Описание конденсаторного частотомера

Принцип действия конденсаторного частотомера заключается в измерение среднего значения (постоянная составляющая) тока заряда или разряда конденсатора, который периодически с измеряемой частотой перезаряжается от источника образцового напряжения.

Структурная схема конденсаторного частотомера представлена на рисунке 4.3, эпюры напряжения – на рисунке 4.4.

Рисунок 4.3 – Структурная схема конденсаторного частотомера

Конденсаторный частотомер состоит из:

U - Источник напряжения;

ЭП – электронный переключатель, управляемый U_fx;

ИМ – измерительный механизм магнитно-электрической системы.

R_з, R_p – сопротивление цепи заряда и разряда емкости, которых как физических элементов может не быть.

Рисунок 4.4 – Эпюры напряжения конденсаторного частотомера

Для обеспечения устойчивой и надёжной работы схемы необходимо выполнить два условия:

1. Чтобы емкость зарядилась до напряжения источника питания и выполнялось условие:

,

где T_Х – период измеряемой частоты.

2. Чтобы емкость полностью разрядилась, и выполнялось условие:

.

По сигналам измеряемой частоты емкость заряжается (переключатель в первом положении) до источника питания напряжения. Если переключатель во втором положении, то емкость разрядится. _ – определяет скорость нарастания напряжения.

При заряде емкость получит величину заряда: Q_З = CU₀ (при выполнении «1» условия).

При разряде: Q_Р = Q_З=CU₀ (при «2» условии).

Определение тока:

.

Постоянная составляющая тока (шкала равномерная):

.

Если организовать схему так, что через ИМ будет протекать и i_З и i_р, то уравнение преобразования примет вид:

.

Уравнение шкалы имеет вид:

.

Описание измерительного генератора

Рассмотрим работу генератора звуковой частоты. Генератор отдает в нагрузку наибольшую мощность в том случае, когда внутреннее сопротивление генератора R_Г равно сопротивлению нагрузки R_Н. Применяя согласующий трансформатор, можно получить режим наибольшей отдачи мощности при любом сопротивлении нагрузки R_Н. В режиме согласования мощность генератора постоянна при любой нагрузке R_Н. Напряжение на нагрузке зависит от R_Н, так как согласование осуществляется путем изменения коэффициента трансформации согласующего трансформатора (рис. 4.5).

ЗГ – генератор звуковой частоты;

СТ – согласующийся трансформатор;

V – электронный вольтметр;

R_H – внешняя нагрузка

Рисунок 4.5 – Схема согласования генератора с внешней нагрузкой

Пусть в режиме согласования при R_Н = R_Г = 600 Ом напряжение при нагрузке равно U₆₀₀. Напряжение U_R при другой нагрузке можно вычислить из уравнения:

, (4.2)

где R_Г – выходное сопротивление генератора;

R_Н – сопротивление нагрузки генератора,

U₆₀₀ – напряжение на выходе генератора при R_Н = R_Г = 600 Ом.

Опыт 1. Проверка шкал конденсаторного частотомера и генератора звуковой частоты с помощью гетеродинного частотомера

Необходимо произвести поверку градуировки шкал конденсаторного частотомера и генератора звуковой частоты методом сравнения с более точным прибором. В качестве образцового использован гетеродинный частотомер.

1. Собрать схему, как показано на рисунке 4.6. При этом выход генератора ГЗ – 56/1 соединить с входом конденсаторного частотомера и гетеродинного частотомера.

ГЧ – гетеродинный частотомер;

КЧ – конденсаторный частотомер.

Рисунок 4.6

2. Установить на входе частотомера уровень сигнала, подаваемого с генератора (0.3-0.6)В.

3. На шкале генератора последовательно устанавливаются частоты, указанные в таблице 4.1.

4. Результаты измерений занести в таблицу 4.1.

Таблица 1.1 – Отсчеты по шкалам частотомеров
Частота генератора f1, кГц	130	140	150	160	170	180	190	200
Отсчет по шкале конденсаторного частотомера f2, кГц
Отсчет по шкале гетеродинного частотомера f0, кГц
Погрешность конденсаторного частотомера,
Погрешность установки частоты частотомера,

,

.