Осцилографічні методи вимірювання частоти
Вимірювана частота не може бути визначена порівнянням її з відомою опорною частотою fo.
Таке порівняння найчастіше проводиться за допомогою електронно-променевого осцилографа або методами биттів.
Електронно-променеві осцилографи застосовуються для вимірювання частот коливань головним чином синусоїдальної форми в діапазоні частот від 10 Гц до значення, обумовленого верхньою межею смуги пропускання каналів відхилення; похибка вимірювань практично дорівнює похибки калібрування джерела коливань (генератора) опорної частоти f0. Найчастіше вимірювання проводять при вимкненій розгортці осцилографа, користуючись схемою з'єднань, показаної на (рис. 1.5). Напруги вимірюваною і відомою частот підводять безпосередньо або через підсилювачі до різним парам відхиляючих пластин ЕПТ (залежно від того, на який вхід осцилографа ці напруги впливають, будемо позначати їх частоти через fx і fy). Якщо ці частоти відносяться один до одного як цілі числа, наприклад 1:1, 1:2, 2:3 тощо, то переміщення електронного променя набуває періодичний характер і на екрані спостерігається нерухоме зображення, званої фігурою Ліссажу. Форма цієї фігури залежить від співвідношення амплітуд, частот і початкових фаз порівнюваних коливань.
Якщо відношення частот fx/fy (або fy/fx) дорівнює двом, то фігура на екрані приймає вигляд вісімки, яка при початкових фазових зрушення 90 і 270° стягується в дугу. (Початковий фазовий зсув завжди оцінюється по відношенню до періоду напруги більш високої частоти).
Рисунок 1.5 − Схема вимірювання частоти методом фігур Лісажу
З таблиці, наведеної в таблиці 1, видно, що чим більше числа дробу, що характеризує відношення порівнюваних частот, тим складніше фігура Лісажу, що спостерігається на екрані.
При вимірюванні частоти опорного генератора f0 (рівну fx або fy) плавно змінюють доти, доки не виникне одна з фігур Ліссажу можливо більш простої форми. Цю фігуру подумки перетинають лініями xx і уу, паралельними площинам відхиляючих пластин X1, Х2 і Y1, Y2, і підраховують число перетинів кожної з ліній з фігурою Лісажу.
Відношення отриманих чисел точно дорівнює відношенню частот fx:fy за умови, що проведені лінії не проходять через вузлові точки фігури або стосовно до неї, а форма порівнюваних коливань близька до синусоїдальної. Фігури, які можна спостерігати при різних відношеннях частот fx/fy (рис 1.6)
Рисунок 1.6 – Фігури Лісажу
Вимірювання частоти методами биттів
Джерелом коливань опорних частот зазвичай є вимірювальний генератор з плавною або плавно-ступінчасте налаштування, частоту якого f0 можна встановити дорівнює вимірюваній частоті fx. Якщо частоти f0 і fx є звуковими, то про їх рівність можна приблизно судити, прослуховуючи по черзі тони створюваних ними коливань за допомогою телефонів або гучномовця.
Похибка вимірів зменшується практично до похибки калібрування вимірювального генератора, якщо одночасно подавати на телефони електричні коливання обох порівнюваних частот у відповідності зі схемою на (рис. 1.6, а). Якщо частоти f0 і fx близькі один до одного, то при складанні відповідних їм коливань виникають акустичні биття, які виявляються в періодичному наростання і спадании інтенсивності прослуховується в телефонах Тф тони. Частота биттів
(1.8)
може бути визначена підрахунком на слух числа наростань або спаданий інтенси-
вності тону за фіксований проміжок часу. Для того щоб биття виявлялися досить різко, амплітуди коливань частот f0 і fx потрібно встановлювати приблизно однаковими; це випливає з розгляду (рис. 1.6, б), де середня крива коливань, пульсуючих з частотою F, являє собою результат додавання верхніх і нижній кривих коливань, відповідних частотам f0 і fx. (1.8)
Рисунок 1.6 - До принципу зміни нижніх частот методом акустичних биттів
а) схема подачі двох порівнюваних частот на телефон
б)ілюстрація додавання верхніх і нижніх кривих коливань
Зміною налаштування генератора частоту f0 наближають до частоті fx, що виявляється за збільшенням періоду биттів. При збігу порівнюваних частот биття пропадають і в телефонах чути одноманітний тон. Замість телефонів в якості індикатора биттів можна застосувати вольтметр змінного струму; це особливо доцільно при вимірюванні частот вище 5 кГц, тон яких в телефонах прослуховується не чітко.
На принципі вимірювання високих частот методом нульових биттів заснована дія кварцових калібраторів і гетеродинних частотомірів.