روش های اندازه گیری پارامترهای اصلی تقویت کننده. اندازه گیری فرکانس اندازه گیری ولتاژ فرکانس بالای صوتی صنعتی

برای اولین بار، الزامات تقویت کننده فرکانس صوتی توسط استاندارد آلمانی DIN 45500 در اواسط دهه 60 ایجاد شد. سپس توصیه های کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی IEC 268-3, IEC-581-6 مورد تایید قرار گرفت. روش های اندازه گیری و آزمایش ابزارها و شرایط اندازه گیری پارامترهای اصلی تقویت کننده ها توسط GOST 23849-90 "تجهیزات الکترونیکی خانگی" ایجاد شده است. روش‌های اندازه‌گیری پارامترهای الکتریکی تقویت‌کننده‌های فرکانس صوتی، GOST 24388-88 (ST SEV 1079-78) «تقویت‌کننده‌های سیگنال فرکانس صوتی خانگی. الزامات فنی عمومی، GOST 36033-91 "اندازه گیری جریان DC و تقویت کننده های ولتاژ DC. الزامات فنی عمومی و روش های آزمایش، GOST 12090-80 "فرکانس های اندازه گیری آکوستیک". ردیف های ترجیحی

عملیات اصلی انجام شده هنگام اندازه گیری پارامترهای اصلی تقویت کننده به شرح زیر است:

با توجه به مشخصه دامنه، محدوده دینامیکی تقویت کننده را تعیین می کنیم

D = 20 lg U در حداکثر / U در دقیقه. (1.94)

برای تعیین توان نامی تقویت کننده، از مشخصه دامنه تقویت کننده (شکل 1.94) و نمودار اتصال دستگاه نشان داده شده در شکل 1.95 استفاده می کنیم. عطف مشخصه دامنه (نقطه آ) معمولاً مربوط به توان نامی و همچنین ضریب هارمونیک ولتاژ خروجی است که در مشخصات فنی نشان داده شده است.

نام R = U 2 اینچ حداکثر 1000 / R n. (1.95)

جایی که U in.max.1000 - حداکثر ولتاژ در جریان a.

R n - مقاومت در برابر بار.

ما یک خط مستقیم افقی در سطح -3 دسی بل رسم می کنیم که مطابق با تحمل پذیرفته شده برای پاسخ فرکانس ناهموار است. و پهنای باند P تقویت کننده را تعیین می کنیم.

4. تعریف حساسیت تقویت کننده

پارامتر "حساسیت" معمولاً به عنوان ولتاژ سیگنال فرکانس پایین که باید به ورودی تقویت کننده اعمال شود تا توان اولیه نامی در بار را به دست آورد، درک می شود. حساسیت ورودی در فرکانس 1000 هرتز تعیین می شود. سپس کنترل ولوم (افزایش) روی حداکثر موقعیت صدا و موقعیت سایر کنترل ها مطابق با شرایط اسمی تنظیم می شود.

5 تعریف می کنیم محدودیت های کنترل صدا تحت شرایط فوق اندازه گیری می شود. ابتدا ولتاژ خروجی آمپلی فایر را اندازه گیری کنید. موقعیت لغزنده کنترل صدا با یک تنظیم صاف تغییر می کند تا زمانی که ولتاژ در ورودی تقویت کننده به طور ناگهانی تغییر کند. سپس ولتاژ خروجی دوباره اندازه گیری می شود.

نتایج اندازه گیری با مقدار حد کنترل حجم D g که بر حسب دسی بل توسط فرمول محاسبه می شود، تعیین می شود

D g \u003d 20 lq (U out حداکثر / U out min)، (1.96)

که در آن U out max ولتاژ خروجی تقویت کننده است، زمانی که کنترل صدا در موقعیت حداکثر ولوم قرار دارد.

U out min - ولتاژ در خروجی تقویت کننده هنگامی که کنترل صدا در موقعیت حداقل صدا قرار دارد.

6. تعریف می کنیم محدودیت های کنترل تن- برای فرکانس های پایین و بالا. محدودیت های کنترل تن (نگاه کنید به شکل 1.95) در فرکانس های مشخص شده در مشخصات فنی در یک ولتاژ ورودی که مقدار آن برابر با 0.3 مقدار ولتاژ نامی است تعیین می شود.

مشخصات فرکانس در چنین تقویت کننده هایی حداقل سه بار گرفته می شود. ابتدا، هر دو کنترل تن در موقعیت هایی تنظیم می شوند که با بیشترین انسداد فرکانس های بسیار پایین و بالا مطابقت دارد. مشخصه به دست آمده می تواند به شکل یک منحنی باشد که در شکل 1.97 با عدد 1 نشان داده شده است. سپس دستگیره هر دو کنترل صدا به موقعیت انتهایی دیگر بازگردانده می شود که مربوط به حداکثر فرکانس های پایین و بالا است و اندازه گیری در ولتاژ ورودی انجام می شود که ده برابر (20 دسی بل) کمتر از ولتاژ اسمی است. این مشخصه ممکن است به شکل منحنی 2 در شکل 1.97 باشد. پس از آن، دستگیره های هر دو تنظیم کننده در وضعیت وسط قرار می گیرند و اندازه گیری سوم انجام می شود. اگر مشخصه ای به دست آید یا نزدیک به منحنی 3 پاسخ دهد، آنگاه این اندازه گیری کامل می شود. اگر تفاوت قابل توجهی با این منحنی داشته باشد، با نمونه برداری چنین موقعیت هایی از دستگیره های رگولاتورها پیدا می شود که در آن مشخصه ساده ترین ظاهر می شود و برآوردهای مناسب روی دستگیره های تنظیم کننده ها انجام می شود.

شکل 1.97 - پاسخ فرکانسی تایمبر

از نمودار، شکل 1.97، می توان مشاهده کرد که برای تقویت کننده ای با چنین ویژگی هایی، حد کنترل تون در فرکانس های پایین f n = 70 هرتز و در بالاترین میزان، برابر با f در \u003d 7500 کیلوهرتز است. کنترل تون بین +5 دسی بل تا -10 دسی بل انجام می شود.

مقدار محدودیت های کنترل صدا (بالا و پایین) D در فرکانس های F n و F b با فرمول بر حسب دسی بل تعیین می شود.

D t \u003d 20 lq (U out / U 1000)، (1.97)

که در آن U out ولتاژ خروجی است، به ترتیب، در فرکانس‌های F h و Fb در موقعیت‌های معین کنترل‌های تن (بالا و پایین رفتن). U 1000 - ولتاژ خروجی در فرکانس 1000 هرتز، در P out \u003d P nom.

7. ضریب هارمونیک اندازه گیری با استفاده از ابزارهای خاص - اعوجاج سنج های غیر خطی یا تحلیلگرهای طیف (شکل 1.95) اندازه گیری ها در فرکانس های مشخص شده توسط مشخصات انجام می شود. در مقیاس اعوجاج سنج هارمونیک، می توانید به طور مستقیم اعوجاج هارمونیک را تعیین کنید.

8. هنگام تعیین فاکتور اعوجاج میان مدولاسیون استفاده از دو ژنراتور اندازه گیری برای تنظیم فرکانس هایی که در آن اندازه گیری ها انجام می شود ضروری است. بسته به محدوده فرکانس تقویت کننده، مقادیر این فرکانس ها در اسناد نظارتی و فنی نشان داده شده است. به عنوان مثال، برای تقویت کننده های فرکانس پایین با محدوده 40 هرتز ... 16 کیلوهرتز، مطابق با GOST 23849-87، این فرکانس ها به ترتیب 250 هرتز و 8 کیلوهرتز هستند.

مدار اندازه گیری (شکل 1.98) از ژنراتورها، یک جمع کننده هارمونیک، یک تحلیلگر طیف و یک تقویت کننده تحت آزمایش تشکیل شده است.

شکل 1. 98 - نمودار اتصال دستگاه ها برای اندازه گیری اعوجاج بین مدولاسیون

در خروجی اولین ژنراتور، ولتاژی تنظیم می شود که مقدار آن برابر با 0.8 مقدار اسمی ولتاژ است. و در خروجی دوم - 0.2 U نام. با کمک کنترل صدا در بار، توان برابر با اسمی تنظیم می شود. تحلیلگر طیف ولتاژ خروجی را در ترکیبات فرکانس زیر اندازه گیری می کند: (F 2 + F 1)، (F 2 - F l)، (F 2 + 2F 1)، (F 2 -2F1) ....

نتیجه اندازه گیری مقدار ضریب اعوجاج بین مدولاسیون است که با فرمول محاسبه می شود

Kg \u003d V 2 + 2 / U F 2 100،%. (1.98)

روش فوق برای انجام عملیات فردی توسط GOST 23849-87 "تجهیزات الکترونیکی خانگی، روش های اندازه گیری پارامترهای الکتریکی تقویت کننده های فرکانس صوتی" توصیه می شود.

هدف از کالیبراسیون تقویت کننده های اندازه گیری تعیین مناسب بودن آنها مطابق با مشخصات اندازه شناسی داده شده است. کالیبراسیون ابزارهای اندازه گیری، از جمله تقویت کننده های اندازه گیری، بر اساس اسناد نظارتی و فنی فعلی، استاندارد دولتی اوکراین انجام می شود. مدارک اساسی در امور کالیبراسیون و تست تقویت کننده های اندازه گیری DSTU 3989-2000. Metrology می باشد. کالیبراسیون تجهیزات ویمیرووال مقررات اساسی، سازماندهی، ترتیب انجام و ثبت نتایج. کالیبراسیون به صورت دوره ای توسط خدمات اندازه گیری ایالتی یا دپارتمان انجام می شود. DSTU 2708:2006. مترولوژی تایید تکنیک ویمیرووال سازمان و رویه DSTU 3406:2006. مترولوژی حاکمان در آزمایش تکنیک vimiruvalnoy. مقررات اساسی، سازماندهی، روش انجام و بررسی نتایج.

قبل از اقدام به کالیبراسیون، لازم است با مستندات فنی این تقویت کننده و روش کالیبراسیون آن آشنا شوید. پس از آن ابزار اندازه گیری نمونه و کمکی انتخاب شده و موضوع تطبیق پارامترهای ورودی و خروجی این ابزار و تقویت کننده مورد آزمایش تصمیم گیری می شود. کالیبراسیون با استفاده از ابزارهای اندازه گیری نمونه دقیق تر انجام می شود. حداقل نسبت خطای مجاز میانگین نمونه و تایید شده 1:3 است. هنگام انتخاب یک ابزار اندازه گیری نمونه، نه تنها دقت آن به طور کلی در نظر گرفته می شود، بلکه میزان اطمینان در تعیین خطاهای ابزار اندازه گیری نمونه و کالیبره شده نیز ارزیابی می شود. ولت مترها، تضعیف کننده ها، اعوجاج سنج های غیر خطی، آنالایزرهای طیف، متر مشخصه های فرکانس و گذرا، ژنراتورهای اندازه گیری به عنوان ابزار اندازه گیری هنگام کالیبراسیون تقویت کننده های اندازه گیری استفاده می شوند. علاوه بر این، برای کالیبراسیون تقویت کننده ها، نصبی از نوع K2-41 تولید می شود که در محدوده فرکانس 20 هرتز ... 200 کیلوهرتز استفاده می شود، که به شما امکان می دهد نسبت ولتاژ را از 10 به 10 6 با یک نسبی تنظیم کنید. خطای اندازه گیری 0.3٪.

کالیبراسیون تقویت کننده ها شامل بازرسی خارجی، آزمایش (بررسی عملکرد)، تعیین مشخصات و پارامترهای مترولوژیکی است. عملیات اصلی برای تعیین مشخصات و پارامترهای مترولوژیکی به شرح زیر است: خطاهای بهره در فرکانس اف(مقدار آن در شرح استاندارد یا فنی دستگاه نشان داده شده است؛ برای تقویت کننده های فرکانس پایین - 1 کیلوهرتز). پاسخ فرکانسی ناهموار نسبت به فرکانس F;ضریب هارمونیک ولتاژ خروجی؛ ولتاژ نویز تقویت کننده متصل به ورودی. خطای تنظیم بهره توسط روش جایگزینی با استفاده از یک تضعیف کننده نمونه یا نصب K2-41 با خواندن مستقیم خطا در مقیاس نشانگر تعیین می شود. روش انجام سایر عملیات مشابه روش های اندازه گیری الکتریکی است که در بالا هنگام آزمایش تقویت کننده ها مورد بحث قرار گرفت.

در توصیف تقویت کننده های فرکانس پایین منتشر شده در مجله رادیو و سایر متون فنی رادیویی، مرسوم است که توان اسمی، ضریب اعوجاج غیر خطی، حساسیت و پاسخ فرکانسی آنها را نشان دهند. با توجه به این چهار پارامتر اصلی، می توان کیفیت تقویت کننده و مناسب بودن آن برای اهداف خاص را قضاوت کرد.

این پارامترهای تقویت کننده LF چیست؟ با افزایش بیشتر قدرت، اعوجاج به طور قابل توجهی افزایش می یابد. توانی که در آن اعوجاج به 10% می رسد حداکثر (P max) در نظر گرفته می شود.

اعوجاج غیر خطی در فرآیند تقویت هر سیگنال، حتی یک سیگنال کاملاً سینوسی، به دلیل غیر خطی بودن ویژگی های ترانزیستورها، لوله های خلاء، ترانسفورماتورها و تعدادی دیگر از عناصر تجهیزات، هارمونیک ها در سیگنال تقویت شده ظاهر می شوند - نوساناتی که فرکانس آنها 2 است. 3 یا بیشتر از فرکانس اصلی. این اعوجاج غیر خطی یا هارمونیک است که با افزایش توان تحویلی تقویت کننده به بار افزایش می یابد. آنها با ضریب اعوجاج هارمونیک رتبه بندی می شوند.

ضریب اعوجاج هارمونیک (Kg) که با یک سیگنال ورودی سینوسی با فرکانس ثابت اندازه گیری می شود، به صورت درصدی از ولتاژ کل همه هارمونیک ها U g به ولتاژ خروجی U بیان می شود.

Kg مجاز توسط استانداردهای مربوطه (GOST) تعیین شده است. به عنوان مثال، برای تقویت کننده های گیرنده های رادیویی با فرکانس پایین، رادیو، ضبط صوت، الکتروفون، می تواند 5-7٪ باشد، برای ضبط کننده های نوار خانگی - 5٪. هر چه کلاس تجهیزات رادیویی بالاتر باشد، باید کیلوگرم آن کمتر باشد.

حساسیت اصطلاح حساسیت معمولاً به عنوان ولتاژ سیگنال فرکانس پایین بر حسب میلی ولت درک می شود که باید به ورودی تقویت کننده اعمال شود تا توان خروجی نامی در بار به دست آید. حساسیت اکثر آمپلی فایرها برای پخش فایل های ضبط شده 100-200 میلی ولت و حساسیت تقویت کننده های ضبط ضبط صوت خانگی که از ورودی میکروفون اندازه گیری می شود، 1-2 میلی ولت است.

پاسخ فرکانس تقویت کننده وابستگی ولتاژ سیگنال خروجی به فرکانس در یک ولتاژ ورودی ثابت Uin است. به دلایلی، تقویت کننده های LF سیگنال های فرکانس های مختلف را به طور نابرابر تقویت می کنند. معمولاً پایین‌ترین (f n) و بالاترین (f c) بدترین تقویت‌کننده‌ها هستند، بنابراین ویژگی‌های فرکانس تقویت‌کننده‌ها ناهموار بوده و دارای فرورفتگی یا انسداد در لبه‌ها هستند. فرکانس‌های شدید که در آن افزایش 30٪ (-ZdB) کاهش می‌یابد، مرزهای باند فرکانس تقویت‌شده در نظر گرفته می‌شوند، آنها در اطلاعات پاسپورت تقویت‌کننده نشان داده شده‌اند. پاسخ فرکانس یا باند فرکانس های تقویت شده تقویت کننده های گیرنده های رادیویی شبکه فرکانس پایین می تواند از 100 تا 10000 هرتز باشد و تقویت کننده های گیرنده های ترانزیستوری با اندازه کوچک - از 200 تا 3500 هرتز. هر چه کلاس تقویت کننده بالاتر باشد، باند گسترده تر است. فرکانس های تقویت شده

علاوه بر این پارامترها، برخی دیگر نیز وجود دارد، اما آنها ثانویه یا ناشی از پارامترهای اصلی هستند.

اما رادیو آماتور آمپلی فایر را نصب، آزمایش و تنظیم کرد. چگونه پارامترهای اصلی آن را اندازه گیری کنیم تا آنها را با پارامترهای داده شده مقایسه کنیم؟

اندازه گیری پارامترهای تقویت کننده های فرکانس پایین معمولاً با استفاده از تجهیزات اندازه گیری با دقت بالا انجام می شود. با این حال، در شرایط آماتور می توان این کار را با استفاده از ابزارهای اندازه گیری ساده انجام داد، به عنوان مثال، که در مجله ما در سال های 1971 و 1972 شرح داده شده است. تحت عنوان آزمایشگاه رادیو آماتور. برای منبع تغذیه جداگانه این دستگاه ها به یک ژنراتور فرکانس پایین، یک میلی ولت متر ترانزیستور AC و یکسو کننده نیاز دارید. آمپلی فایر مورد آزمایش معمولا منبع تغذیه خود را دارد. شما همچنین نیاز به یک بار معادل R e - یک مقاومت سیم دارید که مقاومت آن برابر با مقاومت سیم پیچ صدای بلندگوی مورد استفاده در تقویت کننده است، یا یک دستگاه خاص که در مقاله معادل بار جهانی، منتشر شده در Radio No. 12 برای سال 1973.

هیچ اعوجاج سنج غیر خطی (INI) در مجموعه ابزارهای آزمایشگاه رادیو آماتور وجود ندارد، بنابراین، اندازه گیری این پارامتر تقویت کننده باید طبق یک روش ساده شده و همچنین با استفاده از هر اسیلوسکوپ الکترونیکی فرکانس پایین انجام شود. به عنوان مثال LO-70. در این مورد، اندازه گیری ها با حذف ویژگی های دامنه تقویت کننده آغاز می شود - وابستگی ولتاژ خروجی U از سیگنال تقویت شده به ولتاژ ورودی U در، اندازه گیری شده در فرکانس 1000 هرتز (1 کیلوهرتز) با یک بار ثابت R n \u003d R e.

بنابراین، ما به حذف ویژگی های دامنه آمپلی فایر اقدام می کنیم. نمودار اتصال ابزار اندازه گیری با تقویت کننده آزمایش شده در شکل نشان داده شده است. 1a (مدارهای قدرت نشان داده نشده است). سیگنالی با فرکانس 1000 هرتز از خروجی ژنراتور LF (LF) با یک کابل دو سیم محافظ به ورودی تقویت کننده LF (ULF) وارد می شود. نوار کابل و یکی از هسته های آن را در ورودی تقویت کننده زمین می کنیم. ما میلی ولت متر را به سوکت ها وصل می کنیم کنترل خروجی ژنراتور. ما به آرامی دامنه سیگنال ژنراتور را به ولتاژ 0.3 ولت افزایش می دهیم. در این حالت، ولتاژ سیگنال واقعی در ورودی تقویت کننده 30 میلی ولت خواهد بود، زیرا از تضعیف کننده ژنراتور حذف می شود، که سیگنال را 10 برابر کاهش می دهد (1: 10). پس از اندازه گیری ولتاژ ورودی U، میلی ولت متر را به حد اندازه گیری 10 ولت تغییر می دهیم و ولتاژ خروجی U را در بار معادل R e اندازه گیری می کنیم (شکل 1، b). فرض کنید ولتاژ خروجی U 1.2 ولت است. ما یک جدول (جدول 1) جمع آوری می کنیم و نتایج اندازه گیری را در آن می نویسیم: U در \u003d 30 mV، U out \u003d 1.2 V. سپس ولتاژ ورودی را در مراحل 10 افزایش می دهیم. mV و نتایج اندازه گیری را روی جدول بنویسید. و به همین ترتیب تا زمانی که تناسب افزایش ولتاژ خروجی U out نقض شود. در این حالت بر روی صفحه اسیلوسکوپ باید بریدگی قابل توجهی از بالای سینوسی مشاهده شود (شکل 1، ج). برش به دلیل محدودیت متقارن دامنه سیگنال خروجی رخ می دهد و با افزایش اعوجاج تا حدود 10٪ همراه است. این بدان معنی است که تقویت کننده به حداکثر توان خود (P max) رسیده است. سپس کمی U را کاهش می دهیم تا زمانی که اعوجاج سینوسی ناپدید شود (شکل 1، b را ببینید) و در نظر می گیریم که اکنون تقویت کننده توان نامی P nom را می دهد. ولتاژهای خروجی مربوط به Rmax و R nom، به عنوان مثال 4.1 و 3.6V، در جدول مشخص شده است.

اکنون با استفاده از داده های جدول. 1، مشخصه دامنه تقویت کننده را می سازیم (شکل 2). برای انجام این کار، در محور افقی سمت راست صفر، ولتاژهای ورودی U را در میلی ولت و در امتداد محور عمودی به سمت بالا - ولتاژهای خروجی U را بر حسب ولت مشخص می کنیم. تمام مقادیر اندازه گیری شده Uout را روی نمودار با ضربدر علامت گذاری می کنیم و یک خط صاف از بین آنها می کشیم. این خط تا نقطه a مستقیم است و سپس به طور قابل توجهی به سمت پایین منحرف می شود که نشان دهنده نقض وابستگی مستقیم U out / U به داخل و افزایش شدید اعوجاج است.

با دانستن ولتاژ U و مقاومت بار معادل R e، می توانید توان خروجی P را از تقویت کننده برای ولتاژهای مختلف U out محاسبه کنید.

توان خروجی P طبق فرمول زیر از قانون اهم محاسبه می شود:

به عنوان مثال، در Pn = 6.5 اهم و Uout = 1.0 ولت

در خروجی U مربوط به 1.8 ولت، فشار ≈ 0.5 وات و غیره در شکل. در شکل 2، یک محور عمودی دوم به موازات محور U بیرون کشیده شده است، که بر روی آن توان خروجی محاسبه شده P out مشخص شده است.

عطف مشخصه دامنه معمولاً با توان اسمی Rnom تقویت کننده مطابقت دارد، در مثال ما 2 W (حداکثر توان P max ≈ 2.5 W). اگر انحراف مشخصه به وضوح بیان نشود، با استفاده از اسیلوسکوپ با اندازه گیری های مکرر آن را تصفیه می کنیم. سپس میانگین حسابی U را خارج می کنند که در آن اعوجاج سینوسی روی صفحه اسیلوسکوپ با چشم قابل تشخیص نیست.

مقدار عددی ضریب اعوجاج هارمونیک کیلوگرم را می توان با استفاده از یک فیلتر تله تنظیم شده روی فرکانس اصلی 1 کیلوهرتز اندازه گیری کرد. فیلتر بین خروجی تقویت کننده فرکانس پایین و میلی ولت متر متصل می شود (شکل 3). ابتدا U out در موقعیت اول سوئیچ B اندازه گیری می شود. فرض کنید 3.6 V (3600 mV) است. سپس سوئیچ را در موقعیت دوم قرار دهید تا فیلتر روشن شود، ولتاژ هارمونیک U g را اندازه بگیرید، فرض کنید 72 میلی ولت است. پس از آن، ضریب هارمونیک طبق فرمول قبلی محاسبه می شود:

حال با استفاده از مشخصه دامنه، حساسیت تقویت کننده را تعیین می کنیم. از آنجایی که U in در P nom 90 میلی ولت است، بنابراین، حساسیت اسمی تقویت کننده نیز 90 میلی ولت است.

طرح اتصال دستگاه ها با تقویت کننده برای اندازه گیری پاسخ فرکانس یکسان باقی می ماند (شکل 1 را ببینید). فرکانس اصلی سیگنال ورودی یکسان است - 1000 هرتز. با دستگیره دامنه ژنراتور، ولتاژ U را برابر با 20 میلی ولت قرار می دهیم که بعداً در تمام فرکانس ها ثابت نگه می داریم (این ولتاژ که تقریباً پنج برابر کمتر از حساسیت اسمی تقویت کننده است، برای راحتی خواندن انتخاب شد. نتایج اندازه گیری در مقیاس گیج شماره گیری آوومتر). سپس با تغییر ولت متر به خروجی تقویت کننده، ولتاژ را در بار معادل R e اندازه گیری می کنیم. نتایج اندازه گیری در جدول ثبت شده است. 2 در دو خط: در اول - فرکانس f سیگنال ورودی، در دوم - ولتاژ خروجی U خارج می شود. در سربرگ جدول نام تقویت کننده، مقاومت بار معادل R e، ولتاژ ورودی U در را می نویسیم که در آن اندازه گیری می کنیم (در این مثال، 20 میلی ولت).

پس از ثبت نتایج اندازه گیری ها در فرکانس 1000 هرتز، ژنراتور LF را به فرکانس شروع می کنیم، برابر با 72 میلی ولت است. پس از آن، ضریب هارمونیک طبق فرمول قبلی محاسبه می شود:

حال با استفاده از مشخصه دامنه، حساسیت تقویت کننده را تعیین می کنیم. از آنجایی که U in در P nom 90 میلی ولت است، بنابراین، حساسیت اسمی تقویت کننده نیز 90 میلی ولت است.

پاسخ فرکانسی تقویت کننده در توان خروجی به طور قابل توجهی کمتر از توان اسمی اندازه گیری می شود که هرگونه اضافه بار تقویت کننده را حذف می کند. برای مثال، ویژگی های فرکانس تقویت کننده های گیرنده صنعتی در توان خروجی 50 و حتی 5 مگاوات اندازه گیری می شود.

اگر آمپلی فایر نسبتاً ساده باشد و هیچ کنترلی برای صدا نداشته باشد، کنترل صدا روی حداکثر تنظیم می شود و موقعیت آن در طول پاسخ فرکانسی تغییر نمی کند. در حضور یک کنترل کننده ولوم جبران نازک، پاسخ فرکانس در حداکثر، حداقل و چندین موقعیت، بنا به درخواست طراح، میانی کنترل صدا گرفته می شود.

طرح اتصال دستگاه ها با تقویت کننده برای اندازه گیری پاسخ فرکانس یکسان باقی می ماند (شکل 1 را ببینید). فرکانس اصلی سیگنال ورودی یکسان است - 1000 هرتز. با دستگیره دامنه ژنراتور، ولتاژ U را برابر با 20 میلی ولت قرار می دهیم که بعداً در تمام فرکانس ها ثابت نگه می داریم (این ولتاژ که تقریباً پنج برابر کمتر از حساسیت اسمی تقویت کننده است، برای راحتی خواندن انتخاب شد. نتایج اندازه گیری در مقیاس گیج شماره گیری آوومتر). سپس با تغییر ولت متر به خروجی تقویت کننده، ولتاژ را در بار معادل R e اندازه گیری می کنیم. نتایج اندازه گیری در جدول ثبت شده است. 2 در دو خط: در اول - فرکانس f سیگنال ورودی، در دوم - ولتاژ خروجی U خارج می شود. در سربرگ جدول نام تقویت کننده، مقاومت بار معادل R e، ولتاژ ورودی U در را می نویسیم که در آن اندازه گیری می کنیم (در این مثال، 20 میلی ولت).

پس از ثبت نتایج اندازه گیری ها در فرکانس 1000 هرتز، ژنراتور LF را به فرکانس 500 هرتز تغییر می دهیم. ولتاژ ورودی 20 میلی ولت را با یک ولت متر بررسی می کنیم، سپس، تا حد امکان، ولتاژ خروجی تقویت کننده را در بار معادل R e اندازه گیری می کنیم. علاوه بر این، به همین ترتیب، ما در فرکانس های 250، 150، 100، 75، 50 هرتز اندازه گیری می کنیم و نتایج اندازه گیری را در یک جدول ثبت می کنیم (تقویت کننده های آماتور در فرکانس 25 هرتز معمولاً بررسی نمی کنند). پس از آن، یک اندازه گیری کنترلی مکرر در فرکانس 1000 هرتز برای بررسی پایداری تقویت کننده و ابزار اندازه گیری انجام می دهیم.

سپس اندازه گیری ها در فرکانس های بالاتر انجام می شود. پس از فرکانس کنترل 1000 هرتز، سیگنال هایی با فرکانس 2.5 به ورودی تقویت کننده اعمال می کنیم. 5 7.5; 10; 15 کیلوهرتز (اندازه گیری در فرکانس 20 کیلوهرتز فقط هنگام آزمایش تقویت کننده های کلاس بالا انجام می شود). نتایج اندازه گیری را در یک جدول می نویسیم و از آنها برای محاسبه نسبت ولتاژهای خروجی Uin به ولتاژ فرکانس کنترل U1000 استفاده می کنیم. نسبت های حاصل در خط مربوطه جدول ثبت می شود.

مثلا. در فرکانس های 50 هرتز و 15 کیلوهرتز، ولتاژ خروجی Uout = 300 میلی ولت است. بنابراین، رابطه

در فرکانس های 100 هرتز و 10 کیلوهرتز، نسبت ها را داریم

اکنون با داشتن تمام داده های اولیه، به رسم پاسخ فرکانسی تقویت کننده می پردازیم (شکل 4). معمولاً برای این منظور از کاغذ لگاریتمی مخصوص استفاده می شود (درک شنوایی صداهای فرکانس ها و بلندی های مختلف از قانون لگاریتمی پیروی می کند). با این حال، برای ایجاد پاسخ فرکانسی، می توانید از هر کاغذ شطرنجی یا کاغذ گراف استفاده کنید. همانطور که در شکل نشان داده شده است مشخص شده است. 4. ابتدا مقادیر فرکانس را در امتداد محور افقی y رسم کنید. روی انجیر 4، ردیف بالای اعداد مربوط به فرکانس های ثابت ژنراتور LF آزمایشگاه رادیو آماتور است. ردیف پایین اعداد، که با رنگ برجسته شده است، مطابق با فرکانس های توصیه شده توسط GOST برای توصیف با استفاده از تجهیزات اندازه گیری صنعتی است.

سپس در امتداد محور عمودی، که قبلاً 8-10 علامت با فاصله مساوی روی آن ایجاد کرده بودیم، نسبت U f / U 1000 بر حسب دسی بل است. از آنجایی که کاهش یا انسداد پاسخ فرکانسی اندازه گیری شده توسط ما از 6 دسی بل تجاوز نمی کند، خط صفر را در سطح علامت ششم رسم می کنیم و اعداد 0، -1، -2 ... -6 دسی بل را در سمت چپ قرار می دهیم. . همچنین یک خط فرکانس کنترلی 1000 هرتز رسم می کنیم. سپس با استفاده از داده های جدول. 2، ما به طور مداوم علامت هایی را روی فرکانس های اندازه گیری از 50 هرتز تا 15 کیلوهرتز قرار می دهیم. از آنجایی که مشخصه دارای رکود در لبه ها است، علامت ها را از خط صفر به دسی بل پایین می آوریم. به عنوان مثال، در فرکانس 50 هرتز کاهش 6 دسی بل وجود داشت، بنابراین، علامت را در سطح - 6 دسی بل قرار دادیم. برای فرکانس 75 هرتز، علامت را در سطح - dB و غیره قرار می دهیم. یک خط صاف که از طریق این علامت ها کشیده شده است، پاسخ فرکانسی خواهد بود. خط افقی در -3 دسی بل، که مربوط به تحمل پذیرفته شده عمومی برای صافی پاسخ فرکانسی است، در فرکانس های 75 هرتز و تقریبا 12 کیلوهرتز از این مشخصه عبور می کند. بنابراین، پهنای باندی که باید تقویت شود، یا پهنای باند تقویت کننده مورد آزمایش، 75-12000 هرتز با ریپل 3 دسی بل است.

تقویت کننده های باس با کیفیت بالا، علاوه بر کنترل های صدا، معمولا دارای دو کنترل تون مجزا هستند - برای فرکانس های پایین و بالا. مشخصات فرکانس چنین تقویت کننده هایی حداقل سه بار گرفته می شود. اول، هر دو کنترل صدا در موقعیت‌هایی تنظیم می‌شوند که مربوط به بیشترین انسداد فرکانس‌های بسیار پایین و بالا است. مشخصه به دست آمده ممکن است شکل یک منحنی داشته باشد که در شکل. 5 با عدد 1. سپس دستگیره‌های هر دو کنترل صدا به موقعیت شدید دیگر، مربوط به حداکثر افزایش در فرکانس‌های پایین‌تر و بالاتر، چرخانده می‌شوند و اندازه‌گیری‌ها در ولتاژ ورودی ده برابر (20 دسی‌بل) کمتر انجام می‌شود. نسبت به اسمی این مشخصه ممکن است به شکل منحنی 2 باشد (شکل 5).

پس از آن، دسته های هر دو تنظیم کننده در موقعیت های میانی قرار می گیرند و اندازه گیری سوم انجام می شود. اگر مشخصه به دست آمده مطابق یا نزدیک به منحنی 3 باشد، اندازه گیری ها تکمیل می شوند. اگر تفاوت قابل توجهی با این منحنی داشته باشد، با نمونه برداری چنین موقعیت هایی از دستگیره های تنظیم کننده ها پیدا می شود که در آن مشخصه به عنوان ساده ترین مشخصه به دست می آید و علائم مناسب روی دستگیره های تنظیم کننده ها ایجاد می شود.

از نمودار در شکل. به وضوح مشاهده می شود که برای تقویت کننده باس با چنین ویژگی هایی، حد کنترل تون در پایین ترین فرکانس 63 هرتز (طبق GOST) +6 و -6 دسی بل و در بالاترین میزان برابر با 12 کیلوهرتز از حدود + است. 5 تا -10 دسی بل

قبل از بررسی بلندگوها، بلندگوها یا هدفون‌ها، مطمئن شوید که آمپلی‌فایر شما (چه ثابت، چه در بلندگوهای فعال یا کارت صدای کامپیوتر) دارای مشخصات فنی (پارامتر) کافی است. آن ها چقدر راست و پهن است پاسخ فرکانس، آیا او می تواند همه چیز را بدهد فرکانس هابا همان سطح، بدون انسداد در فرکانس های پایین (که اغلب تقصیر تقویت کننده های با کیفیت پایین است).

در همان زمان، می توانید تعیین کنید که آیا اعلام شده سازنده را توسعه می دهد یا خیر حداکثر قدرت(Pmax) و چه چیزی امپدانس خروجی(مسیر) دارد.

تکنیک بررسی مشخصه دامنه فرکانس

برای اندازه گیری مشخصه دامنه فرکانس ( پاسخ فرکانس) در یکی از کانال ها (چپ یا راست) به جای ستون به عنوان بار تقویت کننده، هادی ها را با مقاومت 5-10 اهم وصل کنید. به موازات مقاومت، یک ولت متر AC را وصل کنید (دیجیتال در این مورد راحت تر از یک اشاره گر است) و پس از دادن سیگنال از رایانه مولد فرکانس صوتی(22 کیلوبایت) در فرکانس 1000 هرتز، از کنترل صدا برای تنظیم ولتاژ خروجی استفاده کنید، به عنوان مثال، 1 ولت (1000 میلی ولت)، سپس، بدون تغییر سطح سیگنال، فرکانس ژنراتور را کاهش دهید (در محدوده 1000-100 هرتز با دکمه "-100"، در محدوده 100-20 هرتز دکمه "-10") از 1000 هرتز شروع می شود. و تا 20 هرتز فراگیر (در عین حال، کنترل های تون روی تقویت کننده باید در موقعیت وسط یا غیرفعال باشد، یعنی پاسخ فرکانس آن باید مستقیم (افقی) باشد.

ولتاژ خروجی تقویت کننده نباید بیش از 2 ± دسی بل (یا 1.25 برابر) تغییر کند، اما هر چه کوچکتر باشد بهتر است (در مورد ما باید بین 0.8-1.25 ولت یا 800 -1250 میلی ولت باشد). در حالت ایده آل، همه فرکانس ها در یک سطح خروجی هستند.

خوب، اگر افت ولتاژ در فرکانس های پایین 2 بار یا بیشتر باشد، که مربوط به 6 دسی بل یا بیشتر است (یعنی ولتاژ به 0.5 ولت یا کمتر کاهش می یابد)، در این صورت اسپیکرهای شما هرگز قادر نخواهند بود با تمام شکوه خود صدا داشته باشند. علاوه بر این، با یک پاسخ تقویت کننده غیر خطی، نمی توانید فرکانس رزونانس بلندگوها را به طور دقیق تعیین کنید. نمونه ای از چنین پاسخ فرکانسی غیر خطی در شکل سمت چپ نشان داده شده است (به منحنی آبی مراجعه کنید).

کانال دوم آمپلی فایر نیز به همین ترتیب بررسی می شود. در صورت افت قابل توجه سیگنال در فرکانس های پایین، توصیه می شود تقویت کننده را به تقویت کننده بهتر تغییر دهید.

اندازه گیری امپدانس خروجی تقویت کننده

ضریب میرایی و اعوجاج درون مدولاسیون به مقدار امپدانس خروجی بستگی دارد و همچنین مستقیماً بر ضریب کیفیت کلی سیستم تأثیر می گذارد. امپدانس خروجی تقویت‌کننده قدرت باید در محدوده 1/10-1/1000 مقاومت بار باشد و برای تقویت‌کننده‌های مدرن مقداری از 0.01-0.1 اهم دارد.

برای اندازه گیری آن به عنوان بار تقویت کننده، هادی ها را با مقاومت 4 یا 8 اهم از توان مناسب وصل کنید. به موازات خروجی تقویت کننده، یک ولت متر AC را وصل کنید (دیجیتال در این مورد راحت تر از یک اشاره گر است) و پس از اعمال سیگنال از رایانه مولد فرکانس صوتی(22 کیلوبایت) در فرکانس 1000 هرتز، از کنترل صدا برای تنظیم ولتاژ خروجی در محدوده 1 تا 5 ولت استفاده کنید.

ابتدا باید ولتاژ خروجی تقویت کننده را در حالت بیکار (بدون بار) اندازه گیری کنید. سپس همین کار را با بارگذاری آن روی مقاومت انجام دهید. تمام مقادیر، از جمله Rload، باید تا حد امکان دقیق اندازه گیری شوند. امپدانس خروجی با فرمول محاسبه می شود
مسیر=[(Uхх/Uload)-1]×Rload یا
مسیر=[(Uхх-Uload)/Uload]×Rload. مثال: [(5-4.9)/4.9]×8=0.163 اهم.

بنابراین، امکان تعیین امپدانس خروجی هم در کانال دوم و هم در هر فرکانس وجود دارد.

اندازه گیری حداکثر توان

برخی از کاربران می‌خواهند بدانند که تقویت‌کننده‌هایشان واقعاً چه مقدار نیرو به بار می‌رسانند، بدون اینکه به ویژگی‌های اعلام شده توسط سازندگان اعتماد کنند. می توان آن را انجام داد، اما شما نیاز دارید:

1. مقاومت بار قدرتمند
2. مولد فرکانس صوتی
3. ولت متر ولتاژ AC
4. اسیلوسکوپ

سخت ترین کار این است که خودتان یک مقاومت بار قوی بخرید یا بسازید و یک اسیلوسکوپ پیدا کنید. در موارد شدید، به عنوان یک اسیلوسکوپ، می توانید از رایانه یا لپ تاپ با برنامه "Virtual Oscilloscope" از (حجم 0.3 Mb.) استفاده کنید. شرح مفصلی از عملکرد آن و یک نمودار آداپتور (یک تقسیم کننده ولتاژ برای تطبیق ورودی کارت صدای رایانه با منبع ولتاژ مورد بررسی) در راهنمای برنامه موجود است. مقاومت را می توان از یک کویل آهنی باستانی، یک اجاق گاز الکتریکی یا یک فن بخاری ساخته شده است.

در یکی از کانال ها (چپ یا راست)، به جای بلندگو، هادی ها را به عنوان بار تقویت کننده با مقاومتی مطابق با مقاومت بار محاسبه شده تقویت کننده خود وصل کنید. در دستورالعمل تجهیزات نشان داده شده است و معمولاً 8 یا 4 اهم است. قدرت مقاومت باید به اندازه ای باشد که در حین کار نسوزد، یعنی. نه کمتر از توان خروجی مورد انتظار تقویت کننده (اگر تقویت کننده برای 100 وات در هر کانال اعلام شده باشد، قدرت مقاومت باید 100 وات یا بیشتر باشد).

به موازات مقاومت، یک ولت متر AC (ترجیحا یک اشاره گر، مقدار ولتاژ موثر را نشان می دهد)، و همچنین یک اسیلوسکوپ و پس از ارسال سیگنال از رایانه وصل کنید. مولد فرکانس صوتی( 22 کیلوبایت) در فرکانس 1000 هرتز، از کنترل صدا برای تنظیم ولتاژ خروجی، به عنوان مثال 1 ولت (1000 میلی ولت) استفاده کنید. شکل موج را روی اسیلوسکوپ مشاهده کنید، سپس، بدون تغییر فرکانس، دامنه سیگنال را افزایش دهید.

سینوسی افزایش خواهد یافت ارتفاع، بدون اینکه شکل خود را مخدوش کند، اما در یک نقطه گیر می کند، به نظر می رسد که در برابر "سقف و کف" قرار گرفته است، به جای گرد شدن، قسمت های بالایی و / یا پایین آن افقی می شوند، همانطور که در شکل روی درست است، یعنی سیگنال در دامنه محدود خواهد شد. دامنه را به گونه ای کاهش دهید که سیگنال در آستانه قطع شدن باشد (هنوز شکل گرد را حفظ می کند). ولتاژ نشان داده شده در این لحظه روی ولت متر Umax است. با استفاده از فرمول P=U²/R، حداکثر توان تقویت کننده را محاسبه کنید.

برای مثال Umax=21v. R=4 ساعت Pmax=21²/4=110W. اگر R \u003d 8 اهم است ، Pmax \u003d 55 وات است.

به همین ترتیب، می توانید حداکثر توان خروجی را در پاسخ فرکانس پایین آمپلی فایر (20 هرتز)، یا در فرکانس پایین تر از محدوده فرکانس مشخص شده برای بلندگوهای خود، به عنوان مثال 40، 45 یا 50 هرتز بررسی کنید. محدودیت دامنه سینوسی، در حالت ایده آل، باید کاملاً به صورت متقارن، در هر دو نیم موج سیگنال رخ دهد.

به طور مشابه، توان را در کانال دوم تقویت کننده اندازه گیری کنید.

برو بیرونبه فهرست مطالب

حق چاپ © Poluboyartsev A.V.

مهمترین مشخصه فرآیندهای دوره ای فرکانس است که با تعداد سیکل های کامل (دوره های) نوسانات در واحد بازه زمانی تعیین می شود. نیاز به اندازه گیری فرکانسدر بسیاری از حوزه‌های علم و فناوری، و به ویژه اغلب در الکترونیک رادیویی، که طیف وسیعی از نوسانات الکتریکی از فرکانس‌های مادون پایین تا فرکانس‌های فوق‌العاده را پوشش می‌دهد، رخ می‌دهد.

برای اندازه‌گیری فرکانس منابع برق دستگاه‌های رادیویی الکتریکی، فرکانس‌سنج‌های الکترومغناطیسی، الکترو و فرودینامیکی با ارزیابی مستقیم در مقیاس یک متر نسبت‌سنجی و همچنین فرکانس‌سنج‌های چنگال تنظیم استفاده می‌شود. این ابزارها دارای محدودیت‌های اندازه‌گیری باریکی هستند، معمولاً در 10-% یکی از فرکانس‌های نامی 25، 50، 60، 100، 150، 200، 300، 400، 430، 500، 800، 1000، 12000، H و 1500. با ولتاژ نامی 36، 110، 115، 127، 220 یا 380 ولت کار کند.

فرکانس های بسیار پایین (کمتر از 5 هرتز) را می توان تقریباً با شمارش تعداد دوره های نوسان کامل در یک دوره زمانی ثابت تعیین کرد، به عنوان مثال، با استفاده از یک دستگاه مغناطیسی الکتریکی موجود در مدار مورد مطالعه و یک کرونومتر. فرکانس مورد نظر برابر است با میانگین تعداد دوره های نوسان سوزن ابزار در 1 ثانیه. فرکانس های پایین را می توان با استفاده از روش ولت متر، روش پل، و همچنین روش هایی برای مقایسه با فرکانس مرجع با استفاده از ضربان های صوتی یا اسیلوسکوپ پرتو الکترونی اندازه گیری کرد. در طیف گسترده ای از فرکانس های پایین و بالا، شمارنده های فرکانس بر اساس روش های شارژ-دشارژ خازن و شمارش گسسته کار می کنند. برای اندازه‌گیری فرکانس‌های بالا و فوق‌بالا (از 50 کیلوهرتز و بالاتر)، از فرکانس‌سنج‌ها بر اساس روش‌های تشدید و هتروداین استفاده می‌شود. در فرکانس های مایکروویو (از 100 مگاهرتز و بالاتر)، روش تخمین مستقیم طول موج نوسانات الکترومغناطیسی با استفاده از خطوط اندازه گیری به طور گسترده ای استفاده می شود.

اگر نوسانات مورد مطالعه شکلی غیر از سینوسی داشته باشند، به عنوان یک قاعده، فرکانس هارمونیک اصلی این نوسانات اندازه گیری می شود. اگر لازم است ترکیب فرکانس یک نوسان پیچیده را تجزیه و تحلیل کنید، از دستگاه های خاصی استفاده می شود - تحلیلگرهای طیف فرکانس.

تجهیزات اندازه گیری مدرن امکان اندازه گیری فرکانس های بالا را با خطای نسبی تا 10 -11 فراهم می کند. این بدان معنی است که فرکانس حدود 10 مگاهرتز را می توان با خطای بیش از 0.0001 هرتز تعیین کرد. ژنراتورهای کوارتز، مولکولی و اتمی به عنوان منابع فرکانس‌های مثالی بسیار پایدار و ژنراتورهای چنگال تنظیم در ناحیه فرکانس پایین استفاده می‌شوند. روش‌های تثبیت فرکانس مورد استفاده در ایستگاه‌های پخش، حفظ فرکانس را با خطای نسبی بیش از 10-6 ممکن می‌سازد، بنابراین فرکانس‌های حامل آن‌ها می‌توانند با موفقیت به عنوان فرکانس مرجع در اندازه‌گیری فرکانس استفاده شوند. علاوه بر این، از طریق ایستگاه های رادیویی سرویس زمان و فرکانس ایالتی اتحاد جماهیر شوروی، نوسانات تعدادی از فرکانس های نمونه (100 و 200 کیلوهرتز، 2.5؛ 5؛ 10 و 15 مگاهرتز) به طور منظم مخابره می شود که یک حامل بدون تعدیل هستند. به طور دوره ای با عرضه علائم تماس و سیگنال های زمان دقیق قطع می شود.

در بسیاری از موارد تمرین مهندسی رادیو، هنگام اندازه گیری فرکانس های پایین، خطای حداکثر 5-10٪ می تواند مجاز باشد، و هنگام اندازه گیری فرکانس های بالا - تا 0.1-1٪، که الزامات مدار و طراحی را تسهیل می کند. فرکانس متر استفاده شده

اندازه گیری فرکانس با ولت متر

ساده ترین روش غیرمستقیم اندازه گیری فرکانس است که بر اساس وابستگی مقاومت عناصر راکتیو به فرکانس جریان عبوری از آنها است. یک طرح اندازه گیری ممکن در شکل نشان داده شده است. 1.

برنج. 1. طرح اندازه گیری فرکانس با استفاده از ولت متر

زنجیره ای از یک مقاومت غیر واکنشی R و یک خازن C با تلفات کم به منبع نوسانات فرکانس F x متصل است که پارامترهای آن دقیقاً مشخص است. یک ولت متر AC با مقاومت بالا V با حد اندازه گیری نزدیک به مقدار ولتاژ ورودی به طور متناوب ولتاژهای U R و U C را روی عناصر زنجیره اندازه گیری می کند. از آنجایی که U*R = I*R، و U C = I/(2πF x C) (که در آن I جریان در مدار است)، پس نسبت U R /U C = 2πF x RC، که به این معنی است:

F x \u003d 1 / (2πRC) * U R / R C

مقاومت ورودی ولت متر V باید حداقل 10 برابر مقاومت هر یک از عناصر مدار باشد. با این حال، اگر ولت متر را تنها به عنوان نشانگر برابری ولتاژهای U R و U C، به عنوان مثال، با تغییر صاف در مقاومت R به دست آورد، می توان از تأثیر آن حذف کرد. در این مورد، فرکانس اندازه گیری شده با تعیین می شود. یک فرمول ساده:

Fx = 1/(2πRC) ≈ 0.16/(RC)،

و با ظرفیت ثابت خازن C، مقاومت متغیر R را می توان با مقیاسی با گزارش در مقادیر F x ارائه کرد.

اجازه دهید ترتیب احتمالی فرکانس های اندازه گیری شده را تخمین بزنیم. اگر مقاومت R دارای حداکثر مقاومت R M \u003d 100 کیلو اهم باشد، در C \u003d 0.01 μF، 1000 و 100 pF، حد بالایی اندازه گیری به ترتیب 160، 1600 و 16000 هرتز خواهد بود. هنگام انتخاب R M \u003d 10 کیلو اهم و مقادیر ظرفیت یکسان، این محدودیت ها برابر با 1600 هرتز، 16 و 160 کیلوهرتز خواهد بود. اثربخشی روش به دقت انتخاب نام‌ها و کیفیت عناصر زنجیره RC بستگی دارد.

فرکانس شمار خازنی

برای اهداف عملی، فرکانس‌سنج‌های خواندن مستقیم راحت‌تر هستند و امکان نظارت مداوم بر فرکانس نوسانات مورد مطالعه در مقیاس یک اشاره‌گر را فراهم می‌کنند. اینها، اول از همه، فرکانس‌سنج‌های خازنی هستند که عملکرد آنها بر اساس اندازه‌گیری مقدار متوسط ​​شارژ یا جریان تخلیه خازن مرجع است که به طور دوره‌ای با ولتاژ فرکانس اندازه‌گیری شده f x شارژ می‌شود. از این دستگاه ها برای اندازه گیری فرکانس های 5-10 هرتز تا 200-500 کیلوهرتز استفاده می شود. با خطای اندازه گیری مجاز تقریباً 3-5٪، می توان آنها را طبق طرح های ساده انجام داد که یکی از انواع آن در شکل نشان داده شده است. 2. در اینجا، ترانزیستور T1، که در حالت کلید کار می کند، توسط یک ولتاژ فرکانس f x کنترل می شود که از پتانسیومتر ورودی R1 به پایه آن عرضه می شود. در صورت عدم وجود سیگنال ورودی، ترانزیستور T1 باز است، زیرا پایه آن از طریق مقاومت های R3 و R2 به قطب منفی منبع تغذیه متصل می شود. در این حالت، یک افت ولتاژ U بر روی مقاومت R5 تقسیم کننده R5، R2 ایجاد می شود. دومی، به دلیل وجود یک خازن بزرگ C2، به عنوان ولتاژ تغذیه مرحله ترانزیستور ثابت می شود و تقریباً با تغییرات سریع دوره ای در حالت ترانزیستور تغییر نمی کند. هنگام تنظیم سوئیچ که دردر موقعیت "U-"، متر AND، که به صورت سری با مقاومت اضافی R6 وصل شده است، ولت متری را تشکیل می دهد که ولتاژ ثابت U را در خازن C2 اندازه گیری می کند، که در یک سطح مشخص، به عنوان مثال، 15 ولت، با استفاده از آن حفظ می شود. به جای مقاومت در نظر گرفته شده، یک مدار معمولی می تواند با موفقیت تثبیت ولتاژ پارامتریک را در دیود زنر اعمال کند، که نیازی به نظارت سیستماتیک ندارد.

برنج. 2. طرح یک فرکانس متر خازنی

در نیم چرخه مثبت ولتاژ ورودی فرکانس f x، ترانزیستور T1 بسته می شود و ولتاژ روی کلکتور آن به شدت به مقدار U افزایش می یابد. در این حالت، یک شارژ سریع به ولتاژ نزدیک به U رخ می دهد، یکی از خازن های C، که جریان شارژ آن از متر عبور می کند. وو دیود D2. در نیم چرخه منفی، ترانزیستور T1 باز می شود، مقاومت آن بسیار کوچک می شود، که منجر به تخلیه سریع و تقریبا کامل خازن C با جریان عبوری از دیود D1 می شود. برای یک دوره از فرکانس اندازه گیری شده، مقدار الکتریسیته ای که در هنگام شارژ به خازن وارد می شود و در حین تخلیه از آن خارج می شود، q ≈ CU. از آنجایی که فرآیند شارژ - تخلیه با فرکانس f x تکرار می شود، پس مقدار متوسط منجریان شارژ ثبت شده توسط متر و، مشخص می شود که متناسب با این فرکانس است:

I = q*f x ≈ C*U*f x .

این به شما امکان می دهد متر را با یک مقیاس خطی که مستقیماً در مقادیر فرکانس های اندازه گیری شده کالیبره شده است مجهز کنید.

اگر جریان انحراف کل متر I و ولتاژ ثابت U مشخص باشد، در یک مقدار حدی معین از فرکانس های اندازه گیری شده f p خازن باید دارای ظرفیت باشد.

C \u003d I و / (U * f p).

به عنوان مثال، با رتبه بندی عناصر مدار نشان داده شده در شکل. 2، شمارنده فرکانس را می توان تنظیم کرد تا در محدوده های بالای 100 هرتز، 1، 10 و 100 کیلوهرتز کار کند.

در این مدار، سوئیچ ترانزیستور T1 به طور همزمان وظایف یک تقویت کننده محدود کننده را انجام می دهد، به همین دلیل قرائت های فرکانس متر بستگی زیادی به شکل ولتاژ ورودی ندارد. هر ولتاژ ورودی دوره ای با دامنه تقریباً 0.5 ولت و بالاتر به یک ولتاژ پالسی تقریباً مستطیلی با دامنه ثابت U f تبدیل می شود که مدار اندازه گیری (شمارش) فرکانس متر را تغذیه می کند. خازن C3، شنت متر، موج دار شدن پیکان دومی را هنگام اندازه گیری پایین ترین فرکانس های محدوده عمومی صاف می کند.

مقاومت تریمر R7 که به صورت موازی با متر وصل شده است، برای تصحیح مقیاس فرکانس سنج در طول کار آن عمل می کند. در همان زمان، یک ولتاژ فرکانس مرجع از یک ژنراتور اندازه گیری یا یک شبکه جریان متناوب (50 هرتز) به ورودی فرکانس متر عرضه می شود و با تنظیم مقاومت R7، سوزن متر به تقسیم فرکانس مربوطه منحرف می شود. مقیاس این تنظیم چندین بار تکرار می شود و با تنظیم بالا ولتاژ تغذیه U که با استفاده از مقاومت R2 انجام می شود، متناوب می شود.

ولتاژ ورودی کمتر از 0.3-0.5 ولت ممکن است برای خاموش کردن ترانزیستور T1 در اکثر نیم چرخه مثبت کافی نباشد. سپس خازن C تا ولتاژ U زمان شارژ نخواهد داشت و قرائت فرکانس متر دست کم گرفته می شود. برای افزایش حساسیت ولتاژ ورودی به 20-50 میلی ولت، گاهی اوقات قبل از یک کلید الکترونیکی یک مرحله تقویت کننده وجود دارد که طبق مدار امیتر رایج انجام می شود.

اگر ولتاژ ورودی بیش از حد بالا باشد، ترانزیستور ورودی ممکن است آسیب ببیند. این منجر به نیاز به روشن کردن عناصر محدود کننده یا تنظیم کننده در ورودی می شود، به عنوان مثال، پتانسیومتر R1 در مدار در شکل. 2. ولتاژ ورودی باید به تدریج و به دنبال قرائت های فرکانس متر افزایش یابد و هنگامی که دومی پس از یک بازه افزایش مشخص تثبیت شد، فرکانس f x را می توان تخمین زد. کنترل ولتاژ ورودی به منظور تنظیم آن در سطح بهینه برای این فرکانس متر مفید است، به عنوان مثال، 1.5 ولت. در این مدار، زمانی که متر با دیودهای D1، D2 و مقاومت R4 یک جریان ولت متر AC با حد اندازه گیری تقریباً 3 ولت تشکیل می دهند که ولتاژ گرفته شده از پتانسیومتر R1 را کنترل می کند.

فرکانس‌سنج‌ها، که بر اساس طرح‌های مشابه در نظر گرفته شده ساخته شده‌اند، فقط در ولتاژ ورودی نزدیک به ولتاژ (معمولاً سینوسی) مورد استفاده در اشکال‌زدایی و کالیبره کردن دستگاه، قرائت‌های دقیق کافی را ارائه می‌دهند. فرکانس متر خازنی جهانی به شما امکان می دهد فرکانس ولتاژهای پیوسته و پالسی را با هر شکل و قطبی در طیف گسترده ای از فرکانس ها و ولتاژهای ورودی اندازه گیری کنید. تقسیم کننده - مرحله تطبیق - تقویت کننده - ماشه اشمیت - مدار افتراق با دیود فیلتر - مولتی ویبراتور منتظر - مدار شمارش. یک تقسیم کننده ورودی با مقاومت بالا که معمولاً پله ای است، حداکثر ولتاژ ورودی مجاز را تا صدها ولت افزایش می دهد. امیتر یا دنبال کننده منبع امپدانس ورودی بالایی دستگاه را فراهم می کند و تأثیر آن را بر مدار مورد مطالعه ضعیف می کند. تقویت کننده حداکثر ولتاژ ورودی مجاز را به ده ها میلی ولت کاهش می دهد. نوسانات فرکانس f x تقویت شده توسط آن به طور دوره ای ماشه اشمیت را تحریک می کند، که پالس های مستطیلی با فرکانس تکرار f x ایجاد می کند.

برنج. 3. طرح فرکانس متر خازنی جهانی

از آنجایی که مدت زمان این پالس ها به فرکانس و دامنه سیگنال ورودی بستگی دارد، برای اندازه گیری دقیق فرکانس مناسب نیستند. بنابراین، با کمک یک مدار RC متمایز، هر پالس ماشه مستطیلی به یک جفت پالس نوک تیز با قطبیت های مختلف تبدیل می شود. یکی از این پالس ها که در هنگام فروپاشی موج مربعی رخ می دهد، با استفاده از یک دیود فیلتر می شود و دومی مربوط به لبه موج مربعی ماشه، برای راه اندازی مولتی ویبراتور انتظار استفاده می شود. دومی پالس های مستطیلی با مدت زمان و دامنه کاملاً مشخص تولید می کند که فرکانس تکرار آن، بدیهی است که برابر با f x است. در نتیجه، یک مدار شمارش با خازن های سوئیچ شده با درجه بندی های مختلف، عناصر یکسو کننده و یک نشانگر سنج اندازه گیری فرکانس f x را با استقلال کامل شمارش از دامنه و شکل ولتاژ ورودی فراهم می کند. به منظور کاهش خطای اندازه گیری (در بهترین نمونه ها از 1% تجاوز نمی کند)، مدت زمان بهینه پالس های مولتی ویبراتور در هر حد فرکانس تقریباً برابر با نیمی از دوره بالاترین فرکانس این حد اندازه گیری تنظیم می شود. اگر فرکانس متر جهانی از شبکه AC تغذیه شود، تثبیت پارامتری ولتاژ تصحیح شده الزامی است و فرکانس شبکه 50 هرتز یا مقدار دو برابر شده آن 100 هرتز (فرکانس ضربان) به عنوان مرجع برای اصلاح مقیاس استفاده می شود.

در دستگاه های خاص، نمودار عملکردی در نظر گرفته شده در نسخه های مختلف پیاده سازی می شود. روی انجیر شکل 3 نموداری از یک فرکانس‌سنج جهانی نسبتاً ساده با محدودیت‌های اندازه‌گیری بالایی 200، 2000 و 20000 هرتز را نشان می‌دهد که در آن می‌توان از متر استفاده کرد. وبا جریان انحراف کامل 1-3 میلی آمپر. این دستگاه شامل یک تقسیم کننده گام ورودی R1-R3، یک تقویت کننده در ترانزیستور T1، یک ماشه اشمیت در ترانزیستورهای T2 و T3، یک مدار تمایز C3، R13 با دیود D2 است که فقط پالس های قطب مثبت را عبور می دهد، و یک مولتی ویبراتور منتظر روی ترانزیستورها. T4، T5. یکی از ویژگی های فرکانس متر عدم وجود عناصر یکسو کننده خاص است. AND متر در یکی از بازوهای مولتی ویبراتور گنجانده شده است، برای یک بازه زمانی ثابت توسط پالس های ماشه متفاوت باز می شود و مقدار متوسط ​​جریان کلکتور متناسب با فرکانس f x را ثبت می کند. حدهای اندازه گیری بالایی f p با مدت زمان پالس های مولتی ویبراتور تعیین می شود که با انتخاب مقادیر خازن های C4-C6 با استفاده از مقاومت های برش R18-R20 تنظیم می شوند. از آنجایی که در این مدار همه مدارهای RC شمارش به هم متصل هستند، باید به ترتیب زیر تنظیم شوند: C4-R18، C5-R19 و C6-R20، و به دنبال آن مجدداً تمام محدودیت ها با مقاومت های R18-R20 تنظیم شوند.

خطای اندازه گیری فرکانس متر عمدتاً توسط دقت تنظیم و پایداری مولتی ویبراتور آماده به کار تعیین می شود ، بنابراین ولتاژ تغذیه دومی توسط مقاومت R12 و دیود زنر D1 تثبیت می شود. مقاومت تریمر R4 بایاس بهینه را بر اساس ترانزیستور T1 (4-5 ولت) انتخاب می کند. در صورت وجود محدودیت اندازه گیری فرکانس بالا (مثلا تا 200 کیلوهرتز)، برای افزایش سرعت ماشه و مولتی ویبراتور، اتصال خازن های کوچک (ده ها پیکوفاراد) به صورت موازی با مقاومت های R10 و R15 مفید است.

از آنجایی که تقویت کننده روی ترانزیستور T1 در حالت محدود کننده دامنه کار می کند، با ولتاژ ورودی تا 10-20 ولت، می توانید بدون تقسیم کننده ولتاژ ورودی انجام دهید. در همان زمان، یک مقاومت محدود کننده باید در ورودی گنجانده شود.

فرکانس‌سنج‌های الکترونیکی (دیجیتال)

با توجه به قابلیت های آنها، فرکانس سنج های الکترونیکی شمارش دستگاه های جهانی هستند. هدف اصلی آنها اندازه گیری فرکانس نوسانات مداوم و پالسی است که در محدوده فرکانس وسیع (تقریباً از 10 هرتز تا 100 مگاهرتز) با خطای اندازه گیری بیش از 0.0005٪ انجام می شود. علاوه بر این، آنها به شما امکان می دهند دوره های نوسانات فرکانس پایین، مدت زمان پالس، نسبت دو فرکانس (دوره ها) و غیره را اندازه گیری کنید.

عملکرد فرکانس‌سنج‌های شمارش الکترونیکی بر اساس شمارش گسسته تعداد پالس‌های دریافتی برای یک بازه زمانی کالیبره‌شده به یک شمارنده الکترونیکی با نشانگر دیجیتال است. روی انجیر شکل 4 یک نمودار عملکردی ساده شده از دستگاه را نشان می دهد. ولتاژ فرکانس اندازه گیری شده f x در دستگاه تقویت کننده شکل دهنده به دنباله ای از پالس های تک قطبی تبدیل می شود که با همان فرکانس f x تکرار می شود. برای این منظور، اغلب از یک سیستم تقویت کننده محدود کننده و یک ماشه اشمیت استفاده می شود که در خروجی با یک مدار متمایز کننده و یک محدود کننده دیود تکمیل می شود (همچنین به شکل 3 مراجعه کنید). انتخابگر زمان (کلید الکترونیکی با دو ورودی) این پالس ها را فقط در یک بازه زمانی کاملاً ثابت Δt به شمارنده الکترونیکی ارسال می کند که با مدت زمان پالس مستطیلی که در ورودی دوم آن عمل می کند تعیین می شود. هنگامی که شمارنده m پالس ها را ثبت می کند، فرکانس اندازه گیری شده توسط فرمول تعیین می شود

به عنوان مثال، اگر 5765 پالس در طول زمان Δt = 0.01 ثانیه مشخص شود، آنگاه f x = 576.5 کیلوهرتز.

خطای اندازه گیری فرکانس عمدتاً توسط خطای کالیبراسیون بازه زمانی شمارش انتخاب شده تعیین می شود. جزء اصلی در سیستم برای تشکیل این بازه یک نوسان ساز کوارتز بسیار پایدار است، فرض کنید، با فرکانس 100 کیلوهرتز. نوسانات ایجاد شده توسط آن با کمک گروهی از تقسیم کننده های فرکانس متصل به سری به نوساناتی با فرکانس (f 0) 10 و 1 کیلوهرتز، 100، 10، 1 و 0.1 هرتز تبدیل می شود. که مربوط به دوره های (T 0) 0.0001; 0.001; 0.01; 0.1; 1 و 10 ثانیه (یک یا دو مورد آخر از مقادیر نشان داده شده f 0 و T 0 برای برخی از شمارنده های فرکانس موجود نیست).

نوسانات فرکانس f 0 انتخاب شده (توسط سوئیچ B2) (مقدار عددی دومی ضریب قرائت روی شمارنده است) با استفاده از یک ماشه اشمیت به نوسانات مستطیلی با فرکانس تکرار f 0 تبدیل می شود. تحت عمل آنها، یک پالس بازه ای با مدت زمان Δt = T 0 = 1/f 0 به شکل کاملا مستطیلی در دستگاه کنترل تشکیل می شود. این پالس قرائت‌های شمارنده قبلی را تنظیم مجدد می‌کند و سپس (با تأخیر چند میکروثانیه) وارد انتخابگر می‌شود و آن را برای مدتی Δt باز می‌کند تا پالس‌هایی با نرخ تکرار f x ارسال شود. پس از بستن انتخابگر، تعداد پالس های عبور شده توسط آن m توسط نشانگر شمارنده ثابت می شود و فرکانس اندازه گیری شده با فرمول f x \u003d m * f 0 تعیین می شود.

برنج. 4. نمودار عملکردی ساده شده یک فرکانس متر شمارش الکترونیکی (دیجیتال).

مدار کنترل انتخابگر را می توان به صورت دستی راه اندازی کرد (با فشار دادن دکمه "شروع"). در این حالت، دستگاه کنترل یک پالس با مدت زمان Δt را به انتخابگر می فرستد و شمارنده یک نتیجه اندازه گیری واحد را با زمان نشان دادن نامحدود ایجاد می کند. در حالت اندازه گیری فرکانس خودکار، پالس های رله زمانی به صورت دوره ای تکرار می شوند و نتایج اندازه گیری در بازه های زمانی انتخاب شده به روز می شوند.

فرکانس‌سنج می‌تواند به عنوان منبع نوسان تعدادی از فرکانس‌های مرجع f 0 که با استفاده از نوسان‌گر کوارتز، ضرب‌کننده و تقسیم‌کننده‌های فرکانس به‌دست‌آمده و از یک خروجی خاص گرفته می‌شود، عمل کند. همان ارتعاشات اعمال شده در ورودی فرکانس‌سنج می‌تواند برای بررسی صحت قرائت‌های کنتور مفید باشد.

فرکانس شمار از 4 تا 7 دهه شمارش بر روی مدارهای ماشه و لامپ های نشانگر دیجیتال مونتاژ می شود. تعداد دهه ها حداکثر تعداد ارقام مهم (اعداد) را در نتایج اندازه گیری تعیین می کند. یک خطای شمارش احتمالی که خطای گسسته نامیده می شود، یک واحد در رقم کمترین رقم است. بنابراین، مطلوب است که چنین بازه زمانی شمارشی Δt انتخاب شود که در آن از حداکثر تعداد ارقام شمارنده استفاده شود. بنابراین، در مثالی که در بالا در نظر گرفته شد، با Δt = 0.01 s (f 0 = 100 هرتز)، چهار رقم شمارنده برای شمارش کافی بود و نتیجه اندازه گیری f x = 576.5 کیلوهرتز + 100- هرتز بود. فرض کنید اندازه‌گیری‌ها در Δt = 0.1 ثانیه (f 0 = 10 هرتز) تکرار می‌شوند و یک عدد m = 57653 پالس به دست می‌آید. سپس f x = 576.53 کیلوهرتز + -10 هرتز. یک خطای گسسته حتی کوچکتر (+-1 هرتز) در Δt = 1 ثانیه به دست می آید (در این مورد، شمارنده باید حداقل شش دهه داشته باشد).

هنگام گسترش دامنه اندازه گیری فرکانس متر به سمت فرکانس های بالا، عامل محدود کننده سرعت دهه های تبدیل است. هنگام اجرای مدارهای ماشه روی ترانزیستورهای سیلیکونی با فرکانس بالا (به عنوان مثال، از نوع KT316A)، که دارای زمان جذب بار در پایه حدود 10 ns هستند، فرکانس اندازه گیری شده محدود کننده بالایی می تواند به ده ها مگاهرتز برسد. در برخی از دستگاه‌ها، هنگام اندازه‌گیری فرکانس‌های بالا از مثلاً 10 مگاهرتز، از قبل به فرکانس کمتر از 10 مگاهرتز (به عنوان مثال، فرکانس 86.347 مگاهرتز به فرکانس 6.347 مگاهرتز) با استفاده از روش هتروداین تبدیل می‌شوند (نگاه کنید به ).

عامل محدود کننده حد پایین فرکانس اندازه گیری شده زمان اندازه گیری است. برای مثال، اگر طولانی‌ترین فاصله زمانی شمارش را برای بسیاری از فرکانس‌سنج‌ها Δt = 1 s تنظیم کنیم، وقتی شمارنده 10 پالس را ثبت می‌کند، نتیجه اندازه‌گیری فرکانس f x = 10 = + -1 هرتز خواهد بود، یعنی. خطای اندازه گیری می تواند به 10٪ برسد. برای کاهش خطا، فرض کنید، به 0.01٪، شمردن پالس ها در طول زمان Δt = 1000 ثانیه ضروری است. حتی زمان بیشتری برای اندازه گیری دقیق فرکانس های 1 هرتز یا کمتر مورد نیاز است. بنابراین، در فرکانس‌سنج‌های شمارش الکترونیکی، اندازه‌گیری فرکانس‌های بسیار پایین f x با اندازه‌گیری دوره نوسانات آنها T x \u003d 1 / f x جایگزین می‌شود. مدار اندازه گیری دوره نوسان با تنظیم کلید تشکیل می شود در 1به موقعیت "Tx" (شکل 4). ولتاژ بررسی شده پس از تبدیل در ماشه اشمیت بر روی دستگاه کنترل عمل می کند که در آن یک پالس مستطیلی با مدت زمان Tx تشکیل می شود که انتخابگر زمان را در حالت باز نگه می دارد. در طی این مدت، شمارنده پالس های تولید شده از نوسانات یکی از فرکانس های مرجع f o را که با تنظیم سوئیچ تعیین می شود، ثبت می کند. در 2. با تعداد m پالس های مشخص شده، دوره اندازه گیری شده است

به عنوان مثال، در m = 15625 و f 0 = 1000 هرتز، دوره T x = 15.625 s، که مربوط به فرکانس f x = 1/T x = 0.054 هرتز است. اندازه گیری ها برای کاهش خطای آنها، مطلوب است که در بالاترین فرکانس ممکن f o (البته به استثنای اضافه بار شمارنده) انجام شود. اگر دوره T x< 1 с (f x >1 هرتز)، پس ممکن است منطقی باشد که از نوسانات فرکانس f 0 برابر با 1 یا 10 مگاهرتز استفاده کنیم که پس از ضرب کننده های فرکانس به دست می آیند. در این حالت، حد پایین فرکانس های اندازه گیری شده را می توان تا 0.01 هرتز افزایش داد.

اندازه گیری نسبت دو فرکانس f 1 / f 2 (f 1 > f 2) مربوط به تنظیم کلیدهای B2 در موقعیت "خاموش" و B1 در موقعیت "f x" است. ولتاژی با فرکانس پایین f 2 به پایانه های "f o" اعمال می شود و دوره آن بازه زمانی شمارش Δt را تعیین می کند. ولتاژ فرکانس f 1 عرضه شده به ورودی به پالس هایی تبدیل می شود که تعداد آنها (m) توسط شمارنده در طول زمان Δt = 1/f 2 ثبت می شود. نسبت فرکانس مورد نظر f 1 / f 2 \u003d m (با خطای حداکثر یک). بدیهی است که از این طریق، یافتن نسبت فرکانس‌های متفاوت قابل توجهی منطقی است.

از معایب فرکانس‌سنج‌های الکترونیکی می‌توان به پیچیدگی مدارها، ابعاد و وزن قابل توجه و هزینه بالا اشاره کرد.

روش های اندازه گیری فرکانس اسیلوگرافی

فرکانس اندازه گیری شده را می توان با مقایسه آن با فرکانس مرجع شناخته شده f o تعیین کرد. چنین مقایسه ای اغلب با استفاده از اسیلوسکوپ پرتو الکترونی یا روش های ضربان انجام می شود.

اسیلوسکوپ های پرتوی الکترونی برای اندازه گیری فرکانس نوسانات به شکل عمدتاً سینوسی در محدوده فرکانس از حدود 10 هرتز تا مقدار تعیین شده توسط حد بالایی پهنای باند کانال های انحراف استفاده می شود. خطای اندازه گیری عملاً برابر با خطای کالیبراسیون منبع نوسان (ژنراتور) فرکانس مرجع f 0 است. اغلب، با استفاده از نمودار اتصال نشان داده شده در شکل، اندازه‌گیری‌ها با خاموش کردن اسیلوسکوپ انجام می‌شود. 5. ولتاژ فرکانس های اندازه گیری شده و شناخته شده به طور مستقیم یا از طریق تقویت کننده ها به جفت های مختلف صفحات انحراف CRT عرضه می شود (بسته به اینکه این ولتاژها روی کدام ورودی اسیلوسکوپ عمل می کنند، فرکانس آنها را f x و f y نشان می دهیم). اگر این فرکانس ها به صورت اعداد صحیح با یکدیگر مرتبط باشند، برای مثال 1:1، 1:2، 2:3 و غیره، حرکت پرتو الکترونی یک شخصیت تناوبی پیدا می کند و یک تصویر ثابت به نام شکل Lissajous است. روی صفحه نمایش مشاهده شد شکل این شکل به نسبت دامنه ها، فرکانس ها و مراحل اولیه نوسانات مقایسه شده بستگی دارد.

برنج. 5. طرح اندازه گیری فرکانس به روش شکل Lissajous

روی انجیر شکل 6 تشکیل یک شکل Lissajous را نشان می دهد که دو نوسان سینوسی با فرکانس یکسان و دامنه های مساوی، اما دارای فازهای اولیه متفاوت، در معرض صفحات منحرف کننده لوله قرار می گیرند. این شکل به شکل یک بیضی مایل است که با جابجایی فاز بین نوسانات 0 تا 180 درجه، به یک خط مایل مستقیم منقبض می شود و با جابجایی فاز 90 درجه و 270 درجه، به دایره تبدیل می شود (به طور مشروط در نظر می گیریم). حساسیت به انحراف هر دو جفت صفحه یکسان باشد). اگر دامنه ولتاژ فرکانس های f x و f y برابر نباشد، در حالت دوم، به جای دایره، یک بیضی با محورهای موازی با صفحات صفحات منحرف کننده مشاهده می شود.

برنج. 6. ساخت یک اسیلوگرام با نسبت فرکانس های مقایسه شده f x /f y = 1

اگر نسبت فرکانس f x /f y (یا f y /f x) برابر با دو باشد، شکل روی صفحه به شکل شکل هشت است که در تغییر فاز اولیه 90 و 270 درجه به یک قوس منقبض می‌شود. (تغییر فاز اولیه همیشه با توجه به دوره ولتاژ فرکانس بالاتر ارزیابی می شود). از جدول نشان داده شده در شکل. در شکل 7 مشاهده می شود که هرچه تعداد کسری که نسبت فرکانس های مقایسه شده را مشخص می کند بیشتر باشد، شکل Lissajous پیچیده تر روی صفحه مشاهده می شود.

هنگام اندازه گیری، فرکانس نوسانگر مرجع f 0 (برابر f x یا f y) به آرامی تغییر می کند تا زمانی که یکی از شکل های Lissajous با ساده ترین شکل ممکن روی صفحه ظاهر شود. این رقم به صورت ذهنی با خطوط xx و yy موازی با صفحات منحرف کننده X1، X2 و Y1، Y2 عبور می کند و تعداد تلاقی هر یک از خطوط با شکل شمارش می شود. نسبت اعداد به دست آمده دقیقا برابر با نسبت فرکانس های f x:f y است مشروط بر اینکه خطوط ترسیم شده از نقاط گرهی شکل عبور نکنند و یا مماس بر آن باشند و شکل نوسانات مقایسه شده نزدیک به سینوسی

برنج. 7. ارقام مشاهده شده بر روی صفحه نمایش در نسبت های فرکانسی مختلف f x /f y

با تعیین نسبت f x:f y و دانستن یکی از فرکانس ها، به عنوان مثال f y، به راحتی می توان فرکانس دوم را پیدا کرد.

فرض کنید در فرکانس معلوم f y = 1000 هرتز، شکل نشان داده شده در شکل 1 روی صفحه نمایش به دست می آید. 5. از ساختار نشان داده شده در نقاشی، می توان دریافت که این شکل مربوط به نسبت فرکانس f x: f y \u003d 3: 4 است، از آنجا f x \u003d 750 هرتز.

به دلیل برخی ناپایداری فرکانس های مقایسه شده، نسبت صحیح یا کسری-منطقی ایجاد شده بین آنها به طور مداوم نقض می شود، که منجر به تغییر تدریجی شکل شکل مشاهده شده، عبور متوالی از تمام حالت های فاز ممکن می شود. اگر زمان Δt را ثابت کنیم، که در طی آن شکل یک چرخه کامل از تغییرات فاز (از 0 تا 360 درجه) را تجربه می کند، می توانیم تفاوت بین فرکانس های مقایسه شده را محاسبه کنیم |f x - f y | = 1/Δt، که علامت آن را می توان به راحتی با یک تغییر کوچک در فرکانس f 0 به صورت تجربی تعیین کرد. در فرکانس‌های بالا، حتی یک ناپایداری بسیار کوچک یکی از فرکانس‌ها باعث تغییرات سریعی در شکل Lissajous می‌شود که تعیین نسبت فرکانس غیرممکن می‌شود. این حد بالای فرکانس های اندازه گیری شده را به حدود 10 مگاهرتز محدود می کند.

برنج. 8. طرح اندازه گیری فرکانس به روش اسکن دایره ای با مدولاسیون روشنایی

با نسبت عدد صحیح فرکانس های مقایسه شده بیش از 8-10، یا نسبت کسری آنها با اعداد در مخرج یا صورت بزرگتر از 4-5، به دلیل پیچیدگی شکل Lissajous، احتمال خطا در تعیین نسبت فرکانس واقعی وجود دارد. افزایش. تعیین دقیق نسبت های فرکانس اعداد صحیح نسبتاً بزرگ (تا 30-50) را می توان با استفاده از روش اسکن دایره ای با مدولاسیون روشنایی تصویر انجام داد (شکل 8). در این حالت، ولتاژ فرکانس پایین f 1 با کمک دو زنجیره RC تقسیم فاز یکسان به دو ولتاژ با فرکانس یکسان تبدیل می شود که متقابلاً 90 درجه در فاز جابجا می شوند. هنگامی که این ولتاژها به ترتیب به ورودی های Y و X اسیلوسکوپ اعمال می شود و نسبت دامنه آنها توسط مقاومت های R و کنترل های بهره کانال های Y و X تنظیم می شود، نقطه نوری روی صفحه نمایش در امتداد یک حرکت می کند. منحنی نزدیک به یک دایره؛ دومی با استفاده از کنترل روشنایی به وضوح قابل مشاهده است. یک ولتاژ فرکانس بالاتر f 2 به ورودی مدولاتور M (یا کانال Z) عرضه می‌شود و به طور دوره‌ای شدت پرتو الکترونی و در نتیجه روشنایی بخش‌های جداگانه منحنی رفت و برگشت روی صفحه را افزایش و کاهش می‌دهد. با نسبت فرکانس عدد صحیح f 2: f 1 = m که با تغییر یکی از آنها به دست می آید، منحنی دایره مشاهده شده خط تیره می شود، شامل fبخش های نورانی ثابت با طول مساوی که با شکاف های تاریک از هم جدا شده اند. هنگامی که نسبت صحیح نقض می شود، دایره چین خورده می چرخد، که با سرعت زیاد آن دایره جامد به نظر می رسد.

روش در نظر گرفته شده را می توان برای اندازه گیری فرکانس تکرار f p نوسانات ضربه ای نیز به کار برد. در همان زمان، ولتاژ فرکانس مرجع f 0 یک حرکت دایره ای انجام می دهد، کنترل روشنایی آن را بسته به قطبیت (به ترتیب منفی یا مثبت) نوسانات پالسی عرضه شده به مدولاتور، قابل مشاهده یا نامرئی می کند. مورد دوم در حالت اول، بر روی خط اسکن شکاف های تیره و در حالت دوم نقاط درخشان ایجاد می کند. با تغییر هموار فرکانس f (از حداقل مقدار ممکن آن)، یک رد پالس ثابت یا به آرامی در حال حرکت روی خط اسکن به دست می‌آید، در حالی که f p \u003d f 0.

اندازه‌گیری فرکانس f p نوسانات ضربه‌ای را نیز می‌توان مطابق طرح شکل انجام داد. 5 هنگام اعمال یک ولتاژ سینوسی فرکانس مرجع f 0 به ورودی X و یک ولتاژ پالسی به ورودی Y اسیلوسکوپ. فرکانس جابجایی f 0 \u003d f x به تدریج افزایش می یابد و از پایین ترین مقدار آن شروع می شود تا زمانی که یک تصویر به اندازه کافی پایدار از یک پالس روی صفحه ظاهر شود که در f p \u003d f 0 رخ می دهد. چنین تکنیک اندازه‌گیری احتمال خطا را از بین می‌برد، زیرا یک پالس منفرد روی صفحه نمایش حتی در نسبت‌های فرکانسی دیگر، بیشتر از واحد، f 0: f p مشاهده می‌شود.

اندازه گیری فرکانس با روش های ضربان

منبع نوسانات فرکانس‌های مرجع معمولاً یک نوسان‌گر اندازه‌گیری با تنظیم صاف یا هموار است که فرکانس آن f 0 را می‌توان برابر با فرکانس اندازه‌گیری شده f x تنظیم کرد. اگر فرکانس‌های f 0 و f x صدا باشند، می‌توان با گوش دادن به آهنگ‌های ارتعاشاتی که با استفاده از تلفن یا بلندگو ایجاد می‌کنند، برابری آنها را تقریباً ارزیابی کرد.

خطای اندازه گیری تقریباً به خطای کالیبراسیون ژنراتور اندازه گیری کاهش می یابد، اگر نوسانات الکتریکی هر دو فرکانس مقایسه شده به طور همزمان بر روی تلفن ها مطابق با نمودار در شکل 1 اعمال شود. 9، الف. اگر فرکانس‌های f 0 و f x نزدیک به هم باشند، هنگامی که ارتعاشات مربوطه اضافه می‌شوند، ضربان‌های صوتی ظاهر می‌شوند که خود را با افزایش و کاهش دوره‌ای در شدت صدای T f که در تلفن‌ها شنیده می‌شود، نشان می‌دهند. فرکانس ضربان

را می توان با شمارش تعداد افزایش یا کاهش شدت تن در یک دوره زمانی مشخص توسط گوش تعیین کرد. برای اینکه ضربان ها به اندازه کافی تیز ظاهر شوند، دامنه نوسانات فرکانس های f 0 و f x باید تقریباً یکسان باشد. این نتیجه از بررسی شکل. 9b، که در آن منحنی متوسط ​​نوسانات ضربان دار با فرکانس F نتیجه جمع کردن منحنی های نوسان بالا و پایین مربوط به فرکانس های f 0 و f x است.

برنج. 9. به اصل اندازه گیری فرکانس های پایین به روش ضربان آکوستیک

با تغییر تنظیمات ژنراتور، فرکانس f 0 به فرکانس f x نزدیکتر می شود که با افزایش دوره ضربان تشخیص داده می شود. اگر فرکانس های مقایسه شده منطبق شوند، ضربان ها ناپدید می شوند و صدای یکنواختی در گوشی ها شنیده می شود. به جای تلفن، می توان از یک ولت متر AC به عنوان نشانگر ضربان استفاده کرد. این به ویژه هنگام اندازه گیری فرکانس های بالای 5 کیلوهرتز مفید است که صدای آن به وضوح در تلفن ها شنیده نمی شود.

در فرکانس‌های بالا، مقایسه فرکانس‌های f 0 و f x اغلب با روش ضربان صفر انجام می‌شود. روی انجیر 10 ساده ترین طرح اندازه گیری را نشان می دهد. نوسانات فرکانس f 0 و f x به طور همزمان به مدار دیود D توسط سیم پیچ های جفت L1، L2 و L وارد می شوند. در نتیجه تشخیص نوسان کل در مدار دیود، یک جریان ضربانی ایجاد می شود که شامل اجزای فرکانس های اساسی f 0 و f x و همچنین اجزای هارمونیک های بالاتر و فرکانس های ترکیبی f 0 + f x و |f 0 - f x | . اگر فرکانس های f 0 و f x نزدیک به یکدیگر باشند، آنگاه فرکانس اختلاف ضربان F = |f 0 - f x | ممکن است در فرکانس های صوتی باشد و آهنگ این فرکانس در تلفن های T f شنیده می شود که توسط خازن C از جریان های فرکانس بالا جدا شده است.

برنج. 10. در مورد اصل اندازه گیری فرکانس های بالا به روش ضربان صفر

اگر یکی از فرکانس ها را تغییر دهید، مثلا f o را به فرکانس دیگری نزدیک کنید f x، صدای گوشی ها کاهش می یابد و اگر این فرکانس ها مساوی باشند، ضربات صفر مشاهده می شود که با از دست دادن صدا در صدا مشخص می شود. تلفن ها بنابراین، اندازه گیری فرکانس به تعیین فرکانس نوسانگر مرجع کاهش می یابد، که در آن ضربان صفر رخ می دهد. همانطور که از نمودار در شکل مشاهده می شود. 11، a، هنگام دور شدن از نقطه صفر، فرکانس اختلاف F هم با افزایش و هم با کاهش فرکانس ژنراتور f 0 افزایش می یابد.

برنج. 11. نمودارهای وابستگی فرکانس ضربه به تنظیم مولد فرکانس مرجع

خطای اندازه گیری فرکانس عمدتاً توسط خطای کالیبراسیون فرکانس f 0 نوسانگر مرجع تعیین می شود. با این حال، با اندازه گیری های دقیق، باید خطای احتمالی چند ده هرتز را در نظر گرفت، زیرا سمعک انسان صداهایی را با فرکانس کمتر از فرکانس مشخص F n درک نمی کند. مقادیر دومی در افراد مختلف در محدوده 10-30 هرتز قرار دارد. برای رفع این خطا در سری با تلفن های T f می توانید جریان سنج مغناطیسی را روشن کنید که فلش آن در فرکانس اختلاف بسیار کم F با این فرکانس می زند. با نزدیک شدن به ضربات صفر، نوسانات فلش کاهش می یابد و به راحتی می توان آنها را برای مدت زمان مشخصی شمرد.

ارتباط بین نوسان ساز مرجع و منبع فرکانس اندازه گیری شده نباید قوی باشد تا از وقوع پدیده "گرفتن" جلوگیری شود که منجر به افزایش خطای اندازه گیری شود. با اتصال قوی بین دو اسیلاتور که اختلاف فرکانس بین تنظیمات آنها کم است، یکی از نوسانگرها می تواند فرکانس خود را به دیگری تحمیل کند و هر دو نوسانگر در یک فرکانس نوسان می کنند. در این حالت فرکانس ضربان F مطابق با نمودار شکل 1 تغییر می کند. 11b، یعنی در کل منطقه "گرفتن" برابر با صفر است و هیچ صدایی در تلفن ها وجود ندارد.

به عنوان یک نشانگر حساس ضربان صفر، می توانید از یک اسیلوسکوپ پرتو الکترونی ترجیحا با ورودی باز از طریق کانال Y استفاده کنید. در همان زمان، به جای تلفن، یک مقاومت با مقاومت 50-200 کیلو اهم روشن می شود. بار مدار آشکارساز (شکل 10)، ولتاژی که از آن به ورودی Y اسیلوسکوپ اعمال می شود. هنگامی که جارو روشن است، منحنی ولتاژ فرکانس ضربان F بر روی صفحه نمایش قابل مشاهده است. با نزدیک شدن به ضربات صفر، دوره این ولتاژ افزایش می یابد و در f 0 = f x فقط یک خط رفت و برگشت افقی روی صفحه نمایش قابل مشاهده است. . اگر اندازه گیری ها با جارو خاموش انجام شود، خط عمودی مشاهده شده روی صفحه در f 0 = f x به یک نقطه تبدیل می شود.

عملکرد کالیبراتورهای کوارتز و فرکانس‌سنج‌های هتروداین بر اساس اصل اندازه‌گیری فرکانس‌های بالا به روش ضربان صفر است.

کالیبراتورهای کوارتز

از ابزارهای با دقت بالا که برای اندازه گیری فرکانس های بالا استفاده می شود، ساده ترین آنها کالیبراتورهای کوارتز هستند. آنها به شما امکان می دهند مقیاس دستگاه های دریافت و ارسال رادیویی (ژنراتور) را در تعدادی از نقاط مربوط به فرکانس های کاملاً تعریف شده (مرجع) بررسی کنید.

برنج. 12. نمودار عملکردی کالیبراتور کوارتز

نمودار عملکردی کالیبراتور کوارتز در کاملترین نسخه در شکل نشان داده شده است. 12. جزء اصلی دستگاه یک نوسان ساز کوارتز است که به گونه ای کار می کند که نوساناتی که برانگیخته می شود شکلی کاملاً متفاوت با سینوسی دارند و بنابراین علاوه بر مولفه فرکانس اصلی f 0 تعداد زیادی هارمونیک هایی که فرکانس آنها برابر با 2f 0، 3f 0، 4f 0 و غیره است، در حالی که با افزایش فرکانس، دامنه ها به تدریج کاهش می یابد. معمولاً می توان برای اندازه گیری از ده ها تا چند صد هارمونیک استفاده کرد که پایداری بالایی دارند (معمولاً در 0.01 - 0.001٪) به عنوان فرکانس f 0) که توسط یک تشدید کننده کوارتز (کوارتز) در غیاب دستگاه های خاص تثبیت شده است. به عنوان مثال، ترموستات)، افزایش اثر تثبیت.

نوسانات تحریک شده توسط یک نوسان ساز کوارتز به سوکت (یا گیره) اتصال An وارد می شود که به همراه یک هادی کوچک یا پین متصل به آن، بسته به ماهیت استفاده، نقش آنتن گیرنده یا فرستنده را ایفا می کند. از دستگاه به منظور حفاظ، دستگاه معمولاً در یک محفظه فلزی قرار می گیرد.

هنگام بررسی مقیاس گیرنده های رادیویی، کالیبراتور به عنوان منبع نوسان برای تعدادی از فرکانس های مرجع منتشر شده از طریق سیم ارتباطی عمل می کند. گیرنده به طور متوالی با هارمونیک های مختلف نوسانگر کوارتز تنظیم می شود و نقاط مقیاس مربوطه تعیین می شود. اگر گیرنده در حالت تلگراف کار می کند، تنظیم آن بر روی هارمونیک ژنراتور با ضربات صفر با فرکانس دومین نوسانگر محلی که در تلفن ها یا بلندگوی متصل به خروجی گیرنده شنیده می شود، ثابت می شود. مقیاس گیرنده های بهره مستقیم با بازخوردی که به تولید می رسد بررسی می شود. برای بررسی کالیبراسیون گیرنده هایی که فقط در حالت تلفن کار می کنند، به عنوان مثال، پخش، نوسانات یک نوسان ساز کوارتز باید با فرکانس صوتی مدوله شود، که مستلزم وارد کردن یک ژنراتور نوسان فرکانس 400 یا 1000 هرتز در کالیبراتور است. دستگاه هایی با برق اصلی، ولتاژ با فرکانس 50 یا 100 گاهی اوقات برای مدولاسیون هرتز استفاده می شود. در عین حال، گیرنده با توجه به بالاترین میزان صدای تولید شده توسط بلندگو، یا، به طور دقیق تر، با توجه به حداکثر قرائت های ولت متر متصل به خروجی گیرنده، روی هارمونیک نوسانگر کوارتز تنظیم می شود.

اگر کالیبراتور کوارتز برای آزمایش مقیاس‌های ژنراتورهای فرکانس بالا مانند فرستنده‌های رادیویی نیز در نظر گرفته شده باشد، توسط یک آشکارساز (میکسر) تکمیل می‌شود که ورودی آن به سوکت اتصال An و خروجی کوارتز وصل می‌شود. نوسان ساز نوسانات فرستنده آزمایش شده، القا شده در هادی ارتباطی، ضرباتی را با هارمونیک نوسانگر کوارتز از نظر فرکانس نزدیک به آنها ایجاد می کند. در نتیجه تشخیص، نوسانات فرکانس اختلاف ضربان مشخص می شود که پس از تقویت، در تلفن های T f شنیده می شود. فرستنده به صورت متوالی با فرکانس های تعدادی از هارمونیک های ژنراتور با ضربات صفر تنظیم می شود و بدین وسیله نقاط مربوطه در مقیاس فرکانس فرستنده تعیین می شود.

نقطه ضعف اصلی کالیبراتورهای کوارتز ابهام در نتایج اندازه گیری است، زیرا ضربان صفر این امکان را فراهم می کند که فقط این واقعیت را ثابت کند که فرکانس اندازه گیری شده برابر با یکی از هارمونیک های نوسانگر کریستالی است بدون اینکه تعداد این هارمونیک ثابت شود. برای جلوگیری از خطا در تنظیم فرکانس هارمونیک که ضربات صفر ایجاد می کند، مطلوب است که دستگاه مورد مطالعه دارای مقیاس فرکانسی باشد که تقریباً با استفاده از دستگاهی با تخمین فرکانس بدون ابهام کالیبره شود (فرکانس سنج رزونانس، مولد اندازه گیری و غیره). .)، دقت اندازه گیری آن می تواند کم باشد.

اختلاف فرکانس بین نقاط مرجع مجاور کالیبراتور برابر با فرکانس اصلی نوسانگر کریستالی f 0 است. برای پوشش باندهای اصلی پخش، فرکانس f 0 اغلب برابر با 100 کیلوهرتز در نظر گرفته می شود که امکان بررسی مقیاس دستگاه های رادیویی را تا فرکانس های مرتبه 10 مگاهرتز (λ = 30 متر) فراهم می کند. برای گسترش دامنه فرکانس‌های اندازه‌گیری‌شده به سمت امواج کوتاه‌تر و حذف خطاها در تعیین فرکانس هارمونیک مورد استفاده، می‌توان نوسان‌گر کوارتز را در دو فرکانس پایه ثابت و 10 برابر، معمولاً برابر 100 و 1000 کیلوهرتز، کار کرد. هر یک از این فرکانس ها شبکه ای از نقاط مرجع خود را دارند. اصل اشتراک هر دو فرکانس اساسی را می توان از مثال زیر فهمید. بیایید فرض کنیم که تنظیم فرستنده در فرکانس 7300 کیلوهرتز بررسی شده است. سپس کالیبراتور در ابتدا در فرکانس اصلی 1000 کیلوهرتز روشن می شود. فرستنده با ضربات صفر به فرکانس نزدیک به فرکانس مورد نظر، مضربی از 1000 کیلوهرتز، یعنی تا فرکانس 7000 کیلوهرتز تنظیم می شود. در این فرکانس، احتمال خطا عملاً منتفی است، زیرا نقاط مرجع به ندرت پس از 1000 کیلوهرتز قرار می گیرند. سپس کالیبراتور به فرکانس اصلی 100 کیلوهرتز تغییر می کند. با نصب دقیق کوارتز، ضربات صفر باید حفظ شود. تنظیم فرستنده به آرامی به سمت فرکانس مورد نظر تغییر می کند و نقاط مقیاس مربوط به ضربات صفر در فرکانس های 7100، 7200 و 7300 کیلوهرتز به صورت متوالی مشخص می شوند.

اگر لازم است فاصله بین فرکانس های مرجع مجاور کاهش یابد، از تقسیم کننده های فرکانس استفاده می شود که معمولاً مطابق مدار مولتی ویبراتور، هماهنگ شده روی سیگنال ورودی ساب هارمونیک انجام می شود. بنابراین با استفاده از دو مرحله تقسیم با ضرایب تقسیم برابر با 10، با فرکانس اساسی یک نوسان ساز کوارتز 1 مگاهرتز، نوسانات با فرکانس های اساسی 100 و 10 کیلوهرتز و تعداد زیادی هارمونیک بدست می آید. سپس نقطه مقیاس، به عنوان مثال، مربوط به فرکانس 7320 کیلوهرتز، هنگام عبور از نقاط مرجع در فرکانس های 7000، 7100، 7200، 7300، 7310 و 7320 کیلوهرتز تشخیص داده می شود. با فرکانس پایه 100 کیلوهرتز، با استفاده از دو تقسیم کننده، نوسانات با فرکانس های اساسی 10 و 1 (یا 2) کیلوهرتز بدست می آید، اما هارمونیک آنها در فرکانس های بالا بسیار ضعیف خواهد بود. نوسانات فرکانس ترکیبی با فواصل کم بین نقاط مرجع، اما دارای شدت قابل توجهی، می تواند با مخلوط کردن نوسانات چندین فرکانس اساسی به دست آید.

برنج. 13. طرح یک کالیبراتور کوارتز جهانی

روی انجیر 13 نمودار یک کالیبراتور کوارتز ساده را نشان می دهد که برای اندازه گیری فرکانس ژنراتورها و گیرنده های رادیویی مناسب است. نوسان ساز کریستالی در ترانزیستور T2، بسته به تنظیم سوئیچ، نوسانات فرکانس اصلی 100 یا 1000 کیلوهرتز را تحریک می کند. در 2. تنظیم دقیق فرکانس‌های اصلی به رتبه‌بندی‌ها با تنظیم هسته‌های سیم‌پیچ‌های L1 و L2 انجام می‌شود. اعوجاج شکل موج، لازم برای به دست آوردن تعداد زیادی از اجزای هارمونیک، با اتصال یک دیود D1 بین امیتر و پایه ترانزیستور T2 به دست می آید. اگر نیاز به تعدیل این نوسانات با کلید B1 باشد، یک ژنراتور فرکانس پایین در ترانزیستور T1 راه اندازی می شود. تشخیص ضربان توسط دیود D2 انجام می شود، اجزای فرکانس بالا جریان اصلاح شده توسط خازن C9 فیلتر می شوند.

ولتاژ فرکانس ضربان، تقویت شده توسط ترانزیستور T3، ارتعاشات صوتی را در تلفن های T f ایجاد می کند.

برنج. 14. طرح کالیبراتور کوارتز با تقسیم کننده فرکانس

روی انجیر 14 نمودار یک کالیبراتور کوارتز را نشان می دهد که برای کالیبره کردن مقیاس فرکانس گیرنده های رادیویی طراحی شده است. یک نوسان ساز کوارتز روی ترانزیستورهای T1 و T2 نوسانات فرکانس 100 کیلوهرتز را تحریک می کند. تنظیم دقیق فرکانس به مقدار اسمی را می توان با انتخاب ظرفیت خازن C2 یا یک خازن صاف کننده با ظرفیت کوچک که به موازات مخاطبین نگهدارنده کوارتز متصل است، انجام داد. پارامترهای مولتی ویبراتور در ترانزیستورهای T3، T4، که برای تقسیم فرکانس به 10 برابر عمل می کند، به گونه ای انتخاب می شوند که در حالت خود نوسانات آزاد، نوساناتی با فرکانس کمی کمتر از 10 کیلوهرتز ایجاد می کند. سپس، هنگامی که در معرض نوسانات یک نوسان ساز کوارتز قرار می گیرد، در فرکانس 10 کیلوهرتز همگام می شود. این باید هنگام تنظیم دستگاه به دقت بررسی شود: بین نوسانات هارمونیک های مجاور فرکانس 100 کیلوهرتز، هارمونیک های فرکانس 10 کیلوهرتز باید در 9 نقطه در مقیاس دستگاه مورد آزمایش ظاهر شوند. فراوانی هارمونیک ها با کاهش مدت زمان پالس ها با کمک زنجیره های متمایز کننده C3، R6 و C6، R12 و همچنین تقویت پالس ها توسط یک تقویت کننده پالس در ترانزیستور T5 که در خروجی روشن است، تسهیل می شود.

هنگام کار با کالیبراتورهای کوارتز، باید در نظر داشت که به دلیل قدیمی شدن، فرکانس طبیعی تشدید کننده های کوارتز با گذشت زمان تا حدودی تغییر می کند.

فرکانس شمارهای هترودین

فرکانس شمارهای Heterodyne برای اندازه گیری فرکانس دقیق در محدوده فرکانس بالا صاف استفاده می شود. در اصل، فرکانس‌سنج هترودین با کالیبراتور کوارتز ساخته شده بر اساس نمودار عملکردی در شکل، متفاوت است. 12، تنها با این واقعیت که به جای یک نوسان ساز کوارتز از یک نوسان ساز محلی استفاده می کند، به عنوان مثال، یک نوسان ساز کم مصرف با فرکانس تنظیم مداوم قابل تنظیم. وجود میکسر این امکان را به دستگاه می دهد که نه تنها برای کالیبراسیون مقیاس فرکانس گیرنده های رادیویی، بلکه برای اندازه گیری فرکانس ژنراتورها به روش ضربان صفر نیز استفاده شود. نشان دادن ضربان صفر توسط تلفن، نشانگرهای نور اسیلوگرافی و الکترونیکی و همچنین نشانگر متر انجام می شود.

خطای اندازه گیری فرکانس متر هترودین عمدتاً با پایداری فرکانس نوسانگر محلی و خطای نصب آن تعیین می شود. بنابراین، اسیلاتورهای موضعی اغلب ترجیح داده می شوند که روی لوله های الکترونی اجرا شوند. افزایش پایداری فرکانس با انتخاب صحیح مدار و طراحی نوسان ساز محلی، استفاده از قطعات با ضریب دمای پایین در آن، گنجاندن یک مرحله بافر بین نوسان ساز محلی و مدارهای خروجی، تثبیت ولتاژ تغذیه و گرم شدن طولانی مدت دستگاه تحت جریان قبل از اندازه گیری. برای بهبود صافی تنظیم و دقت تنظیم فرکانس، خازن تنظیم نوسانگر محلی معمولاً از طریق مکانیزم ورنیه با کاهش سرعت زیاد (تا 100-300 بار) کنترل می شود. خواندن مستقیم فرکانس در مقیاس یک خازن با ظرفیت متغیر فقط در ساده ترین طرح ها انجام می شود. در اکثر دستگاه ها، مقیاس با تعداد بسیار زیادی تقسیم (تا چندین هزار) یکنواخت است و قرائت روی آن با استفاده از جداول یا نمودارها به فرکانس تبدیل می شود.

به منظور کاهش تعداد زیر دامنه‌های فرکانس و افزایش پایداری فرکانس، نوسان‌گرهای محلی معمولاً در یک بخش باریک از فرکانس‌های نسبتاً پایین (با ضریب همپوشانی دو) و فرکانس‌های اصلی نوسانات تولید شده و تعدادی از هارمونیک‌های آنها کار می‌کنند. برای اندازه گیری استفاده می شود؛ وقوع مورد دوم با انتخاب حالت عملکرد نوسانگر محلی یا تقویت کننده بافر فراهم می شود. به عنوان مثال، در یک فرکانس‌سنج با کاربرد گسترده نوع Ch4-1 با محدوده کل فرکانس‌های اندازه‌گیری شده از 125 کیلوهرتز تا 20 مگاهرتز، نوسان‌گر محلی دارای دو زیرمجموعه صاف فرکانس‌های اساسی است: 125-250 کیلوهرتز و 2-4 مگاهرتز. در زیر باند اول، هنگام استفاده از هارمونیک های اول، دوم، چهارم و هشتم، می توان باند فرکانسی 125-2000 کیلوهرتز را به آرامی پوشش داد. در زیر باند دوم، هنگام استفاده از هارمونیک های اول، دوم، چهارم و تا حدی پنجم، باند فرکانسی 2-20 مگاهرتز همپوشانی دارد. بنابراین، هر موقعیت دستگیره تنظیم نوسان ساز محلی مربوط به سه یا چهار فرکانس کاری است که مقادیر آنها را می توان از جدول کالیبراسیون تعیین کرد. به عنوان مثال، اندازه گیری فرکانس های 175، 350، 700 و 1400 کیلوهرتز با همان تنظیم نوسانگر محلی به فرکانس اصلی f g = 175 کیلوهرتز انجام می شود.

ابهام فرکانس‌های تنظیم نوسانگر محلی، احتمال خطا در ایجاد هارمونیک را ایجاد می‌کند که با آن نوسانات در فرکانس اندازه‌گیری شده f x ضربات ایجاد می‌کند. بنابراین، هنگام شروع اندازه گیری، لازم است مقدار تقریبی فرکانس f x را بدانیم. با این حال، دومی را نیز می توان با محاسبه با استفاده از خود فرکانس متر هترودین تعیین کرد.

فرض کنید هنگام تغییر تنظیم نوسان ساز محلی، ضربات صفر با فرکانس f x در دو مقدار مجاور فرکانس های اصلی f g1 و f g2 از همان زیر باند نوسانگر محلی به دست می آید. واضح است که فرکانس f x به طور همزمان هارمونیک هر دو فرکانس است، یعنی.

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

که در آن n و (n + 1) به ترتیب اعداد هارمونیک ها برای فرکانس های اساسی f r1 و f r2 هستند (برای f r2< f г1).

با حل برابری حاصل با توجه به n، پیدا می کنیم

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

بنابراین، فرکانس اندازه گیری شده است

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

به عنوان مثال، اگر ضربات صفر در فرکانس های اساسی f g1 ≈ 1650 کیلوهرتز و f g2 ≈ 1500 کیلوهرتز به دست آید، تقریباً f x ≈ 1650*1500/(1650 - 1500) = 16500 کیلوهرتز.

هنگام اندازه گیری فرکانس، باید مراقب خطا به دلیل احتمال ضربات بین نوسانات نوسانگر محلی و هارمونیک فرکانس اندازه گیری شده بود. بنابراین، اندازه گیری ها باید با اتصال ضعیف بین فرکانس متر و ژنراتور مورد مطالعه انجام شود. هنگامی که دستگاه در معرض نوسانات مدوله شده قرار می گیرد، خطای اندازه گیری نیز افزایش می یابد. در این حالت، ضربات با فرکانس اصلی (حامل) در پس زمینه نویز ضربات با فرکانس های جانبی شنیده می شود.

شمارشگرهای فرکانس هترودین از نوع در نظر گرفته شده اندازه گیری فرکانس های بالا را با خطای تقریباً 1 درصد فراهم می کند. کاهش خطای اندازه‌گیری به 0.01% یا کمتر با تکمیل فرکانس‌سنج با یک نوسان‌گر کوارتز به دست می‌آید که بررسی و تصحیح مقیاس نوسان‌گر محلی را در تعدادی از نقاط مرجع قبل از شروع اندازه‌گیری ممکن می‌سازد.

نمودار عملکردی دقیق یک فرکانس‌سنج هترودین با افزایش دقت در شکل نشان داده شده است. 15. نوسان ساز محلی دارای دو زیر محدوده است که تنظیم آن توسط خازن های تنظیم کننده C3 و C4 انجام می شود. فرکانس نوسانات اصلی توسط یک خازن متغیر فرکانس مستقیم C1 تنظیم می شود. سطح سیگنال ورودی (خروجی) توسط پتانسیومتر R تنظیم می شود. نوسانگر کریستالی نوسانات غنی از هارمونیک ایجاد می کند که فرکانس اصلی آن اغلب برابر با 1 مگاهرتز است. انتخاب نوع عملکرد دستگاه بدون ایجاد اختلال در اتصالات بین مرحله ای با روشن یا خاموش کردن برق تک تک اجزا انجام می شود. هنگامی که سوئیچ B2 روی موقعیت 3 ("کوارتز") تنظیم می شود، نوسانگر محلی خاموش می شود و نوسانگر کریستالی روشن می شود. در این حالت فرکانس متر می تواند به عنوان کالیبراتور کوارتز برای اندازه گیری فرکانس روی هارمونیک های ژنراتور استفاده شود. در موقعیت سوئیچ 1 ("LO")، برعکس، نوسانگر کریستالی خاموش است و نوسانگر محلی روشن است. این حالت عادی کارکرد پیشخوان است.

برنج. 15. نمودار عملکردی فرکانس متر هترودین با دقت افزایش یافته

مقیاس فرکانس نوسان ساز محلی با تنظیم سوئیچ B2 در موقعیت 2 ("بررسی") بررسی می شود، زمانی که نوسان ساز محلی و ژنراتور همزمان روشن می شوند، نوسانات آن به آشکارساز تغذیه می شود. در نسبت معینی از فرکانس ها یا هارمونیک های این نوسانات، ضربان های صوتی ایجاد می شود که فرکانس آن با فرمول تعیین می شود.

F \u003d | m * f g - n * f به |،

که در آن f g و f k به ترتیب فرکانس های اساسی نوسان ساز محلی و نوسانگر کوارتز هستند و m و n اعداد صحیح مربوط به اعداد هارمونیک های برهم کنش هستند.

فرکانس ضربان برای تعدادی از فرکانس‌ها در محدوده نوسانگر محلی که شرایط را برآورده می‌کنند برابر با صفر (F = 0) است.

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

این فرکانس ها مرجع نامیده می شوند و به طور خاص در جداول کالیبراسیون مشخص شده اند. بیایید، به عنوان مثال، فرکانس های مرجع (f 0) محدوده نوسانگر محلی 2000-4000 کیلوهرتز را پیدا کنیم، اگر فرکانس اصلی نوسانگر کوارتز f k \u003d 1000 کیلوهرتز باشد:

در m = 1 و n = 2، 3 و 4 f 0 = 2000، 3000 و 4000 کیلوهرتز. در m = 2 و n = 5 و 7 f 0 = 2500 و 3500 کیلوهرتز.

در m = 3 و n = 7، 8، 10 و 11 f 0 = 2333، 2667، 3333 و 3667 کیلوهرتز، و غیره.

باید در نظر گرفت که با افزایش تعداد هارمونیک های برهم کنش، دامنه ضربان کاهش می یابد.

اگر کالیبراسیون مقیاس نوسان ساز محلی نقض شود، هنگامی که دکمه تنظیم آن روی یکی از فرکانس های مرجع تنظیم می شود و نوسان ساز کوارتز روشن می شود، به جای ضربات صفر، نوسانات فرکانس صدا ایجاد می شود که پس از تقویت، شنیده می شود. در تلفن های T f. برای اصلاح (کالیبراسیون) از یک خازن C2 با ظرفیت کوچک استفاده می شود که به موازات خازن تنظیم اصلی C1 متصل می شود: با کمک آن، قبل از شروع اندازه گیری ها، ضربان صفر در نزدیک ترین نقطه مرجع به فرکانس اندازه گیری شده به دست می آید.

بیایید روش راه اندازی فرکانس متر هتروداین را در مثال زیر در نظر بگیریم. بیایید فرض کنیم که می خواهید مقیاس صحیح فرستنده را در فرکانس 10700 کیلوهرتز بررسی کنید. با مراجعه به جدول کالیبراسیون فرکانس متر متوجه می شویم که این فرکانس با فرکانس اصلی 10700/4 = 2675 کیلوهرتز مطابقت دارد. با توجه به جدول یا مقیاس نکات اصلی مشخص می کنیم که نزدیکترین فرکانس مرجع 2667 کیلوهرتز است. سپس در مقیاس خازن C1 فرکانس را روی 2667 کیلوهرتز قرار می دهیم و با قرار دادن سوئیچ B2 در وضعیت "Check" (2) با تصحیح کننده C2 ​​به صفر ضربه می رسیم. سپس سوئیچ B2 را در موقعیت "اسیلاتور محلی" (1) قرار می دهیم و با تنظیم فرکانس نوسانگر محلی روی 2675 کیلوهرتز، مقیاس فرستنده را در این فرکانس بررسی می کنیم.

هنگام اندازه‌گیری فرکانس ناشناخته f x، مقیاس نوسان‌گر محلی در نزدیک‌ترین نقطه مرجع به مقدار مورد انتظار این فرکانس کالیبره می‌شود و سپس در حالت اندازه‌گیری، با تنظیم فرکانس نوسان‌گر محلی، ضربان صفر تنظیم می‌شود.

هنگام کالیبره کردن مقیاس نوسان ساز محلی و همچنین هنگام اندازه گیری فرکانس ژنراتورها، مدولاتور باید خاموش شود. هنگام اندازه گیری فرکانس تنظیم گیرنده ها، واحد فرکانس پایین دستگاه مورد نیاز نیست. از سوئیچ برای خاموش کردن اجزای شمارنده استفاده نشده استفاده کنید. در ساعت 3.

فرکانس سنج هترودین انواع مختلف تولید صنعتی در کل باند فرکانس اندازه گیری شده از 100 کیلوهرتز تا 80 گیگاهرتز را با خطاهای اندازه گیری در محدوده + - (5 * 10 -4 ... 5 * 10 -6) پوشش می دهد. در فرکانس های بسیار بالا، به دست آوردن ضربان صفر دشوار است. بنابراین، در فرکانس‌سنج‌های مایکروویو، گاهی اوقات از فرکانس‌سنج فرکانس پایین (مثلاً خازنی) به عنوان نشانگر استفاده می‌شود. از آن برای تعیین فرکانس ضربان اختلاف F استفاده می شود که اندازه آن برای نتایج اندازه گیری تصحیح می شود.

یک خطای اندازه گیری بسیار کوچک در محدوده فرکانس بسیار وسیع (از کم تا فوق العاده بالا) با ترکیب دو فرکانس متر به دست می آید: شمارش هترودین و الکترونیکی. دومی، علاوه بر استفاده مستقل در محدوده فرکانس ذاتی خود، می تواند برای اندازه گیری دقیق فرکانس تنظیم نوسانگر محلی هنگام رسیدن به ضربات صفر استفاده شود. در این مورد، یک نوسان ساز کوارتز، جداول کالیبراسیون و نمودارها اضافی هستند.

فرکانس شمارهای تشدید کننده

ویژگی‌های فرکانس‌سنج‌های رزونانسی که برای اندازه‌گیری فرکانس‌های بالا و فوق‌بالا استفاده می‌شوند، سادگی طراحی، سرعت عمل و عدم ابهام در نتایج اندازه‌گیری است. خطای اندازه گیری 0.1-3٪ است.

فرکانس‌سنج رزونانسی یک سیستم نوسانی است که با فرکانس اندازه‌گیری شده f x نوسان‌هایی که آن را تحریک می‌کنند، تنظیم می‌شود که از منبع مورد مطالعه از طریق عنصر جفت می‌آیند. فرکانس تشدید از خوانش بدنه تنظیم کالیبره شده تعیین می شود. وضعیت رزونانس با استفاده از یک نشانگر داخلی یا خارجی ثبت می شود.

فرکانس‌سنج‌هایی که فرکانس‌های 50 کیلوهرتز تا 100-200 مگاهرتز را اندازه‌گیری می‌کنند به شکل یک مدار نوسانی از عناصر با ثابت‌های توده‌ای ساخته می‌شوند: یک سلف L 0 و یک خازن متغیر C 0 (شکل 16). E.D.S در مدار فرکانس متر القا می شود. فرکانس اندازه گیری شده f x، به عنوان مثال، به دلیل جفت شدن القایی با منبع نوسانات از طریق سیم پیچ L 0 یا یک آنتن کوچک شلاقی متصل به سوکت An. با یک منبع کم مصرف، ارتباط با منبع دوم می تواند از طریق یک خازن جفت کننده C sv (ظرفیت چند پیکوفاراد) و یک هادی ارتباطی خازنی باشد. با تغییر ظرفیت خازن C 0، مدار با توجه به حداکثر قرائت نشانگر رزونانس روی رزونانس با فرکانس fx تنظیم می شود. در این حالت فرکانس اندازه گیری شده f x برابر با فرکانس طبیعی مدار است:

f 0 \u003d 1 / (2π * (L0C0) 0.5)،

با مقیاس خازن C 0 تعیین می شود.

با یک اندوکتانس ثابت L 0، محدوده فرکانس های اندازه گیری شده توسط ضریب همپوشانی محدود می شود، که به عنوان نسبت حداکثر فرکانس تنظیم فرکانس متر f m به پایین ترین فرکانس f n زمانی که ظرفیت مدار از مقدار اولیه C تغییر می کند، درک می شود. n تا حداکثر C m. ظرفیت اولیه مدار C n از ظرفیت اولیه خازن C 0، ظرفیت های نصب و خازن های خازن های ثابت یا تریمر موجود در مدار به منظور به دست آوردن نسبت همپوشانی مورد نیاز یا برای اهداف دیگر (شکل 17). در صورت لزوم گسترش دامنه فرکانس های اندازه گیری شده، فرکانس متر به چندین سیم پیچ با اندوکتانس مختلف، قابل تعویض (شکل 16) یا قابل تعویض (شکل 17) مجهز می شود. در مورد دوم، برای جلوگیری از مکش انرژی از مدار فرکانس‌سنج در فرکانس‌های تنظیم نزدیک به فرکانس‌های طبیعی این سیم‌پیچ‌ها، توصیه می‌شود سیم‌پیچ‌های بلااستفاده را اتصال کوتاه کنید (اگر محافظ نیستند). در این حالت، ارتباط با منبع نوسانات از طریق سوکت اتصال An یا با استفاده از یک سیم پیچ جفت خارجی L sv از یک یا چند پیچ، که با یک کابل فرکانس بالا انعطاف پذیر به مدار متصل است، انجام می شود (شکل 17). .

نشانگرهای رزونانس به شما امکان می دهند وضعیت تشدید را با حداکثر جریان در مدار یا حداکثر ولتاژ روی عناصر مدار ثابت کنید. نشانگرهای جریان باید دارای مقاومت کم و نشانگرهای ولتاژ - مقاومت بالا باشند. سپس تلفات وارد شده توسط آنها به مدار باعث کاهش قابل توجه مشخصه رزونانس مدار نمی شود.

برنج. 16. طرح یک فرکانس متر تشدید با نشانگر جریان و سیم پیچ های حلقه قابل تعویض

به عنوان نشانگر جریان، گاهی اوقات از میلی‌مترهای ترموالکتریک با جریان انحراف کلی تا 10 میلی آمپر استفاده می‌شود که به صورت سری به مدار فرکانس‌متر متصل می‌شوند (شکل 16). هنگام کار با چنین فرکانس‌سنج، باید با دقت بسیار با جسم اندازه‌گیری ارتباط برقرار کرد و از بارگذاری بیش از حد دستگاه حرارتی هنگام نزدیک شدن به رزونانس جلوگیری کرد. ساده ترین نشانگر جریان می تواند به عنوان یک لامپ رشته ای مینیاتوری L عمل کند. در این حالت خطای اندازه گیری به طور طبیعی افزایش می یابد.

در فرکانس سنج های مدرن، اغلب از نشانگرهای ولتاژ استفاده می شود - ولت مترهای فرکانس بالا با اشاره گر. آنها دقت نشانگر بالایی را با مقاومت اضافه بار خوب ارائه می دهند. ساده ترین چنین نشانگر (شکل 17، a) از یک دیود نقطه ای D و یک متر مغناطیسی حساس تشکیل شده است. و، از اجزای فرکانس بالا جریان یکسو شده توسط خازن C2 جدا شده است. فرکانس‌سنج با اشاره‌گر می‌تواند به عنوان نشانگر قدرت میدان هنگام گرفتن الگوهای تشعشع آنتن‌های فرستنده استفاده شود.

برنج. 17. طرح های فرکانس متر رزونانس با نشانگرهای ولتاژ و سیم پیچ های حلقه سوئیچ پذیر

اگر نوسانات مورد مطالعه مدوله شوند، یک تلفن با مقاومت بالا T f (شکل 17، a) می تواند به عنوان یک نشانگر عمل کند. در این مورد، رزونانس با بالاترین حجم تن فرکانس تعدیل کننده مشخص می شود. چنین فرکانس متری برای کنترل کیفیت شنوایی فرستنده های تلفن رادیویی مناسب است.

فرکانس‌سنج‌های تشدید با حساسیت مشخص می‌شوند، یعنی حداقل مقدار توان فرکانس بالا که به آنها عرضه می‌شود، که در آن نشانه واضحی از رزونانس ارائه می‌شود. معمولاً در محدوده 0.1-5 میلی وات است و هنگام استفاده از لامپ رشته ای به 0.1 وات افزایش می یابد. به منظور افزایش حساسیت، گاهی اوقات یک تقویت کننده DC ترانزیستوری با مقاومت ورودی زیاد (بعد از آشکارساز) به نشانگر رزونانس وارد می شود. ساده ترین مدار چنین تقویت کننده ای در شکل نشان داده شده است. 17، ب.

در فرکانس های مایکروویو، مدارهای انبوه ثابت به دلیل کاهش شدید فاکتور کیفیت آنها بی اثر می شوند. در محدوده فرکانس 100 تا 1000 مگاهرتز، نتایج نسبتاً خوبی در شمارشگرهای فرکانس با مدارهای نوع مختلط که دارای خازن توده ای و اندوکتانس توزیع شده هستند به دست می آید (شکل 18). به عنوان یک عنصر اندوکتانس L0، یک بخش منحنی (کویل) سیم یا لوله مسی با روکش نقره با قطر 2-5 میلی متر استفاده می شود. سوئیچ B زیر محدوده اندازه گیری را تعیین می کند. فرکانس متر با تغییر طول کار حلقه القایی L0 توسط یک لغزنده تماسی چرخشی تنظیم می شود. حد بالایی فرکانس های اندازه گیری شده با مقدار ظرفیت ظرفیت نصب C m محدود می شود. ارتباط با منبع نوسانات مورد بررسی از طریق حلقه اتصال L1 انجام می شود.

برنج. 18. طرح یک فرکانس متر تشدید با مدار نوع مخلوط

روی انجیر 19 نمودار یک فرکانس سنج با محدوده وسیع با ضریب همپوشانی در محدوده 5-10 را نشان می دهد. در اینجا عنصر اندوکتانس مدار یک صفحه فلزی Pl است که به صورت قوس خم شده و به استاتور St خازن با ظرفیت متغیر متصل است. یک نوار لغزنده در امتداد صفحه می لغزد که به صورت مکانیکی و الکتریکی به روتور روتور خازن متصل می شود. هنگامی که روتور می چرخد، هم ظرفیت مدار و هم اندوکتانس آن به طور همزمان افزایش یا کاهش می یابد. چنین فرکانس‌سنج‌هایی همراه با محدوده اندازه‌گیری وسیع، دارای ضریب کیفیت نسبتاً بالایی با ابعاد کوچک هستند. در محدوده امواج متر، دسی متر و سانتی متر، برای اندازه گیری پارامترهای نوسانات الکترومغناطیسی، از دستگاه هایی استفاده می شود که از سیستم های نوسانی با ثابت های توزیع شده - بخش هایی از خطوط انتقال و تشدید کننده های حفره استفاده می کنند.

برنج. 19. طرح فرکانس سنج مایکروویو رزونانس تک محدود با برد وسیع

برای افزایش پایداری مشخصه کالیبراسیون، عناصر مدار فرکانس متر باید دارای طراحی محکم و سفت بوده و از موادی با ضریب دمای پایین ساخته شده باشند. بزرگترین خطا به دلیل تأثیر عوامل خارجی هنگام اندازه گیری بالاترین فرکانس هر زیر باند، زمانی که ظرفیت خازن C 0 کوچک است، رخ می دهد. برای کاهش این خطا، گاهی اوقات ظرفیت اولیه مدار با اتصال یک خازن ثابت یا تراش موازی با خازن C 0 افزایش می یابد (C1 در شکل 17، a). در این حالت نسبت همپوشانی فرکانس کاهش می یابد که به کاهش خطای اندازه گیری فرکانس کمک می کند، اما در عین حال تعداد زیر محدوده های مورد نیاز را افزایش می دهد. اگر بدنه تنظیم از طریق دستگاه ورنیه با کاهش سرعت چندین ده بار کنترل شود، خطای اندازه گیری نیز کاهش می یابد. در دستگاه های صنعتی، دسته ورنیه اغلب با ترازو تقسیم شده به 100 تقسیم ارائه می شود و تقسیم بندی ها در مقیاس اصلی بدنه تنظیم فرکانس متر اعمال می شود که تعداد دورهای کامل دستگیره ورنیه را مشخص می کند. هنگامی که هر دو مقیاس با هم استفاده می شوند، می توان چندین هزار نقطه مرجع را به دست آورد. فرکانس مربوطه آنها با استفاده از جداول یا نمودارها تعیین می شود.

تغییر ساختار فرکانس‌سنج، برانگیخته شده توسط منبع نوسانات فرکانس f x، باعث تغییر در جریان در مدار آن مطابق با منحنی رزونانس دومی می‌شود (شکل 20). هرچه ضریب کیفیت مدار بالاتر باشد، منحنی تشدید آن تیزتر و خطای احتمالی در هنگام رفع تشدید کمتر می شود. برای دستیابی به ضریب کیفیت بالا، عناصر مدار باید تلفات کم داشته باشند و اتصال مدار با نشانگر تشدید و منبع مورد مطالعه باید تا حد امکان ضعیف باشد.

ارتباط با نشانگر را می توان با استفاده از مثلاً یک تقسیم کننده ولتاژ خازنی (شکل 17، ب) با نسبت ظرفیت C2 / C1 >> 1 کاهش داد. با این حال، باید در نظر داشت که تضعیف اتصال با مدار منجر به نیاز به افزایش حساسیت نشانگر یا تقویت ارتباط با منبع تحقیق می شود.

هنگام استفاده از خازن فرکانس مستقیم در فرکانس متر، می توانید یک مقیاس فرکانس تقریبا یکنواخت را بدست آورید. فرکانس‌سنج‌های تشدید با استفاده از فرکانس‌سنج‌های هترودین نمونه کالیبره می‌شوند و در محدوده مایکروویو از خطوط اندازه‌گیری برای این کار استفاده می‌شود. کالیبراسیون تقریبی را می توان با داشتن یک ژنراتور یا فرستنده اندازه گیری با محدوده فرکانس صاف انجام داد.

برنج. 20. مشخصه رزونانس فرکانس متر تشدید

در طول اندازه‌گیری‌ها، فرکانس‌سنج یا عنصر جفت آن به ناحیه تابش منبع مورد مطالعه وارد می‌شود. با انتخاب موقعیت نسبی آنها، چنین ارتباطی برقرار می شود که در رزونانس سوزن نشانگر تقریباً در وسط مقیاس خود قرار می گیرد.

با حساسیت کم فرکانس متر، لازم است اتصال با منبع ارتعاشات تقویت شود. این منجر به مسطح شدن مشخصه تشدید فرکانس‌سنج می‌شود که رفع دقیق وضعیت تشدید را دشوار می‌کند. برای کاهش خطای احتمالی از روش دو قرائت استفاده می شود. پس از تنظیم تقریبی فرکانس‌سنج برای رزونانس با فرکانس اندازه‌گیری شده f x تغییر در ظرفیت C 0، مدار ابتدا در یک جهت و سپس در جهت دیگر از فرکانس تشدید جدا می‌شود تا زمانی که همان نشانگر (I 1-2) به دست آید. در حدود 50-70٪ مقدار تشدید Im (شکل 20). از آنجایی که این از شیب های تند منحنی تشدید استفاده می کند، می توان فرکانس های تنظیم مدار f 1 و f 2 مربوط به جریان را با دقت زیادی تعیین کرد. فرکانس اندازه‌گیری شده f x \u003d (f 1 + f 2) / 2.

اگر نوسانات مورد بررسی غیر سینوسی باشند، می توان فرکانس سنج را روی یکی از هارمونیک ها تنظیم کرد. در این حالت، فرکانس‌سنج تنظیم را روی تعدادی فرکانس دیگر که مضربی از فرکانس نوسان اصلی هستند، تشخیص می‌دهد. دومی به عنوان پایین ترین فرکانس تشدید یافت شده تعریف می شود.

اگر EMF القا شده در مدار فرکانس متر برای عملکرد عادی نشانگر رزونانس کافی نباشد، اندازه گیری را می توان با روش واکنش (جذب، جذب) انجام داد: تنظیم به رزونانس با تأثیر فرکانس متر بر روی رزونانس تعیین می شود. حالت ژنراتور که مدار اندازه گیری مقداری انرژی از آن جذب می کند. یک اتصال به اندازه کافی قوی بین مدارهای ژنراتور و فرکانس متر برقرار می شود و تنظیم دومی به آرامی تغییر می کند. در تشدید، مولفه ثابت جریان آند (یا کلکتور) ژنراتور به حداکثر می رسد و مولفه ثابت شبکه کنترل (یا پایه) جریان به شدت کاهش می یابد، که زمانی که یک متر DC حساس به یک متر متصل می شود، قابل تشخیص است. از این مدارها فرکانس سنج بر فرکانس نوسانات ایجاد شده تأثیر نمی گذارد، زیرا در رزونانس فقط مقاومت فعال را به مدار ژنراتور وارد می کند.

فرکانس متر تشدید یک دستگاه غیرفعال است، زیرا عملکرد آن بر اساس جذب انرژی از منبع فرکانس اندازه گیری شده است. بنابراین برای اندازه گیری مستقیم فرکانس تنظیم گیرنده های رادیویی و مدارهای نوسانی ایزوله نامناسب است. با این حال، فرکانس حامل ایستگاه رادیویی که گیرنده روی آن تنظیم می شود را می توان با روش واکنش کاملاً دقیق اندازه گیری کرد. برای انجام این کار، مدار فرکانس متر به وسیله یک سیم پیچ کوپلینگ موجود در این مدار یا با نزدیک شدن به یک آنتن مغناطیسی به مدار آنتن گیرنده متصل می شود. تنظیم فرکانس متر تا زمانی که رزونانس به دست آید تغییر می کند که با افت شدید حجم سیگنال های صوتی بازتولید شده توسط گیرنده تشخیص داده می شود.

در مقایسه با شاخص هایی مانند ولتاژ و قدرت جریان، اغلب لازم نیست دقیقا فرکانس جریان متناوب را پیدا کنید. به عنوان مثال، برای اندازه گیری قدرت جریان، می توانید از گیره های اندازه گیری استفاده کنید، برای این کار حتی نیازی به تماس با قطعات رسانا نیست و هر صفحه یا مولتی متر دیجیتال ولتاژ را بررسی می کند. با این حال، برای بررسی فرکانس تغییر قطبیت در مدارهای جریان متناوب، یعنی تعداد دوره های کامل آن، از فرکانس متر استفاده می شود. اصولاً دستگاهی با همین نام می تواند تعداد ارتعاشات مکانیکی را در یک بازه زمانی مشخص نیز اندازه گیری کند، اما این مقاله منحصراً به کمیت الکتریکی می پردازد. در مرحله بعد به شما خواهیم گفت که چگونه فرکانس جریان متناوب را با مولتی متر و فرکانس متر اندازه گیری کنید.

از چه دستگاه هایی می توان استفاده کرد

طبقه بندی فرکانس شمار

تمامی این دستگاه ها با توجه به حوزه کاربردشان به دو گروه اصلی تقسیم می شوند:

1. اندازه گیری الکتریکی آنها برای اندازه گیری فرکانس خانگی یا صنعتی در مدارهای AC استفاده می شوند. آنها برای تنظیم فرکانس سرعت موتورهای ناهمزمان استفاده می شوند، زیرا نوع اندازه گیری فرکانس سرعت، در این مورد، موثرترین و رایج ترین است.
2. اندازه گیری رادیویی کاربرد منحصراً در مهندسی رادیو یافت می شود و می تواند طیف گسترده ای از ولتاژ فرکانس بالا را اندازه گیری کند.

بر اساس طراحی، فرکانس مترها به پانل، ثابت و قابل حمل تقسیم می شوند. به طور طبیعی، دستگاه های قابل حمل فشرده تر، همه کاره تر و متحرک هستند که به طور گسترده توسط آماتورهای رادیویی استفاده می شود.

برای هر نوع فرکانس‌سنج، مهم‌ترین ویژگی‌هایی که اصولاً فرد هنگام خرید باید به آن توجه کند عبارتند از:

• محدوده فرکانس هایی که دستگاه می تواند اندازه گیری کند. هنگام برنامه ریزی کار با مقدار استاندارد صنعتی 50 هرتز، باید دستورالعمل ها را به دقت بخوانید، زیرا همه دستگاه ها قادر به دیدن آن نیستند.
• ولتاژ کار در مدارهایی که کار اندازه گیری در آنها انجام خواهد شد.
• حساسیت، این مقدار برای دستگاه های RF اهمیت بیشتری دارد.
• خطایی که با آن می تواند اندازه گیری کند.

مولتی متر فرکانس AC

رایج ترین وسیله ای که با آن می توانید میزان نوسانات فرکانس را دریابید و به طور رایگان در دسترس است یک مولتی متر است. باید به عملکرد آن توجه کنید، زیرا هر دستگاهی قادر به اندازه گیری فرکانس جریان متناوب در یک سوکت یا مدار الکتریکی دیگر نیست.

چنین تستری اغلب بسیار فشرده است به طوری که به راحتی در یک کیسه قرار می گیرد و تا حد امکان کاربردی است و علاوه بر فرکانس، ولتاژ، جریان، مقاومت و گاهی اوقات حتی دما، ظرفیت و اندوکتانس هوا را نیز اندازه گیری می کند. ظاهر مدرن مولتی متر و مدارهای آن صرفاً بر پایه الکترونیک دیجیتال برای اندازه گیری دقیق تر است. این مولتی متر شامل موارد زیر است:

• نشانگر آموزنده کریستال مایع برای نمایش نتایج اندازه گیری که اغلب در قسمت بالایی سازه قرار دارد.
• سوئیچ، اساساً به شکل یک عنصر مکانیکی ساخته شده است که به شما امکان می دهد به سرعت از اندازه گیری یک مقدار به مقدار دیگر حرکت کنید. شما باید بسیار مراقب باشید، زیرا، به عنوان مثال، اگر ولتاژ را اندازه گیری کنید، و سوئیچ در علامت "I"، یعنی قدرت فعلی باشد، نتیجه این امر ناگزیر خواهد بود، که نه تنها منجر خواهد شد به خرابی دستگاه، اما همچنین می تواند باعث سوختگی حرارتی با قوس دست و صورت فرد شود.
• سوکت پروب. با کمک آنها، اتصال الکتریکی دستگاه با جسم رسانای اندازه گیری شده به طور مستقیم انجام می شود. سیم ها نباید در عایق ترک و شکستگی داشته باشند، به خصوص نوک آنها که در دستان اندازه گیری خواهد بود.

من همچنین می خواهم به اتصالات ویژه مولتی متر اشاره کنم که وجود دارد و به طور خاص برای افزایش تعداد عملکرد یک دستگاه معمولی با یک مجموعه استاندارد طراحی شده است.

فرکانس چگونه اندازه گیری می شود

قبل از استفاده از مولتی متر و به ویژه فرکانس سنج، باید مجدداً با پارامترهایی که توانایی اندازه گیری آن را دارد آشنا شوید. برای اندازه گیری صحیح آنها، باید چندین مرحله را تسلط دهید:

1. دستگاه را با دکمه مربوطه روی کیس روشن کنید، اغلب با رنگ روشن مشخص می شود.
2. سوئیچ را روی اندازه گیری فرکانس AC تنظیم کنید.
3. با برداشتن دو پروب و اتصال آنها، طبق دستورالعمل موجود در سوکت های مربوطه، دستگاه اندازه گیری را آزمایش می کنیم. ابتدا باید سعی کنید فرکانس ولتاژ را در یک شبکه استاندارد 220 ولت پیدا کنید، باید 50 هرتز باشد (انحراف می تواند چند دهم باشد). این مقدار به وضوح توسط تامین کننده انرژی الکتریکی کنترل می شود، زیرا در صورت تغییر، ممکن است وسایل برقی از کار بیفتند. تامین کننده مسئول کیفیت برق ارائه شده است و تمام پارامترهای آن را به شدت رعایت می کند. به هر حال، این مقدار در همه کشورها استاندارد نیست. با اتصال خروجی های فرکانس متر به خروجی های سوکت مقداری در حدود 50 هرتز بر روی دستگاه نمایش داده می شود. اگر نشانگر متفاوت باشد، این خطای آن خواهد بود و این باید در اندازه گیری های زیر در نظر گرفته شود.

سایر روش های اندازه گیری جایگزین

کارآمدترین و ساده ترین راه برای بررسی فرکانس استفاده از اسیلوسکوپ است. این اسیلوسکوپی است که همه مهندسین الکترونیک حرفه ای از آن استفاده می کنند، زیرا روی آن می توانید نه تنها اعداد، بلکه خود نمودار را نیز به صورت بصری ببینید. در این مورد، لازم است ژنراتور داخلی را خاموش کنید. برای یک مبتدی در الکترونیک انجام این اندازه گیری ها با استفاده از این دستگاه کاملاً مشکل خواهد بود. در مورد آن در مقاله ای جداگانه گفتیم.

گزینه دوم اندازه گیری با استفاده از فرکانس متر خازنی با محدوده اندازه گیری 10 هرتز-1 مگاهرتز و خطای حدود 2 درصد است. مقدار متوسط ​​جریان تخلیه و شارژ را تعیین می کند که متناسب با فرکانس خواهد بود و با استفاده از آمپرمتر مغناطیسی به طور غیرمستقیم با مقیاس مخصوص اندازه گیری می شود.

روش دیگر رزونانس نام دارد و بر اساس پدیده رزونانسی است که در مدار الکتریکی رخ می دهد. همچنین دارای ترازو با مکانیزم تنظیم خوب است. با این حال، ارزش صنعتی 50 هرتز را نمی توان با این روش تأیید کرد؛ این روش از 50000 هرتز کار می کند.

همچنین باید بدانید که یک رله فرکانس وجود دارد. معمولا در شرکت ها، پست ها، نیروگاه ها - این دستگاه اصلی است که تغییر فرکانس را کنترل می کند. این رله بر روی سایر دستگاه های حفاظتی و اتوماسیون برای حفظ فرکانس در سطح مورد نیاز عمل می کند. انواع مختلفی از رله فرکانس با عملکردهای مختلف وجود دارد، ما در این مورد در نشریات دیگر صحبت خواهیم کرد.

با این حال، مولتی مترها و فرکانس‌سنج‌های دیجیتال الکترونیکی بر روی تعداد معمول پالس‌ها کار می‌کنند، که بخشی جدایی‌ناپذیر از ولتاژهای پالسی و دیگر متناوب هستند، نه لزوماً سینوسی در یک دوره زمانی خاص، در حالی که حداکثر دقت و همچنین وسیع‌ترین محدوده را ارائه می‌دهند.