Нарисовать блок схему частотомера дискретного счета для измерения высоких частот и пояснить его работу.

Нарисовать структурную схему квантовометрического стандарта частоты

КМСЧ- квантовомеханические стандарты частоты

Пояснить суть метода нулевых биений для измерения неизвестной частоты

Ме́тод нулевы́х бие́ний — способ сравнения частот двух источников сигналов с целью подстройки одного источника под частоту другого, используя свойство колебаний с близкими, но не равными частотами, при наложении друг на друга создаватьбиения

. В процессе подстройки частоту регулируемого источника изменяют таким образом, чтобы период биений увеличивался, до тех пор, пока биения не исчезнут, это будет означать, что частоты совпадают. Примеры: Настройка музыкального инструмента по камертону — в этом случае настройщик улавливает колебания громкости суммарного звука (от струны и камертона) непосредственно ухом. Измерение частоты гетеродинным методом — поскольку при этом используются высокие частоты, суммарный сигнал подаётся на диодный детектор, для выделения огибающей. Выделенные на диоде низкочастотные импульсы подаются на индикаторное устройство — стрелочный прибор, лампочку или головные телефоны. При таком способе можно измерять частоты даже в несколько раз выше максимальной частоты гетеродина, так как благодаря нелинейному элементу — диоду, образовываются гармонические составляющие, с частотами, кратными частоте гетеродина.

Данный способ, как правило, применяется для сравнения высоких частот. Напряжения

,

подают на нелинейный элемент (Н.э.) – детектор, смеситель или модулятор (рис. 3.8). На его выходе появляется напряжение, в спектре которого имеется составляющая с разностной частотой , называемой частотой биений. При равенстве частот и частота биений равна нулю, поэтому данный метод часто называют методом нулевых биений. Рис. 3.8. Сравнение частот методом нулевых биений. В качестве индикатора нулевых биений могут быть использованы головные телефоны. На диаграмме рис. 3.9 показан процесс изменения частоты биений в зависимости от изменения при =const. При <15 кГц в телефонах возникает ток частоты биений, понижающийся по мере приближения к . В точке а (рис. 3.9) частота биений равна нулю, следовательно, . Однако определить положение точки a по исчезновению тона биений в телефонах не удается, так как человеческое ухо не воспринимает тона с частотами ниже 16¸20 Гц. Таким образом, при использовании в качестве индикатора нулевых биений телефона неизбежна абсолютная погрешность Гц.

Рис. 3.9. Зависимость частоты биений от частоты настройки образцового генератора

Данную погрешность легко устранить, если в качестве индикатора нулевых биений применить магнитоэлектрический микроамперметр. При <10 Гц стрелка будет колебаться. По мере приближения частоты к частота этих механических колебаний уменьшается и при равенстве частот колебания прекращаются.

Нарисовать блок схему частотомера дискретного счета для измерения высоких частот и пояснить его работу.

Исследуемый гармонический сигнал частоты fx подается на входное устройство (ВУ), усиливающее или ослабляющее его до значения, требуемого для работы последующего устройства частотомера. Снимаемый с выхода ВУ гармонический сигнал u1 поступает на формирователь импульсов (ФИ), преобразующий его в последовательность коротких однополярных импульсов и2, следующих с периодом Тх = 1/fx и называемых счётными. Причем передние фронты этих импульсов практически совпадают с моментами перехода сигнала U1 через нулевое значение на оси времени при его возрастании. Схемотехнически формирователь ФИ состоит из усилителя-ограничителя и компаратора.

Счётные импульсы и2 поступают на один из входов временного селектора (ВС), на второй вход которого от устройства формирования и управления (УФУ) подается строб-импульс u3 прямоугольной формы и калиброванной длительности T0 > Tx. Интервал времени T0 называют временем счета. Временной селектор открывается строб-импульсом u3,и в течение его дли­тельности пропускает группу (пакет) из Nx импульсов и2 на вход счетчика (СЧ). В результате с временного селектора на счетчик поступает пакет из Nx импульсов и4. Число им­пульсов в пакете Nx = T0 / Tx = T0fx и, следовательно, измеряемая частота про­порциональна числу счетных импульсов, поступающих на счетчик: fx= Nx / T0 Счетчик подсчитывает число импульсов Nx и выдает соответствующий код в цифровое отсчетное устройство (ЦОУ). Отношение fкв/Кд выбирается равным 10n Гц, где п — целое число. При этом ЦОУ отображает число Nx, со­ответствующее измеряемой частоте fx в выбранных единицах. Например, ес­ли за счет изменения Кд выбран коэффициент п = 6, то число Nx, отоб­ражаемое на ЦОУ, соответствует частоте fx, выраженной в МГц. Перед на­чалом измерений УФУ сбрасывает показания счетчика в нуль. Погрешность измерения частоты fx этим методом имеет систематиче­скую и случайную составляющие. Систематическая составляющая погрешности измерения вызывается в основном долговременной нестабильностью частоты кварцевого генератора fкв. Очень часто требуемая стабильность частоты обеспечивается введением в схему кварцевого генератора системы фазовой автоподстройки (ФАПЧ). Случайная составляющая погрешности измерения определяется погрешностью дискретизации △tд = △tн - △tk. Поскольку взаимная синхронизация строб-импульса и счетных импульсов отсутствует, погрешности △tн и △tk, определяющие на рис. 10.7, б положение начала и конца строб-импульса между соседними двумя счетными импульсами, могут принимать во времени с одинаковой вероятностью значения от нуля до Т0. Поэтому погрешности △tн и △tk являются случайными и распределены по равномерному закону. Вследствие независимости этих погрешностей общая погрешность дискретизации △tд распределена по треугольному закону с предельными значениями ± Т0. δ = δкв ±1/ Nx = δкв ± 1/ (Т0 fx). -> Чем выше частота тем меньше погрешность! При измерении низких частот мерят период (Т) открывая временной селектор на период fx, а заполняя его импульсами кварцевого генератора. δ = δкв ± 1/ (Тх*fкв). Тоесть чем меньше частота, тем меньше ошибка! 1/fx Пределы: до 200МГц при использовании дополнительных устройств до 70 ГГц

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: