umožňují udržovat kmitočet s relativní chybou nejvýše 10-6, takže jejich nosné kmitočty lze s úspěchem použít jako referenční kmitočty při měření kmitočtu. Kromě toho jsou prostřednictvím radiostanic Státní časové a frekvenční služby SSSR pravidelně vysílány výkyvy řady vzorových frekvencí (100 a 200 kHz, 2,5; 5; 10 a 15 MHz), které jsou nemodulovanou nosnou, periodicky přerušován přísunem volacích znaků a signálů přesného času.

V mnoha případech radiotechnické praxe lze při měření nízkých frekvencí připustit chybu až 5-10% a při měření vysokých frekvencí až 0,1-1%, což usnadňuje požadavky na obvod a konstrukci používané frekvenční měřiče.

Měření frekvence voltmetrem

Nejjednodušší je nepřímá metoda měření frekvence, založená na závislosti odporu reaktivních prvků na frekvenci jimi procházejícího proudu. Možné schéma měření je znázorněno na Obr. 1.

Rýže. 1. Schéma měření frekvence pomocí voltmetru

Ke zdroji frekvenčních kmitů F x je připojen řetězec nereaktivního rezistoru R a kondenzátoru C s nízkými ztrátami, jehož parametry jsou přesně známy. Vysokoodporový střídavý voltmetr V s mezí měření blízkou hodnotě vstupního napětí střídavě měří napětí U R a U C na prvcích řetězu. Protože U*R = I*R a U C = I/(2πF x C) (kde I je proud v obvodu), pak poměr U R /U C = 2πF x RC, což znamená:

F x \u003d 1 / (2πRC) * U R / R C

Vstupní odpor voltmetru V musí být alespoň 10násobkem odporu každého z prvků obvodu. Vliv voltmetru však lze vyloučit, pokud je použit pouze jako indikátor rovnosti napětí U R a U C, dosažené např. plynulou změnou odporu R. V tomto případě je měřená frekvence určena pomocí jednoduchý vzorec:

Fx = 1/(2πRC) ≈ 0,16/(RC),

a při konstantní kapacitě kondenzátoru C může být proměnný odpor R opatřen stupnicí s hlášením v hodnotách F x.

Pojďme odhadnout možné pořadí měřených frekvencí. Pokud má rezistor R maximální odpor R M \u003d 100 kOhm, pak při C \u003d 0,01 μF, 1000 a 100 pF bude horní limit měření 160, 1600 a 16000 Hz, v tomto pořadí. Při výběru R M \u003d 10 kOhm a stejných kapacitních hodnot se tyto limity budou rovnat 1600 Hz, 16 a 160 kHz. Účinnost metody závisí na přesnosti výběru nominálních hodnot a kvalitě prvků RC řetězce.

Kapacitní frekvenční čítače

Pro praktické účely jsou nejvhodnější frekvenční měřiče s přímým odečtem, umožňující průběžné sledování frekvence studovaných kmitů na stupnici ručkového měřiče. Mezi ně patří především kapacitní měřiče frekvence, jejichž činnost je založena na měření průměrné hodnoty nabíjecího nebo vybíjecího proudu referenčního kondenzátoru periodicky dobíjeného napětím měřeného kmitočtu f x. Tato zařízení se používají k měření frekvencí od 5-10 Hz do 200-500 kHz. S přípustnou chybou měření přibližně 3-5% je lze provádět podle jednoduchých schémat, jejichž jedna z variant je znázorněna na Obr. 2. Tranzistor T1 pracující v režimu klíče je zde řízen frekvenčním napětím f x, které je na jeho bázi přiváděno ze vstupního potenciometru R1. Při absenci vstupního signálu je tranzistor T1 otevřený, protože jeho báze je připojena k zápornému pólu zdroje energie přes odpory R3 a R2. V tomto případě vzniká úbytek napětí U na rezistoru R5 děliče R5, R2; ten druhý je v důsledku přítomnosti velkého kondenzátoru C2 fixní jako napájecí napětí tranzistorového stupně a téměř se nemění s rychlými periodickými změnami v tranzistorovém režimu. Při nastavování spínače V do polohy „U-“ AND metr, zapojený do série s přídavným rezistorem R6, tvoří voltmetr, který měří konstantní napětí U na kondenzátoru C2, které se udržuje na určité úrovni, např. 15 V, pomocí ladicí odpor R2. Místo uvažovaného lze v typickém obvodu úspěšně použít parametrickou stabilizaci napětí na zenerově diodě, která nevyžaduje systematické sledování.

Rýže. 2. Schéma kapacitního měřiče frekvence

V kladné půlperiodě vstupního napětí o frekvenci f x se sepne tranzistor T1 a napětí na jeho kolektoru prudce stoupne na hodnotu U; v tomto případě dojde k rychlému nabití na napětí blízké U, jeden z kondenzátorů C, jehož nabíjecí proud protéká měřidlem A a dioda D2. V záporné půlperiodě se tranzistor T1 otevře, jeho odpor se velmi zmenší, což vede k rychlému a téměř úplnému vybití kondenzátoru C proudem procházejícím diodou D1. Za jednu periodu měřené frekvence, množství elektřiny předané kondenzátoru během nabíjení a jím vydané během vybíjení, q ≈ CU. Protože se proces nabíjení - vybíjení opakuje s frekvencí f x , pak průměrná hodnota já nabíjecí proud zaznamenaný měřidlem A, se ukáže být úměrné této frekvenci:

I = q*f x ≈ C*U*fx.

To umožňuje vybavit měřič lineární stupnicí kalibrovanou přímo v hodnotách měřených frekvencí.

Pokud je znám proud celkové výchylky měřidla I a a konstantní napětí U, pak při dané mezní hodnotě měřených frekvencí f p musí mít kondenzátor kapacitu

C \u003d I a / (U * f p).

Například s hodnocením prvků obvodu znázorněným na Obr. 2 lze frekvenční čítač nastavit tak, aby pracoval na horních mezích 100 Hz, 1, 10 a 100 kHz.

V tomto zapojení plní spínač na tranzistoru T1 současně funkce omezovacího zesilovače, díky čemuž hodnoty frekvenčního měřiče příliš nezávisí na tvaru vstupního napětí. Jakékoli periodické vstupní napětí s amplitudou přibližně 0,5 V a vyšší je transformováno na téměř pravoúhlé pulzní napětí s konstantní amplitudou U f, které napájí měřicí (počítací) obvod frekvenčního měřiče. Kondenzátor C3, posunující měřidlo, vyhlazuje vlnění šipky měřiče při měření nejnižších frekvencí obecného rozsahu.

Trimrový rezistor R7, zapojený paralelně k měřiči, slouží ke korekci stupnice frekvenčního měřiče při jeho činnosti. Současně je na vstup měřiče kmitočtu přivedeno napětí referenčního kmitočtu z měřicího generátoru nebo sítě střídavého proudu (50 Hz) a nastavením odporu R7 je ručička měřiče vychýlena na odpovídající dílek kmitočtu. měřítko. Toto nastavení se několikrát opakuje a střídá se s výše uvedeným nastavením napájecího napětí U, které se provádí pomocí rezistoru R2.

Vstupní napětí menší než 0,3-0,5 V nemusí být dostatečné k vypnutí tranzistoru T1 během většiny kladného půlcyklu; pak se kondenzátor C nestihne nabít až na napětí U a hodnoty frekvenčního měřiče budou podhodnoceny. Pro zvýšení citlivosti vstupního napětí na 20-50 mV je elektronickému klíči někdy předřazen zesilovací stupeň, prováděný podle obvodu se společným emitorem.

Pokud je vstupní napětí příliš vysoké, může dojít k poškození vstupního tranzistoru; to vede k nutnosti zapnout omezovací nebo nastavovací prvky na vstupu, např. potenciometr R1 v zapojení na obr. 2. Vstupní napětí by mělo být zvyšováno postupně podle odečtů měřiče frekvence, a když se tento po určitém intervalu zvyšování stabilizuje, lze odhadnout frekvenci f x. Je užitečné ovládat vstupní napětí, aby bylo nastaveno na optimální úroveň pro tento frekvenční měřič, například 1,5 V. V tomto obvodu to probíhá v poloze „U ~“ přepínače B, kdy měřič s diody D1, D2 a rezistor R4 tvoří střídavý voltmetrový proud s mezí měření přibližně 3 V, který řídí napětí odebrané z potenciometru R1.

Měřiče frekvence vyrobené podle schémat podobných tomu, které je uvažováno, poskytují dostatečně přesné údaje pouze při vstupních napětích, která se svým tvarem blíží napětím (obvykle sinusovým) používaným při ladění a kalibraci zařízení. Univerzální kapacitní frekvenční měřiče umožňují měřit frekvence spojitých i pulzních napětí libovolného tvaru a polarity v širokém rozsahu frekvencí a vstupních napětí 1. V nejobecnějším případě jejich funkční schéma obsahuje tyto komponenty zapojené do série: vstup dělič - přizpůsobovací stupeň - zesilovač - Schmittova spoušť - rozlišovací obvod s filtrační diodou - vyčkávací multivibrátor - počítací obvod. Vstupní dělič s vysokým odporem, obvykle stupňovitý, zvyšuje maximální přípustná vstupní napětí na stovky voltů. Emitorový nebo zdrojový sledovač poskytuje vysokou vstupní impedanci zařízení a oslabuje jeho vliv na zkoumaný obvod. Zesilovač snižuje maximální povolené vstupní napětí na desítky milivoltů. Jím zesílené kolísání frekvence f x periodicky spouští Schmittův spouštěč, který generuje pravoúhlé impulsy s opakovací frekvencí f x .

Rýže. 3. Schéma univerzálního kapacitního frekvenčního měniče

Protože doba trvání těchto impulsů závisí na frekvenci a amplitudě vstupního signálu, nejsou vhodné pro přesná měření frekvence. Každý obdélníkový spouštěcí impuls je proto pomocí diferenciačního RC obvodu převeden na dvojici špičatých impulsů různé polarity. Jeden z těchto impulzů, který vzniká při doznívání obdélníkové vlny, je odfiltrován pomocí diody a druhý, odpovídající hraně spouštěcí obdélníkové vlny, slouží ke spuštění čekajícího multivibrátoru. Ten produkuje pravoúhlé pulsy přesně definované doby trvání a amplitudy, jejichž opakovací frekvence je samozřejmě rovna f x . Výsledkem je, že počítací obvod se spínanými kondenzátory různých jmenovitých hodnot, usměrňovacími prvky a ukazatelovým měřičem poskytuje měření frekvence f x s úplnou nezávislostí čítání na amplitudě a tvaru vstupního napětí. Aby se snížila chyba měření (nepřesahující 1 % u nejlepších vzorků), je optimální doba trvání pulzů multivibrátoru nastavena na každý frekvenční limit, přibližně rovný polovině periody nejvyšší frekvence tohoto limitu měření. Pokud je univerzální frekvenční měřič napájen ze střídavého napětí, je povinná parametrická stabilizace usměrněného napětí a jako reference pro korekci stupnice se používá síťová frekvence 50 Hz nebo její dvojnásobná hodnota 100 Hz (pulzační frekvence).

V konkrétních zařízeních je uvažované funkční schéma implementováno v různých verzích. Na Obr. 3 ukazuje schéma relativně jednoduchého univerzálního frekvenčního měřiče s horními mezemi měření 200, 2000 a 20 000 Hz, ve kterém lze měřič použít. A s plným vychylovacím proudem 1-3 mA. Zařízení obsahuje vstupní krokový dělič R1-R3, zesilovač na tranzistoru T1, Schmittovu spoušť na tranzistorech T2 a T3, rozlišovací obvod C3, R13 s diodou D2, která propouští pouze pulsy kladné polarity, a vyčkávací multivibrátor na tranzistorech. T4, T5. Charakteristickým rysem měřiče frekvence je absence speciálních prvků usměrňovače. AND měřič je součástí jednoho z ramen multivibrátoru, otevírá se na pevný časový interval diferencovanými spouštěcími impulsy a registruje průměrnou hodnotu kolektorového proudu úměrnou frekvenci f x . Horní meze měření f p jsou určeny dobou trvání multivibračních pulsů, které se nastavují výběrem hodnot kondenzátorů C4-C6 pomocí trimovacích rezistorů R18-R20. Protože v tomto obvodu jsou všechny počítací RC obvody vzájemně propojeny, měly by být seřízeny v následujícím pořadí: C4-R18, C5-R19 a C6-R20 a následně přenastavení všech mezí pomocí rezistorů R18-R20.

Chyba měření frekvenčního měřiče je dána především přesností ladění a stabilitou záložního multivibrátoru, takže jeho napájecí napětí je stabilizováno rezistorem R12 a zenerovou diodou D1. Trimrový rezistor R4 vybírá optimální předpětí na základě tranzistoru T1 (4-5 V). Za přítomnosti vysokofrekvenčního limitu měření (například do 200 kHz) je pro zvýšení rychlosti spouště a multivibrátoru účelné zapojit malé kondenzátory (desítky pikofaradů) paralelně s odpory R10 a R15.

Protože zesilovač na tranzistoru T1 pracuje v režimu omezení amplitudy, se vstupním napětím do 10-20 V, obejdete se bez děliče vstupního napětí; zároveň by měl být na vstupu zařazen omezovací rezistor.

Elektronické počítací (digitální) frekvenční měřiče

Elektronické čítače frekvence jsou podle svých možností univerzálními zařízeními. Jejich hlavním účelem je měření frekvence spojitých a pulzních kmitů, prováděných v širokém frekvenčním rozsahu (přibližně od 10 Hz do 100 MHz) s chybou měření ne větší než 0,0005 %. Navíc umožňují měřit periody nízkofrekvenčních kmitů, trvání pulsů, poměr dvou frekvencí (period) atd.

Činnost elektronických čítačů kmitočtu je založena na diskrétním počítání počtu impulsů přijatých za kalibrovaný časový interval do elektronického čítače s digitální indikací. Na Obr. 4 znázorňuje zjednodušené funkční schéma zařízení. Napětí měřené frekvence f x v zesilovacím tvarovacím zařízení je převedeno na sekvenci unipolárních pulzů, opakujících se se stejnou frekvencí f x . K tomuto účelu se často používá systém omezovacího zesilovače a spouště Schmitt doplněný na výstupu o diferenciační obvod a diodový omezovač (viz též obr. 3). Časový volič (elektronický klíč se dvěma vstupy) předává tyto impulsy elektronickému čítači pouze během pevně stanoveného časového intervalu Δt, určeného délkou trvání obdélníkového impulsu působícího na jeho druhý vstup. Když čítač zaregistruje m impulsů, naměřená frekvence je určena vzorcem

Pokud je například zaznamenáno 5765 pulzů během doby Δt = 0,01 s, pak f x = 576,5 kHz.

Chyba měření frekvence je dána především chybou kalibrace zvoleného časového intervalu počítání. Hlavní komponentou v systému pro vytvoření tohoto intervalu je vysoce stabilní quartzový oscilátor, řekněme, s frekvencí 100 kHz. Jím vytvořené kmity pomocí skupiny sériově zapojených frekvenčních děličů se převádějí na kmity s frekvencemi (f 0) 10 a 1 kHz, 100, 10, 1 a 0,1 Hz. které odpovídají periodám (T 0) 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1; 1 a 10 s (poslední jedna nebo dvě z uvedených hodnot f 0 a T 0 nejsou pro některé frekvenční čítače k dispozici).

Kmity frekvence f 0 zvolené (přepínačem B2) (číselná hodnota posledně jmenované je násobitelem k údaji na čítači) jsou pomocí Schmittovy spouště převáděny na pravoúhlé oscilace s opakovací frekvencí f 0. Jejich působením se v řídicím zařízení vytvoří intervalový impuls o délce trvání Δt = T 0 = 1/f 0 přísně pravoúhlého tvaru. Tento impuls vynuluje předchozí hodnoty čítače a poté (se zpožděním několika mikrosekund) vstoupí do voliče a otevře jej na dobu Δt, aby prošly impulsy s opakovací frekvencí f x . Po zavření voliče je počet jím prošlých pulsů fixován indikátorem čítače a měřená frekvence je určena vzorcem f x \u003d m * f 0.

Rýže. 4. Zjednodušené funkční schéma elektronického počítacího (digitálního) měřiče frekvence

Ovládací obvod voliče lze spustit ručně (stisknutím tlačítka "Start"); v tomto případě řídicí zařízení vyšle do selektoru jediný impuls o délce trvání Δt a čítač vytvoří jediný výsledek měření s neomezenou dobou indikace. V režimu automatického měření frekvence se pulzy časového relé periodicky opakují a výsledky měření se aktualizují ve zvolených časových intervalech.

Frekvenční měřič může sloužit jako zdroj kmitání řady referenčních frekvencí f 0 získaných pomocí křemenného oscilátoru, násobiče a frekvenčních děličů a odebraných ze speciálního výstupu. Stejné vibrace aplikované na vstup měřiče kmitočtu mohou sloužit ke kontrole správnosti odečtů měřiče.

Frekvenční čítač je sestaven ze 4-7 počítacích dekád na spouštěcích obvodech a digitálních kontrolkách. Počet dekád určuje maximální počet platných číslic (číslic) ve výsledcích měření. Možná chyba počítání, nazývaná diskretizační chyba, je jedna jednotka na číslici nejméně významné číslice. Proto je žádoucí zvolit takový časový interval počítání Δt, ve kterém je použit maximální počet číslic počítadla. Takže ve výše uvedeném příkladu s Δt = 0,01 s (f 0 = 100 Hz) se čtyři číslice počítadla ukázaly jako dostatečné pro počítání a výsledek měření f x = 576,5 kHz + -100 Hz. Předpokládejme, že se měření opakují při Δt = 0,1 s (f 0 = 10 Hz) a získá se m = 57653 pulzů. Potom f x = 576,53 kHz + -10 Hz. Ještě menší diskretizační chybu (+-1 Hz) získáme při Δt = 1 s (v tomto případě musí mít čítač alespoň šest dekád).

Při rozšiřování měřicího rozsahu frekvenčního měřiče směrem k vysokým frekvencím je limitujícím faktorem rychlost převodních dekád. Při provádění spouštěcích obvodů na vysokofrekvenčních křemíkových tranzistorech (např. typu KT316A), které mají dobu resorpce náboje v bázi cca 10 ns, může horní mezní měřená frekvence dosahovat desítek megahertzů. V některých zařízeních jsou při měření vysokých frekvencí přesahujících např. 10 MHz předem převedeny na frekvenci nižší než 10 MHz (např. frekvence 86,347 MHz na frekvenci 6,347 MHz) heterodynní metodou (viz. ).

Faktorem omezujícím spodní hranici měřené frekvence je doba měření. Nastavíme-li např. pro mnoho měřičů frekvence nejdelší časový interval počítání Δt = 1 s, pak když čítač zaregistruje 10 pulzů, bude výsledkem měření frekvence f x = 10 = + -1 Hz, tzn. chyba měření může dosáhnout 10 %. Pro snížení chyby řekněme na 0,01% by bylo nutné počítat pulsy za dobu Δt = 1000 s. Přesné měření frekvencí 1 Hz nebo méně vyžaduje ještě více času. Proto je u elektronických počítacích frekvenčních měřičů měření velmi nízkých frekvencí f x nahrazeno měřením periody jejich kmitů T x \u003d 1 / f x. Obvod měření periody kmitání je tvořen nastavením spínače V 1 do polohy „Tx“ (obr. 4). Zkoumané napětí po převodu ve spouště Schmitt působí na řídicí zařízení, ve kterém se vytvoří obdélníkový impuls o délce T x, který udržuje volič času v otevřeném stavu; během této doby čítač registruje impulsy generované oscilacemi jedné z referenčních frekvencí f o, určených nastavením spínače AT 2. S počtem m označených impulsů měřená perioda

Například při m = 15625 a f 0 = 1000 Hz je perioda T x = 15,625 s, což odpovídá frekvenci f x = 1/T x = 0,054 Hz. Měření, aby se snížila jejich chyba, je žádoucí provádět na nejvyšší možné frekvenci f o (samozřejmě s vyloučením přetížení čítače). Pokud období T x< 1 с (f x >1 Hz), pak může být racionální použít frekvenční fluktuace f 0 rovné 1 nebo 10 MHz, získané po frekvenčních násobičích. V tomto případě lze dolní hranici měřených frekvencí rozšířit na 0,01 Hz.

Měření poměru dvou frekvencí f 1 /f 2 (f 1 > f 2) odpovídá nastavení přepínačů B2 do polohy "Vypnuto" a B1 do polohy "f x". Na svorky "f o" je přivedeno napětí nižší frekvence f 2 a jeho perioda určuje časový interval Δt. Frekvenční napětí f 1 přiváděné na vstup se převádí na impulsy, jejichž počet (m) zaznamenává čítač za dobu Δt = 1/f 2 . Požadovaný frekvenční poměr f 1 / f 2 \u003d m (s chybou až jedna). Je zřejmé, že takto má smysl najít poměr pouze výrazně odlišných frekvencí.

Nevýhody elektronických čítačů kmitočtu zahrnují složitost jejich obvodů, značné rozměry a hmotnost a vysoké náklady.

Oscilografické metody měření frekvence

Naměřenou frekvenci lze určit jejím porovnáním se známou referenční frekvencí f o . Takové srovnání se nejčastěji provádí pomocí osciloskopu elektronového svazku nebo beatových metod.

Osciloskopy s elektronovým paprskem se používají k měření frekvencí kmitů převážně sinusového tvaru ve frekvenčním rozsahu od cca 10 Hz do hodnoty určené horní hranicí šířky pásma vychylovacích kanálů; chyba měření se prakticky rovná chybě kalibrace zdroje kmitů (generátoru) referenční frekvence f 0 . Nejčastěji se měření provádějí s vypnutým osciloskopem pomocí schématu zapojení znázorněného na obr. 5. Napětí měřených a známých frekvencí jsou přiváděna přímo nebo přes zesilovače na různé dvojice vychylovacích desek CRT (podle toho, na jaký vstup osciloskopu tato napětí působí, budeme jejich frekvence označovat f x a f y). Pokud jsou tyto frekvence ve vzájemném vztahu jako celá čísla, například 1:1, 1:2, 2:3 atd., pak pohyb elektronového paprsku nabývá periodického charakteru a statický obraz, nazývaný Lissajousův obrazec, je pozorováno na obrazovce. Tvar tohoto obrazce závisí na poměru amplitud, frekvencí a počátečních fází porovnávaných kmitů.

Rýže. 5. Schéma měření frekvence metodou Lissajousova obrázku

Na Obr. 6 ukazuje vytvoření Lissajousova obrazce, když jsou dvě sinusové oscilace stejné frekvence a stejných amplitud, ale mající různé počáteční fáze, vystaveny vychylovacím deskám trubice. Tento obrazec má tvar nakloněné elipsy, která se při fázových posunech mezi kmity 0 a 180° smršťuje v přímou nakloněnou čáru a při fázových posunech 90° a 270° přechází do kruhu (podmíněně uvažujeme citlivost na odchylku obou párů desek musí být stejná). Nejsou-li amplitudy napětí frekvencí f x a f y stejné, pak v druhém případě bude na obrazovce místo kružnice pozorována elipsa s osami rovnoběžnými s rovinami vychylovacích desek.

Rýže. 6. Konstrukce oscilogramu s poměrem porovnávaných frekvencí f x /f y = 1

Pokud je frekvenční poměr f x /f y (nebo f y /f x) roven dvěma, pak má číslo na obrazovce podobu osmičky, která se smršťuje do oblouku při počátečních fázových posunech 90 a 270°. (Počáteční fázový posun se vždy vyhodnocuje vzhledem k napěťové periodě vyšší frekvence). Z tabulky zobrazené na Obr. 7 je vidět, že čím větší je číslo zlomku charakterizujícího poměr porovnávaných frekvencí, tím složitější je Lissajousův obrazec pozorovaný na obrazovce.

Při měření se plynule mění kmitočet referenčního oscilátoru f 0 (rovný f x nebo f y), dokud se na obrazovce neobjeví jedna z Lissajousových figur co nejjednoduššího tvaru. Tento obrazec myšlenkově protínají přímky xx a yy, rovnoběžné s rovinami vychylovacích desek X1, X2 a Y1, Y2, a spočítá se počet průsečíků každé z přímek s obrazcem. Poměr získaných čísel je přesně roven poměru frekvencí f x:f y za předpokladu, že nakreslené čáry neprocházejí uzlovými body obrazce nebo jsou k němu tečné a tvar porovnávaných kmitů se blíží sinusový.

Rýže. 7. Čísla pozorovaná na obrazovce při různých poměrech frekvencí f x /f y

Po určení poměru f x:f y a znalosti jedné z frekvencí, například f y , je snadné najít druhou frekvenci.

Předpokládejme, že při známé frekvenci f y = 1000 Hz získáme na obrazovce údaj z obr. 1. Obr. 5. Z konstrukce znázorněné na výkresu je vidět, že tento údaj odpovídá frekvenčnímu poměru f x: f y \u003d 3: 4, odkud f x \u003d 750 Hz.

Vlivem určité nestability porovnávaných frekvencí je mezi nimi ustálený celočíselný nebo zlomkový racionální poměr neustále porušován, což vede k postupné změně tvaru pozorovaného obrazce, postupně procházejícího všemi možnými fázovými stavy. Pokud zafixujeme čas Δt, během kterého obrazec prochází celým cyklem fázových změn (od 0 do 360°), pak můžeme vypočítat rozdíl mezi porovnávanými frekvencemi |f x - f y | = 1/Δt, jehož znaménko lze snadno experimentálně určit pomocí malé změny frekvence f 0 . Při vysokých frekvencích i velmi malá nestabilita jedné z frekvencí způsobuje tak rychlé změny Lissajousova čísla, že je nemožné určit poměr frekvencí. To omezuje horní hranici měřených frekvencí na přibližně 10 MHz.

Rýže. 8. Schéma měření frekvence metodou kruhového snímání s modulací jasu

S celočíselným poměrem porovnávaných frekvencí přesahujícím 8-10 nebo jejich zlomkovým poměrem s čísly ve jmenovateli nebo čitateli větším než 4-5, kvůli složitosti Lissajousova obrázku, možnost chyby při stanovení skutečného poměru frekvencí zvyšuje. Přesné určení relativně velkých celočíselných frekvenčních poměrů (až 30-50) lze provést metodou kruhového skenování s modulací jasu obrazu (obr. 8). V tomto případě je napětí nižší frekvence f 1 pomocí dvou stejných fázově dělicích RC řetězců převedeno na dvě napětí o stejné frekvenci, vzájemně fázově posunutá o 90°. Když se tato napětí přivedou na vstupy Y a X osciloskopu a poměr jejich amplitud se nastaví pomocí rezistorů R a ovladačů zisku kanálů Y a X, bude se světelný bod na obrazovce pohybovat podél křivka blízko kruhu; ta je nastavena jasně viditelná pomocí ovládání jasu. Na vstup modulátoru M (nebo kanálu Z) je přivedeno vyšší frekvenční napětí f 2, které bude periodicky zvyšovat a snižovat intenzitu elektronového paprsku a tím i jas jednotlivých úseků rozmítané křivky na obrazovce. Při celočíselném poměru frekvencí f 2: f 1 = m, dosaženém změnou jednoho z nich, se křivka pozorovaného kruhu stává čárkovanou, skládá se z F pevné svítící segmenty stejné délky, oddělené tmavými mezerami. Při porušení celočíselného poměru se přerušovaný kruh otáčí, při vysoké rychlosti se kruh jeví jako plný.

Uvažovanou metodu lze také použít pro měření frekvence opakování fp impulsních kmitů. Současně referenční frekvenční napětí f 0 provádí kruhové rozmítání, ovládání jasu jej nastavuje jako viditelné nebo neviditelné v závislosti na polaritě (záporné, resp. kladné) pulzních kmitů přiváděných do modulátoru. Ten v prvním případě vytvoří tmavé zlomy na skenovací lince a ve druhém světelné body. Plynulou změnou frekvence f® (z její minimální možné hodnoty) se dosáhne jedné stacionární nebo pomalu se pohybující stopy pulzu na snímací lince, zatímco f p \u003d f 0.

Měření frekvence f p impulsních kmitů lze také provést podle schématu na obr. 5 při přivedení sinusového napětí referenční frekvence f 0 na vstup X a pulzního napětí na vstup Y osciloskopu. Frekvence rozmítání f 0 \u003d f x se postupně zvyšuje, počínaje nejnižší hodnotou, dokud se na obrazovce neobjeví dostatečně stabilní obraz jednoho pulzu, ke kterému dochází při f p \u003d f 0. Taková technika měření eliminuje možnost chyby, protože na obrazovce bude pozorován jediný puls i při jiných, větších než jednotkových, celočíselných frekvenčních poměrech f 0: f p.

Měření frekvence tepovými metodami

Zdrojem kmitů referenčních frekvencí je obvykle měřicí oscilátor s plynulým nebo plynule stupňovitým nastavením, jehož kmitočet f 0 lze nastavit rovný měřenému kmitočtu f x. Jsou-li frekvence f 0 a f x zvukové, pak lze jejich rovnost přibližně posoudit střídavým poslechem tónů vibrací, které vytvářejí pomocí telefonů nebo reproduktoru.

Chyba měření klesá téměř na chybu kalibrace měřicího generátoru, pokud jsou na telefony současně aplikovány elektrické kmity obou porovnávaných frekvencí podle schématu na Obr. 9, a. Jsou-li frekvence f 0 a f x blízko sebe, pak se při sečtení odpovídajících vibrací objevují akustické údery, které se projevují periodickým zvyšováním a snižováním intenzity tónu T f slyšeného v telefonech. tepovou frekvenci

lze určit sluchovým počítáním počtu vzestupů nebo poklesů intenzity tónu za pevně stanovenou dobu. Aby se údery objevily dostatečně ostře, musí být amplitudy kmitů frekvencí f 0 a f x nastaveny přibližně stejně; to vyplývá ze zkoumání Obr. 9b, kde průměrná křivka kmitů pulsujících s frekvencí F je výsledkem sečtení horní a dolní křivky kmitání odpovídajících frekvencím fo a fx.

Rýže. 9. K principu měření nízkých frekvencí metodou akustických úderů

Změnou nastavení generátoru se frekvence f 0 přiblíží frekvenci f x, což je detekováno zvýšením periody úderů. Pokud se porovnávané frekvence shodují, údery zmizí a v telefonech se ozve monotónní tón. Místo telefonů lze jako indikátor tepu použít střídavý voltmetr; to je užitečné zejména při měření frekvencí nad 5 kHz, jejichž tón není v telefonech zřetelně slyšet.

Při vysokých frekvencích se porovnání frekvencí f 0 a f x provádí nejčastěji metodou zero-beat. Na Obr. 10 ukazuje nejjednodušší schéma měření. Do obvodu diody D se pomocí vazebních cívek L1, L2 a L současně zavádějí kolísání frekvence f 0 a f x. V důsledku detekce celkového kmitání v obvodu diody vzniká pulzující proud, obsahující složky základních frekvencí f 0 a f x , dále složky vyšších harmonických a kombinační frekvence f 0 + f x a |f 0 - f x | . Jsou-li frekvence f 0 a f x blízko sebe, pak rozdílová tepová frekvence F = |f 0 - f x | může být v rámci zvukových frekvencí a tón této frekvence bude slyšet v telefonech Tf, odkloněných od vysokofrekvenčních proudů kondenzátorem C.

Rýže. 10. Na principu měření vysokých frekvencí metodou zero beat

Pokud změníte jednu z frekvencí, například f o , přiblížíte ji k jiné frekvenci f x , tón v telefonech se sníží a pokud jsou tyto frekvence stejné, budou pozorovány nulové údery, které jsou detekovány ztrátou zvuku v telefony. Měření frekvence je tedy redukováno na určení frekvence referenčního oscilátoru, při které dochází k nulovým úderům. Jak je vidět z grafu na Obr. 11, a, když se vzdaluje od bodu nula tepů, rozdílová frekvence F roste jak se zvýšením, tak se snížením frekvence fo generátoru.

Rýže. 11. Grafy závislosti tepové frekvence na nastavení generátoru referenční frekvence

Chyba měření frekvence je určena především chybou kalibrace frekvence f 0 referenčního oscilátoru. Při přesných měřeních je však třeba počítat s možnou chybou několika desítek hertzů, protože lidské sluchadlo nevnímá tóny s frekvencí pod určitou frekvencí F n; hodnoty druhého u různých lidí leží v rozmezí 10-30 Hz. Pro odstranění této chyby lze v sérii s telefony T f zapnout magnetoelektrický měřič proudu, jehož šipka při velmi nízkém rozdílovém kmitočtu F bude pulzovat s touto frekvencí. Při přibližování se k nule se kmity šípu zpomalují a je snadné je počítat po pevně stanovenou dobu.

Spojení mezi referenčním oscilátorem a zdrojem měřené frekvence by nemělo být silné, aby nedocházelo k jevu „zachytávání“ vedoucího ke zvýšení chyby měření. Při silném spojení mezi dvěma oscilátory, jejichž frekvenční rozdíl mezi nastaveními je malý, může jeden z oscilátorů vnutit svou frekvenci druhému a oba oscilátory budou kmitat na stejné frekvenci. V tomto případě se tepová frekvence F mění v souladu s grafem na Obr. 11b, tj. v celé oblasti „zachycení“ se ukáže, že je rovna nule a v telefonech není žádný zvuk.

Jako citlivý indikátor nulových tepů lze použít osciloskop s elektronovým paprskem, nejlépe s otevřeným vstupem přes kanál Y. Zároveň se místo telefonů zapíná rezistor s odporem 50-200 kOhm jako zatížení obvodu detektoru (obr. 10), jehož napětí je přivedeno na vstup Y osciloskopu. Když je rozmítání zapnuto, na obrazovce je vidět napěťová křivka tepové frekvence F. Jak se přibližuje k nulovým tepům, perioda tohoto napětí se zvyšuje a při f 0 = f x je na obrazovce vidět pouze horizontální rozmítací čára . Pokud se měření provádějí s vypnutým rozmítáním, pak se svislá čára pozorovaná na obrazovce při f 0 = f x změní na bod.

Činnost quartzových kalibrátorů a heterodynních měřičů frekvence je založena na principu měření vysokých frekvencí metodou zero beat.

Quartz kalibrátory

Z vysoce přesných přístrojů používaných k měření vysokých frekvencí jsou nejjednodušší quartzové kalibrátory. Umožňují kontrolovat stupnice rádiových přijímacích a vysílacích (generátorových) zařízení v počtu bodů odpovídajících přesně definovaným (referenčním) frekvencím.

Rýže. 12. Funkční schéma quartzového kalibrátoru

Funkční schéma quartzového kalibrátoru je v nejúplnější verzi znázorněno na Obr. 12. Hlavní součástí zařízení je křemenný oscilátor pracující v takovém režimu, že jím vybuzené kmity mají tvar ostře odlišný od sinusového, a proto obsahují kromě základní frekvenční složky f 0 velké množství harmonické, jejichž frekvence jsou rovny 2f 0, 3f 0, 4f 0 atd., přičemž amplitudy postupně klesají s rostoucí frekvencí. Obvykle je možné použít pro měření od desítek do několika stovek harmonických, které mají stejně vysokou stabilitu (obvykle v rozmezí 0,01 - 0,001 %) jako frekvence f 0 stabilizovanou křemenným rezonátorem (quartz) při absenci speciálních zařízení ( například termostaty), zvyšující stabilizační účinek.

Oscilace buzené křemenným oscilátorem jsou přiváděny do zdířky (nebo svorky) spoje An, která spolu s malým vodičem nebo kolíkem k němu připojeným plní podle povahy použití roli přijímací nebo vysílací antény. zařízení. Pro účely stínění bývá zařízení umístěno v kovovém pouzdře.

Při kontrole stupnice rádiových přijímačů slouží kalibrátor jako zdroj kmitů pro řadu referenčních frekvencí vysílaných komunikačním vodičem. Přijímač se postupně naladí na různé harmonické křemenného oscilátoru a určí se odpovídající body stupnice. Pokud přijímač pracuje v telegrafním režimu, pak je jeho naladění na harmonickou generátoru fixováno nulovými údery s frekvencí druhého lokálního oscilátoru, slyšitelného v telefonech nebo v reproduktoru připojeném k výstupu přijímače. Stupnice přijímačů s přímým ziskem jsou kontrolovány se zpětnou vazbou přiváděnou do generace. Pro kontrolu kalibrace přijímačů pracujících pouze v telefonním režimu, například vysílání, musí být oscilace quartzového oscilátoru modulovány zvukovou frekvencí, což vyžaduje zavedení generátoru frekvenčních oscilací 400 nebo 1000 Hz do kalibrátoru (v zařízení se síťovým napájením, někdy se pro modulaci používá napětí o frekvenci 50 nebo 100 Hz). Přijímač je přitom naladěn na harmonickou quartz oscilátoru podle nejvyšší hlasitosti tónu reprodukovaného reproduktorem, nebo mnohem přesněji podle maximálních hodnot voltmetru připojeného na výstup přijímače.

Pokud je quartzový kalibrátor určen i pro testování stupnic vysokofrekvenčních generátorů, např. rádiových vysílačů, pak je doplněn o detektor (směšovač), jehož vstup je vyveden do připojovací zdířky An a výstup quartzu oscilátor. Oscilace testovaného vysílače, indukované v komunikačním vodiči, vytvářejí údery s harmonickou křemenného oscilátoru, která je jim frekvenčně nejbližší; v důsledku detekce se rozlišují oscilace rozdílové frekvence úderů, které jsou po zesílení slyšet v telefonech T f. Vysílač je postupně naladěn na frekvence řady harmonických generátorů nulovými údery, a tím jsou určeny odpovídající body na frekvenční stupnici vysílače.

Hlavní nevýhodou quartzových kalibrátorů je nejednoznačnost výsledků měření, protože nula úderů umožňuje stanovit pouze skutečnost, že naměřená frekvence je rovna jedné z harmonických krystalového oscilátoru, aniž by bylo nutné číslo této harmonické zafixovat. Aby nedocházelo k chybám při nastavování frekvence harmonické, která vytváří nulové údery, je žádoucí, aby zkoumané zařízení mělo frekvenční stupnici, která je přibližně zkalibrována pomocí nějakého zařízení s jednoznačným odhadem frekvence (rezonanční frekvenční měřič, měřicí generátor atd.). .), jehož přesnost měření může být malá.

Rozdíl frekvencí mezi sousedními referenčními body kalibrátoru je roven základní frekvenci krystalového oscilátoru f 0 . Pro pokrytí hlavních vysílacích pásem se často bere kmitočet f 0 rovný 100 kHz, což umožňuje kontrolovat měřítka rádiových zařízení až do kmitočtů řádově 10 MHz (λ = 30 m). Pro rozšíření rozsahu měřených frekvencí směrem ke kratším vlnám a eliminaci chyb při určování frekvence použité harmonické je možné provozovat quartzový oscilátor na dvou stabilizovaných a 10násobných základních frekvencích, obvykle rovných 100 a 1000 kHz. Každá z těchto frekvencí má svou vlastní síť referenčních bodů. Princip sdílení obou základních frekvencí lze pochopit z následujícího příkladu. Předpokládejme, že se kontroluje naladění vysílače na frekvenci 7300 kHz. Poté se kalibrátor nejprve zapne na základní frekvenci 1000 kHz. Vysílač je naladěn nulovými údery na frekvenci nejbližší požadované frekvenci, násobek 1000 kHz, tedy na frekvenci 7000 kHz. Při této frekvenci je možnost chyby prakticky vyloučena, protože referenční body jsou zřídka umístěny po 1000 kHz. Kalibrátor se poté přepne na základní frekvenci 100 kHz; s přesným lícováním křemene by měly být zachovány nulové takty. Ladění vysílače se plynule mění směrem k požadované frekvenci a postupně se označují body stupnice odpovídající nulovým tepům na frekvencích 7100, 7200 a 7300 kHz.

Pokud je požadováno snížení intervalu mezi sousedními referenčními frekvencemi, pak se používají děliče frekvence, které se obvykle provádějí podle multivibrátorového obvodu, synchronizovaného na vstupní signál subharmonický. Takže pomocí dvou dělicích stupňů s dělicími faktory rovnými 10, se základní frekvencí křemenného oscilátoru 1 MHz, lze získat oscilace se základními frekvencemi 100 a 10 kHz a velký počet harmonických. Potom bude při průchodu referenčními body na frekvencích 7000, 7100, 7200, 7300, 7310 a 7320 kHz detekován bod stupnice, odpovídající např. frekvenci 7320 kHz. Se základní frekvencí 100 kHz lze pomocí dvou děličů získat oscilace se základními frekvencemi 10 a 1 (nebo 2) kHz, ale jejich harmonické na vysokých frekvencích budou velmi slabé. Kombinované kmitání frekvence s malými intervaly mezi referenčními body, ale mající značnou intenzitu, lze získat smícháním oscilací několika základních frekvencí.

Rýže. 13. Schéma univerzálního quartz kalibrátoru

Na Obr. 13 je schéma jednoduchého quartz kalibrátoru vhodného pro měření frekvence generátorů a rádiových přijímačů. Krystalový oscilátor na tranzistoru T2 budí oscilace o základní frekvenci 100 nebo 1000 kHz v závislosti na nastavení přepínače AT 2. Přesné přizpůsobení hlavních frekvencí jmenovitým hodnotám se provádí ladícími jádry cívek L1 a L2. Zkreslení průběhu, nutného pro získání velkého počtu harmonických složek, je dosaženo zapojením diody D1 mezi emitor a bázi tranzistoru T2. Pokud je potřeba tyto kmity modulovat spínačem B1, spustí se nízkofrekvenční generátor na tranzistoru T1. Detekce úderů je prováděna diodou D2, vysokofrekvenční složky usměrněného proudu jsou odfiltrovány kondenzátorem C9.

Napětí tepové frekvence, zesílené tranzistorem T3, vytváří zvukové vibrace v telefonech T f.

Rýže. 14. Schéma křemenného kalibrátoru s frekvenčním děličem

Na Obr. 14 znázorňuje schéma křemenného kalibrátoru určeného pro kalibraci frekvenčních stupnic rádiových přijímačů. Křemenný oscilátor na tranzistorech T1 a T2 budí frekvenční oscilace 100 kHz. Jemné doladění frekvence na jmenovitou hodnotu lze provést volbou kapacity kondenzátoru C2 nebo trimrového kondenzátoru o malé kapacitě, zapojeného paralelně s kontakty křemenného držáku. Parametry multivibrátoru na tranzistorech T3, T4, který slouží k dělení frekvence 10krát, jsou voleny tak, aby v režimu volných vlastních kmitů generoval kmity s frekvencí o něco menší než 10 kHz. Poté, když je vystaven oscilacím křemenného oscilátoru, bude synchronizován na frekvenci 10 kHz; toto je třeba pečlivě zkontrolovat při nastavování zařízení: mezi kmity sousedních harmonických o frekvenci 100 kHz by se harmonické o frekvenci 10 kHz měly objevit v 9 bodech na stupnici testovaného zařízení. Hojnost harmonických je usnadněna zkrácením trvání pulsů pomocí diferenciačních řetězců C3, R6 a C6, R12, jakož i zesílením pulsů pulzním zesilovačem na tranzistoru T5 zapnutém na výstupu.

Při provozu křemenných kalibrátorů je třeba vzít v úvahu, že v důsledku stárnutí se vlastní frekvence křemenných rezonátorů s časem poněkud mění.

Heterodynní frekvenční čítače

Heterodynní frekvenční čítače se používají pro přesná měření frekvence v hladkém vysokofrekvenčním rozsahu. V principu se heterodynní frekvenční měřič liší od quartzového kalibrátoru vyrobeného podle funkčního schématu na obr. 12 pouze tím, že místo křemenného oscilátoru používá lokální oscilátor, tedy nízkovýkonový oscilátor s plynule nastavitelnou frekvencí ladění. Přítomnost směšovače umožňuje použití zařízení nejen pro kalibraci frekvenčních stupnic rádiových přijímačů, ale také pro měření frekvence generátorů metodou nulových úderů. Indikace nulových tepů se provádí telefony, oscilografickými a elektronickými světelnými indikátory a také ukazateli.

Chyba měření heterodynního frekvenčního měniče je dána především stabilitou frekvence lokálního oscilátoru a chybou jeho instalace. Proto jsou lokální oscilátory často preferovány pro provádění na elektronkách. Zvýšení frekvenční stability napomáhá správná volba obvodu a konstrukce lokálního oscilátoru, použití součástí s nízkým teplotním koeficientem v něm, zařazení vyrovnávacího stupně mezi lokální oscilátor a výstupní obvody, stabilizace napájecí napětí a dlouhodobé zahřívání přístroje pod proudem před měřením. Pro zlepšení plynulosti nastavení a přesnosti nastavení frekvence je ladicí kondenzátor lokálního oscilátoru obvykle řízen pomocí noniusového mechanismu s velkým zpomalením (až 100-300krát). Přímé čtení frekvence na stupnici kondenzátoru s proměnnou kapacitou se provádí pouze u nejjednodušších konstrukcí; u většiny zařízení je stupnice jednotná s velmi velkým počtem dílků (až několik tisíc) a údaje na ní se převádějí na frekvenci pomocí tabulek nebo grafů.

Aby se snížil počet frekvenčních podrozsahů a zvýšila se frekvenční stabilita, lokální oscilátory obvykle pracují v úzkém úseku relativně nízkých frekvencí (s faktorem překrytí 2), přičemž základní frekvence generovaných oscilací i řada jejich harmonických se používají pro měření; výskyt druhého je zajištěn volbou provozního režimu lokálního oscilátoru nebo vyrovnávacího zesilovače. Například v frekvenčním měřiči široké aplikace typu Ch4-1 s celkovým rozsahem měřených frekvencí od 125 kHz do 20 MHz má lokální oscilátor dva hladké dílčí rozsahy základních frekvencí: 125-250 kHz a 2-4 MHz. Na prvním dílčím pásmu lze při použití první, druhé, čtvrté a osmé harmonické plynule pokrýt frekvenční pásmo 125-2000 kHz; na druhém dílčím pásmu se při použití první, druhé, čtvrté a částečně páté harmonické překrývá frekvenční pásmo 2-20 MHz. Každá poloha ladicího knoflíku lokálního oscilátoru tedy odpovídá třem nebo čtyřem provozním frekvencím, jejichž hodnoty lze určit z kalibrační tabulky. Například měření frekvencí 175, 350, 700 a 1400 kHz se provádí při stejném naladění lokálního oscilátoru na základní frekvenci f g = 175 kHz.

Nejednoznačnost frekvencí ladění lokálního oscilátoru vytváří možnost chyby při stanovení harmonické, se kterou kolísání měřené frekvence f x vytváří údery. Při zahájení měření je proto nutné znát přibližnou hodnotu frekvence f x. Posledně jmenované však lze také určit výpočtem pomocí samotného heterodynového frekvenčního měřiče.

Předpokládejme, že při změně ladění lokálního oscilátoru jsou získány nulové údery s frekvencí f x na dvou sousedních hodnotách základních frekvencí f g1 a f g2 stejného subpásma lokálního oscilátoru. Je zřejmé, že frekvence f x je současně harmonickou obou těchto frekvencí, tzn.

f x \u003d n * f g1 \u003d (n + 1) * f g2.

kde n a (n + 1) jsou počty harmonických pro základní frekvence f r1 a f r2 (pro f r2< f г1).

Řešením výsledné rovnosti vzhledem k n najdeme

n \u003d f g2 / (f g1 -f g2).

Proto měřená frekvence

f x \u003d n * f g1 \u003d f g1 * f g2 / (f g1 -f g2).

Pokud například při základních frekvencích fg1 ≈ 1650 kHz a fg2 ≈ 1500 kHz jsou získány nula úderů, pak přibližně f x ≈ 1650*1500/(1650 - 1500) = 16500 kHz.

Při měření frekvence je třeba dávat pozor na chybu způsobenou možností úderů mezi oscilacemi lokálního oscilátoru a harmonickou měřené frekvence; proto by měla být měření prováděna se slabým spojením mezi měřičem frekvence a studovaným generátorem. Chyba měření se také zvyšuje, když je zařízení vystaveno modulovaným oscilacím; v tomto případě budou údery s hlavní (nosnou) frekvencí slyšet na pozadí šumu úderů s vedlejšími frekvencemi.

Heterodynní frekvenční čítače uvažovaného typu poskytují měření vysokých frekvencí s chybou přibližně 1 %. Snížení chyby měření na 0,01 % nebo méně je dosaženo doplněním frekvenčního měřiče o křemenný oscilátor, který umožňuje před zahájením měření zkontrolovat a opravit stupnici lokálního oscilátoru v řadě referenčních bodů.

Detailní funkční schéma heterodynního frekvenčního měřiče se zvýšenou přesností je na obr Obr. 15. Lokální oscilátor má dva dílčí rozsahy, jejichž nastavení se provádí ladicími kondenzátory C3 a C4. Kmitočet hlavních kmitů se nastavuje přímo frekvenčně proměnným kondenzátorem C1. Úroveň vstupního (výstupního) signálu se nastavuje potenciometrem R. Krystalový oscilátor vytváří oscilace bohaté na harmonické, jejichž základní frekvence je často brána rovnou 1 MHz. Volba typu provozu zařízení se provádí bez narušení mezistupňových spojů zapínáním nebo vypínáním napájení jednotlivých komponent. Když je přepínač B2 nastaven do polohy 3 („Quartz“), lokální oscilátor se vypne a krystalový oscilátor se zapne; v tomto případě může být měřič frekvence použit jako quartzový kalibrátor pro měření frekvence na harmonických generátoru. V poloze přepínače 1 („LO“) je naopak krystalový oscilátor vypnutý a lokální oscilátor je zapnutý. Toto je normální provozní režim počítadla.

Rýže. 15. Funkční schéma heterodynního frekvenčního měřiče se zvýšenou přesností

Frekvenční rozsah lokálního oscilátoru se kontroluje nastavením přepínače B2 do polohy 2 („Kontrola“), kdy jsou současně zapnuty jak lokální oscilátor, tak generátor, jehož oscilace jsou přiváděny do detektoru. Při určitém poměru frekvencí nebo harmonických těchto kmitů vznikají zvukové údery, jejichž frekvence je určena vzorcem

F \u003d | m * f g - n * f až |,

kde fg a fk jsou základní frekvence lokálního oscilátoru, respektive křemenného oscilátoru, a m a n jsou celá čísla odpovídající číslům interagujících harmonických.

Ukazuje se, že tepová frekvence je rovna nule (F = 0) pro určitý počet frekvencí v rozsahu lokálního oscilátoru, které splňují podmínku

f g \u003d (n / m) * f k.

Tyto frekvence se nazývají referenční a jsou speciálně zvýrazněny v kalibračních tabulkách. Najdeme například referenční frekvence (f 0) rozsahu lokálního oscilátoru 2000-4000 kHz, pokud je hlavní frekvence křemenného oscilátoru f k \u003d 1000 kHz:

při m = 1 an = 2, 3 a 4 f° = 2000, 3000 a 4000 kHz; při m = 2 an = 5 a 7 f° = 2500 a 3500 kHz;

při m = 3 a n = 7, 8, 10 a 11 f0 = 2333, 2667, 3333 a 3667 kHz atd.

Je třeba vzít v úvahu, že jak počet interagujících harmonických vzrůstá, amplituda úderu klesá.

Pokud je porušena kalibrace stupnice lokálního oscilátoru, pak při nastavení jeho ladícího knoflíku na jednu z referenčních frekvencí a zapnutí quartzového oscilátoru se místo nulových úderů vytvoří oscilace zvukové frekvence, které jsou po zesílení slyšet v telefonech T f. Pro korekci (kalibraci) se používá kondenzátor C2 o malé kapacitě, zapojený paralelně s hlavním ladícím kondenzátorem C1: s jeho pomocí je před zahájením měření dosaženo nulových tepů v referenčním bodě nejblíže měřené frekvenci.

Uvažujme postup pro nastavení heterodynního frekvenčního měřiče v následujícím příkladu. Předpokládejme, že chcete zkontrolovat správné měřítko vysílače na frekvenci 10700 kHz. S odkazem na kalibrační tabulku měřiče frekvence zjistíme, že tato frekvence odpovídá hlavní frekvenci 10700/4 = 2675 kHz. Podle tabulky nebo stupnice hlavních bodů určíme, že nejbližší referenční frekvence je 2667 kHz. Poté na stupnici kondenzátoru C1 nastavíme frekvenci na 2667 kHz a nastavením přepínače B2 do polohy „Kontrola“ (2) dosáhneme nulových tepů s korektorem C2. Poté nastavíme přepínač B2 do polohy „Lokální oscilátor“ (1) a po nastavení frekvence lokálního oscilátoru na 2675 kHz zkontrolujeme stupnici vysílače na této frekvenci.

Při měření neznámé frekvence f x je stupnice lokálního oscilátoru zkalibrována v referenčním bodě nejblíže očekávané hodnotě této frekvence a poté se v režimu měření nastaví nulové údery úpravou frekvence lokálního oscilátoru.

Při kalibraci stupnice lokálního oscilátoru, stejně jako při měření frekvence generátorů, musí být modulátor vypnutý; při měření frekvence ladění přijímačů není potřeba nízkofrekvenční jednotka přístroje. Vypínačem vypněte nepoužívané součásti čítače. AT 3.

Heterodynní frekvenční měřiče různých typů průmyslové výroby v agregátu pokrývají měřené frekvenční pásmo od 100 kHz do 80 GHz s chybami měření v rozmezí + - (5 * 10 -4 ... 5 * 10 -6). Při velmi vysokých frekvencích je obtížné dosáhnout nulových úderů. Proto se v mikrovlnných měřičích frekvence někdy používá jako indikátor nízkofrekvenční měřič frekvence (například kapacitní); slouží k určení rozdílové tepové frekvence F, jejíž velikost je korigována o výsledky měření.

Velmi malé chyby měření ve velmi širokém frekvenčním rozsahu (od nízkých po ultravysoké) je dosaženo kombinací dvou frekvenčních měřičů: heterodynního a elektronického počítání. Posledně jmenovaný, kromě nezávislého použití v jeho vlastním frekvenčním rozsahu, může být použit k přesnému měření frekvence ladění místního oscilátoru, když je dosaženo nulových úderů; v tomto případě se quartzový oscilátor, kalibrační tabulky a grafy ukazují jako nadbytečné.

Čítače rezonanční frekvence

Vlastnosti rezonančních frekvenčních měřičů používaných k měření vysokých a ultravysokých frekvencí jsou jednoduchost konstrukce, rychlost provozu a jednoznačnost výsledků měření; chyba měření je 0,1-3%.

Měřič rezonančního kmitočtu je oscilační systém, který je naladěn do rezonance s naměřenou frekvencí f x kmitů, které jej vybudí a které vycházejí ze studovaného zdroje přes vazební prvek. Rezonanční frekvence je určena z údajů kalibrovaného ladicího tělesa. Stav rezonance se zaznamenává pomocí vestavěného nebo externího indikátoru.

Měřiče frekvence měřící frekvence od 50 kHz do 100-200 MHz jsou vyrobeny ve formě oscilačního obvodu z prvků se soustředěnými konstantami: induktor L 0 a proměnný kondenzátor C 0 (obr. 16). E.D.S. se indukuje v obvodu frekvenčního měniče. naměřený kmitočet f x např. díky indukční vazbě se zdrojem kmitů přes cívku L 0 nebo malou bičovou anténu zapojenou do zásuvky An. S nízkopříkonovým zdrojem může být komunikace s druhým kapacitní přes vazební kondenzátor C sv (kapacita několika pikofaradů) a komunikační vodič. Změnou kapacity kondenzátoru C 0 se obvod naladí na rezonanci s frekvencí fx podle maximálních hodnot indikátoru rezonance. V tomto případě je naměřená frekvence f x rovna vlastní frekvenci obvodu:

f 0 \u003d 1 / (2π * (L0C0) 0,5),

je určena stupnicí kondenzátoru C 0.

Při pevné indukčnosti L 0 je rozsah měřených frekvencí omezen faktorem překrytí, který je chápán jako poměr maximální frekvence ladění frekvenčního měřiče f m k nejnižší frekvenci f n při změně kapacity obvodu z výchozí hodnoty C. n do maxima C m. Počáteční kapacita obvodu C n je složena z počáteční kapacity kondenzátoru C 0, montážních kapacit a kapacit konstantních nebo trimrových kondenzátorů zařazených do obvodu za účelem získání požadovaného poměru překrytí nebo pro jiné účely (obr. 17). V případě potřeby rozšíření rozsahu měřených frekvencí je frekvenční měřič vybaven několika cívkami o různé indukčnosti, výměnnými (obr. 16) nebo přepínatelnými (obr. 17). V druhém případě je vhodné nepoužívané cívky (pokud nejsou stíněné) zkratovat, aby se zabránilo vysávání energie z obvodu frekvenčního měřiče na ladicích frekvencích blízkých vlastním frekvencím těchto cívek; v tomto případě se komunikace se zdrojem kmitů provádí přes připojovací zdířku An nebo pomocí externí vazební cívky L sv z jednoho nebo více závitů, připojené k obvodu pružným vysokofrekvenčním kabelem (obr. 17) .

Indikátory rezonance umožňují opravit stav rezonance maximálním proudem v obvodu nebo maximálním napětím na prvcích obvodu. Indikátory proudu by měly mít nízký odpor a indikátory napětí - vysoký odpor; pak jimi vnesené ztráty do obvodu nezpůsobí znatelné otupení rezonanční charakteristiky obvodu.

Rýže. 16. Schéma měřiče rezonančního kmitočtu s indikátorem proudu a výměnnými smyčkovými cívkami

Jako indikátory proudu se někdy používají termoelektrické miliampérmetry s celkovým odchylkovým proudem do 10 mA, které jsou zapojeny sériově do obvodu měřiče frekvence (obr. 16); při provozu takového frekvenčního měřiče je třeba velmi pečlivě navázat spojení s měřeným objektem a vyhnout se přetížení tepelného zařízení při přiblížení se k rezonanci. Nejjednodušší indikátor proudu může sloužit jako miniaturní žárovka L; v tomto případě se chyba měření přirozeně zvyšuje.

V moderních měřičích frekvence se nejčastěji používají indikátory napětí - vysokofrekvenční voltmetry s ručičkami; poskytují vysokou přesnost indikace s dobrou odolností proti přetížení. Nejjednodušší takový indikátor (obr. 17, a) se skládá z bodové diody D a citlivého magnetoelektrického měřiče A, odsunutý od vysokofrekvenčních složek usměrněného proudu kondenzátorem C2. Měřič frekvence s ukazatelem může být použit jako indikátor intenzity pole při snímání vyzařovacích diagramů vysílacích antén.

Rýže. 17. Schémata rezonančních měřičů kmitočtu s indikátory napětí a přepínatelnými smyčkovými cívkami

Pokud jsou studované kmity modulovány, pak může jako indikátor sloužit vysokoodporový telefon T f (obr. 17, a). V tomto případě je rezonance zaznamenána nejvyšší hlasitostí tónu modulační frekvence. Takový frekvenční měřič je vhodný pro sluchovou kontrolu kvality radiotelefonních vysílačů.

Měřiče rezonančního kmitočtu se vyznačují citlivostí, tj. minimální hodnotou do nich dodávaného vysokofrekvenčního výkonu, při které je zajištěna jasná indikace rezonance; obvykle se pohybuje v rozmezí 0,1-5 mW a při použití žárovky se zvýší na 0,1 W. Pro zvýšení citlivosti se někdy zavádí (za detektorem) do indikátoru rezonance tranzistorový stejnosměrný zesilovač s velkým vstupním odporem; Nejjednodušší zapojení takového zesilovače je na Obr. 17, b.

Při mikrovlnných frekvencích se obvody se soustředěnou konstantou stávají neúčinnými kvůli prudkému poklesu jejich kvalitativního faktoru. V kmitočtovém rozsahu od 100 do 1000 MHz je dosahováno poměrně dobrých výsledků u frekvenčních čítačů se smíšenými obvody se soustředěnou kapacitou a rozloženou indukčností (obr. 18). Jako prvek indukčnosti L0 je použit zakřivený segment (cívka) z postříbřeného měděného drátu nebo trubky o průměru 2-5 mm. Přepínač B určuje podrozsah měření. Frekvenční měřič se nastavuje změnou pracovní délky indukční smyčky L0 pomocí otočného kontaktního jezdce. Horní hranice měřených frekvencí je omezena hodnotou kapacity instalace C m. Komunikace se zdrojem zkoumaných kmitů je realizována přes propojovací smyčku L1.

Rýže. 18. Schéma měřiče rezonančního kmitočtu se smíšeným obvodem

Na Obr. 19 ukazuje schéma širokorozsahového jednomezního frekvenčního měřiče s faktorem překrytí v rozsahu 5-10; zde je prvkem indukčnosti obvodu kovová deska Pl, ohnutá do oblouku a připojená ke statoru St kondenzátoru s proměnnou kapacitou. Po desce se posouvá jezdec, mechanicky a elektricky spojený s rotorem Rot kondenzátoru. Při otáčení rotoru se současně zvyšuje (nebo snižuje) kapacita obvodu i jeho indukčnost. Takové frekvenční měřiče spolu se širokým rozsahem měření mají poměrně vysoký faktor kvality s malými rozměry. V rozsazích metrových, decimetrových a centimetrových vln se k měření parametrů elektromagnetických kmitů používají přístroje využívající oscilační systémy s rozloženými konstantami - segmenty přenosových vedení a dutinové rezonátory.

Rýže. 19. Schéma širokorozsahového jednomezního rezonančního mikrovlnného měřiče kmitočtu

Pro zvýšení stability kalibrační charakteristiky musí mít prvky obvodu měřiče frekvence pevnou a tuhou konstrukci a musí být vyrobeny z materiálů s nízkým teplotním koeficientem. K největší chybě vlivem vnějších faktorů dochází při měření nejvyšších frekvencí každého dílčího pásma, kdy je kapacita kondenzátoru C 0 malá. Pro snížení této chyby se někdy počáteční kapacita obvodu zvýší připojením konstantního nebo trimrového kondenzátoru paralelně s kondenzátorem C 0 (C1 na obr. 17, a). V tomto případě se poměr překrytí frekvence snižuje, což pomáhá snížit chybu měření frekvence, ale zároveň zvyšuje počet požadovaných dílčích rozsahů. Chyba měření se také zmenšuje, je-li nastavovací těleso ovládáno noniem se zpomalením několika desítekkrát. V průmyslových zařízeních je rukojeť nonia často opatřena stupnicí rozdělenou na 100 dílků a dílky jsou aplikovány na hlavní stupnici nastavovacího tělesa frekvenčního měřiče, označující počet plných otáček rukojeti nonia. Když jsou obě stupnice použity společně, je možné získat několik tisíc referenčních bodů; jejich odpovídající četnosti jsou určeny pomocí tabulek nebo grafů.

Restrukturalizace frekvenčního měřiče buzeného zdrojem kmitání frekvence f x způsobí změnu proudu v jeho obvodu v souladu s jeho rezonanční křivkou (obr. 20). Čím vyšší je činitel jakosti obvodu, tím ostřejší je jeho rezonanční křivka a tím menší je možná chyba při fixaci rezonance. Pro dosažení vysokého činitele jakosti musí mít prvky obvodu nízké ztráty a spojení obvodu s indikátorem rezonance a studovaným zdrojem musí být co nejslabší.

Komunikaci s indikátorem lze omezit použitím např. kapacitního děliče napětí (obr. 17, b) s kapacitním poměrem C2 / C1 >> 1. Je však třeba mít na paměti, že zeslabení spojení s el. okruhu vede k nutnosti zvýšit citlivost indikátoru nebo posílit spojení s výzkumným zdrojem.

Při použití přímofrekvenčního kondenzátoru ve frekvenčním měřiči můžete získat téměř jednotnou frekvenční stupnici. Měřiče rezonančního kmitočtu jsou kalibrovány pomocí vzorových heterodynních měřičů kmitočtu a v mikrovlnných oblastech se k tomu používají měřicí vedení. Přibližnou kalibraci lze provést pomocí měřicího generátoru nebo vysílače s hladkým frekvenčním rozsahem.

Rýže. 20. Rezonanční charakteristika měřiče rezonančního kmitočtu

Při měření je frekvenční měřič nebo jeho vazební prvek zaveden do radiační zóny studovaného zdroje. Volbou jejich vzájemné polohy se vytvoří takové spojení, že při rezonanci je ručička indikátoru přibližně uprostřed své stupnice.

Při nízké citlivosti měřiče frekvence je nutné posílit spojení se zdrojem vibrací; to vede ke zploštění rezonanční charakteristiky frekvenčního měřiče, což ztěžuje přesné stanovení stavu rezonance. Pro snížení možné chyby se používá metoda dvou odečtů. Po přibližně naladění měřiče kmitočtu na rezonanci s naměřenou frekvencí f x změna kapacity C 0 se obvod nejprve rozlaďuje v jednom směru a poté v druhém směru od rezonančního kmitočtu, dokud není získán stejný údaj indikátoru (I 1-2). v rozmezí přibližně 50-70 % rezonanční hodnoty I m (obr. 20). Protože toto využívá strmé sklony rezonanční křivky, je možné s velkou přesností určit ladicí frekvence obvodu f 1 a f 2 odpovídající proudu. Naměřená frekvence f x \u003d (f 1 + f 2) / 2.

Pokud jsou zkoumané kmity nesinusové, pak lze frekvenční měřič naladit na jednu z harmonických složek. V tomto případě měřič frekvence detekuje nastavení na řadu dalších frekvencí, které jsou násobky frekvence hlavní oscilace. Ten bude definován jako nejnižší z nalezených rezonančních frekvencí.

Pokud je EMF indukované v obvodu frekvenčního měřiče nedostatečné pro normální činnost rezonančního indikátoru, pak lze měření provést reakční metodou (absorpce, absorpce): naladění na rezonanci je určeno účinkem frekvenčního měřiče na generátorový režim, ze kterého měřící obvod odebírá určitou energii . Mezi obvody generátoru a měřičem frekvence je vytvořeno dostatečně pevné spojení a jeho nastavení se plynule mění. Při rezonanci dosahuje konstantní složka anodového (nebo kolektorového) proudu generátoru maxima a konstantní složka proudu řídicí mřížky (nebo báze) prudce klesá, což lze detekovat, když je k jednomu připojen citlivý DC metr. těchto obvodů. Frekvenční měřič neovlivňuje frekvenci generovaných kmitů, protože při rezonanci vnáší do obvodu generátoru pouze aktivní odpor.

Měřič rezonančního kmitočtu je pasivní zařízení, protože jeho činnost je založena na absorpci energie ze zdroje měřené frekvence. Proto je nevhodný pro přímé měření ladicí frekvence rádiových přijímačů a izolovaných oscilačních obvodů. Nosnou frekvenci radiostanice, na kterou je přijímač naladěn, lze ale reakční metodou změřit poměrně přesně. K tomu je obvod měřiče frekvence připojen k anténnímu obvodu přijímače pomocí vazební cívky, která je součástí tohoto obvodu, nebo přiblížením magnetické antény. Nastavení frekvenčního měniče se mění, dokud není získána rezonance, která je detekována prudkým poklesem hlasitosti audio signálů reprodukovaných přijímačem.

Není tak často nutné přesně zjišťovat frekvenci střídavého proudu ve srovnání s indikátory, jako je napětí a síla proudu. Například pro měření síly proudu můžete použít měřicí kleště, k tomu není ani nutné dotýkat se vodivých částí a napětí kontroluje jakýkoli číselník nebo digitální multimetr. Ke kontrole frekvence, se kterou se mění polarita v obvodech střídavého proudu, tj. počtu jeho celých period, se však používá měřič frekvence. V zásadě může stejnojmenný přístroj měřit i počet mechanických vibrací za určitou dobu, tento článek se však bude zabývat výhradně elektrickou veličinou. Dále vám řekneme, jak měřit frekvenci střídavého proudu pomocí multimetru a frekvenčního měřiče.

Jaká zařízení lze použít

Klasifikace frekvenčních čítačů

Všechna tato zařízení jsou rozdělena do dvou hlavních skupin podle oblasti jejich použití:

Elektrické měření. Používají se pro domácí nebo průmyslové měření frekvence ve střídavých obvodech. Používají se pro frekvenční regulaci otáček asynchronních motorů, protože typ frekvenčního měření otáček je v tomto případě nejúčinnější a nejběžnější.
Rádiové měření. Našel uplatnění výhradně v radiotechnice a dokáže měřit široký rozsah vysokofrekvenčního napětí.

Konstrukčně se měřiče frekvence dělí na panelové, stacionární a přenosné. Přenosná zařízení jsou přirozeně kompaktnější, všestrannější a mobilnější, což radioamatéři hojně využívají.

U jakéhokoli typu měřiče frekvence jsou nejdůležitější vlastnosti, kterým by měl člověk v zásadě věnovat pozornost při nákupu:

Rozsah frekvencí, které může přístroj měřit. Při plánování práce se standardní průmyslovou hodnotou 50 Hz si musíte pečlivě přečíst pokyny, protože ne všechna zařízení to uvidí.
Provozní napětí v obvodech, ve kterých budou probíhat měřicí práce.
Citlivost, tato hodnota je důležitější pro RF zařízení.
Chyba, se kterou může provádět měření.

AC frekvenční multimetr

Nejběžnějším přístrojem, kterým zjistíte velikost kolísání frekvence a které je volně dostupné, je multimetr. Je třeba věnovat pozornost jeho funkčnosti, protože ne každé takové zařízení bude schopno měřit frekvenci střídavého proudu v zásuvce nebo jiném elektrickém obvodu.

Takový tester je nejčastěji velmi skladný, aby se snadno vešel do tašky a byl maximálně funkční, měří kromě frekvence také napětí, proud, odpor, někdy i teplotu vzduchu, kapacitu a indukčnost. Moderní vzhled multimetru a jeho obvody jsou založeny čistě na digitální elektronice pro přesnější měření. Tento multimetr se skládá z:

Informativní indikátor z tekutých krystalů pro zobrazení výsledků měření, umístěný nejčastěji v horní části konstrukce.
Přepínač je v podstatě vyroben ve formě mechanického prvku, který vám umožňuje rychle přejít z měření jedné hodnoty na druhou. Musíte být velmi opatrní, protože například, pokud změříte napětí a spínač je na značce „I“, tedy síla proudu, bude to nevyhnutelně důsledek, který povede nejen k poruše zařízení, ale může také způsobit tepelné popálení obloukem rukou a obličeje osoby.
Zásuvka sondy. S jejich pomocí probíhá přímo elektrické spojení přístroje s měřeným vodivým předmětem. Vodiče by neměly mít trhliny a praskliny v izolaci, zejména jejich špičky, které budou v rukou osoby, která měří.

Ještě bych zmínil speciální nástavce k multimetru, které existují a jsou navrženy speciálně pro zvýšení počtu funkcí běžného zařízení se standardní sadou.

Jak se měří frekvence

Před použitím multimetru, a zejména měřiče frekvence, se musíte znovu pečlivě seznámit s parametry, které má schopnost měřit. Abyste je mohli správně změřit, musíte zvládnout několik kroků:

Zapněte zařízení odpovídajícím tlačítkem na pouzdru, nejčastěji je zvýrazněno jasnou barvou.
Nastavte přepínač na měření frekvence střídavého proudu.
Vyzvednutím dvou sond a jejich zapojením podle návodu v příslušných zásuvkách vyzkoušíme měřící zařízení. Nejprve je třeba zkusit zjistit frekvenci napětí v běžné síti 220 Volt, měla by být 50 Hz (odchylka může být i několik desetin). Tato hodnota je jednoznačně řízena dodavatelem elektrické energie, protože při její změně může dojít k poruše elektrických spotřebičů. Dodavatel odpovídá za kvalitu dodávané elektřiny a přísně dodržuje všechny její parametry. Mimochodem, tato hodnota není standardní ve všech zemích. Propojením výstupů frekvenčního měřiče s výstupy zásuvky se na přístroji zobrazí hodnota cca 50 Hz. Pokud se indikátor liší, bude to jeho chyba a to bude třeba vzít v úvahu při následujících měřeních.

Další alternativní metody měření

Nejúčinnějším a nejjednodušším způsobem kontroly frekvence je použití osciloskopu. Je to osciloskop, který používají všichni profesionální elektronikové, protože na něm můžete vizuálně vidět nejen čísla, ale i samotný diagram. V tomto případě je nutné vypnout vestavěný generátor. Pro začátečníka v elektronice bude poměrně problematické provádět tato měření pomocí tohoto zařízení. O tom jsme řekli v samostatném článku.

Druhou možností je měření pomocí kondenzátorového frekvenčního měniče s rozsahem měření 10 Hz-1 MHz a chybou cca 2 %. Určuje střední hodnotu vybíjecího a nabíjecího proudu, která bude úměrná frekvenci a měřená nepřímo pomocí magnetoelektrického ampérmetru, se speciální stupnicí.

Další metoda se nazývá rezonanční a je založena na jevu rezonance, který se vyskytuje v elektrickém obvodu. Má také stupnici s mechanismem jemného nastavení. Průmyslovou hodnotu 50 Hz však touto metodou ověřit nelze, funguje od 50 000 Hz.

Také byste měli vědět, že existuje frekvenční relé. Obvykle v podnicích, rozvodnách, elektrárnách - to je hlavní zařízení, které řídí změnu frekvence. Toto relé působí na ostatní ochranná a automatizační zařízení, aby udrželo frekvenci na požadované úrovni. Existují různé typy frekvenčních relé s různou funkčností, o tom budeme hovořit v jiných publikacích.

Přesto multimetry a elektronické digitální frekvenční měřiče pracují na obvyklém počtu pulzů, které jsou nedílnou součástí pulzního i jiného střídavého napětí, které nemusí být nutně sinusové po určitou dobu, přičemž poskytují maximální přesnost a nejširší rozsah.