 |
Измерение частоты и фазового сдвига
|
|
|
|
Измерение частоты и фазового сдвига
Цель работы: ознакомление с методами и средствами измерения частоты и фазового сдвига.
Частотой f называется число идентичных событий, происходящих в единицу времени. Единица циклической частоты – герц (Гц) – соответствует одному событию за одну секунду. Гармонические сигналы характеризуются также угловой (круговой) частотой w = 2pf, выражаемой в рад/с и равной изменению фазы сигнала j (f) в единицу времени. Так, циклической частоте f = 1 Гц соответствует угловая частота w = 2p, т. е. за 1 с фаза синусоиды изменяется на 2p.
Существует понятие мгновенной частоты f(t), однако при измерении определяется среднее значение частоты за время измерения, поскольку принцип измерения связан с подсчетом числа событий за некоторый отрезок времени.
Интервалом времени Dt в общем случае называется время, прошедшее между моментами двух последовательных событий. К числу таких интервалов относятся, например, период колебаний, длительность импульса или длительность интервала, определяемая разносом во времени двух импульсов.
Периодом Т любого периодического детерминированного сигнала u(t) называется наименьший интервал времени, через который регулярно и последовательно повторяется произвольно выбранное мгновенное значение этого сигнала. Частота f и период Т колебания связаны соотношением f = 1/T, поэтому измерение одной величины можно заменить измерением другой.
Для измерения частоты применяются аналоговые и цифровые частотомеры, реализующие метод непосредственной оценки; можно измерять частоту методом сравнения при помощи осциллографа.
1. Задание на лабораторную работу
|
|
|
а) Ознакомиться с техническим описанием частотомера (прил. 3).
б) Измерить частоту периодического сигнала, используя электронно-лучевой осциллограф.
в) Измерить частоту и период импульсного сигнала при помощи электронно-счетного частотомера.
г) Измерить сдвиг фаз двух гармонических сигналов.
2. Измерение частоты при помощи электронно-лучевого осциллографа
Для измерения частоты осциллографом применяют следующие способы: использование линейной калиброванной развертки, применение калибровочных меток и применение синусоидальной развертки (фигуры Лиссажу).
2. 1. Измерение частоты осциллографом с линейной калиброванной разверткой
При наличии линейной развертки горизонтальная ось экрана осциллографа является осью времени. На рабочую часть поверхности экрана нанесена сетка. Луч движется по экрану с заданной скоростью, проходя одно деление сетки за определенное время. Время, за которое луч проходит одно деление сетки, называется коэффициентом развертки. Размерность коэффициента развертки на разных диапазонах может быть мкс/дел., мс/дел., с/дел. Временной интервал определяется умножением размера нужной части осциллограммы, выраженного в делениях сетки, на коэффициент развертки.
Для определения частоты описанным методом измеряется период Т исследуемого сигнала, а частота находится из выражения f = 1/Т.
Для выполнения эксперимента подайте сигнал произвольной частоты от генератора на вход Y осциллографа (рис. 1).
Получите устойчивое изображение, срисуйте его. Измерьте период, вычислите частоту и определите погрешность измерения, используя в качестве эталонного прибора встроенный частотомер генератора.
2. 2. Измерение частоты осциллографом с применением калибровочных меток
На вход Y осциллографа подайте сигнал треугольной формы с измеряемой частотой fx, а на вход Z – прямоугольные импульсы с частотой f0 от образцового генератора (рис. 2).
|
|
|
Изменяя частоту f0, получите устойчивое изображение исследуемого сигнала с метками повышенной яркости (рис. 3), срисуйте осциллограмму.
Определите период исследуемого сигнала 
где n – число меток (в примере на рис. 3 n = 4); 
Определите значение частоты 
и погрешность измерения, используя встроенный частотомер генератора в качестве эталонного.
|
|
|
