Специальные меры применяются для того, чтобы исключить выход высокочастотной энергии через отверстия, пазы, выводы осей управления, провода питания.

Для повышения устойчивости параметров выходного сигнала (частоты, выходного напряжения) в генераторах применяют внутренние стабилизаторы напряжений питания различных типов.

18-14. ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ

Необходимость в измерении частоты электрических колебаний возникает во многих областях науки и техники. Выбор метода измерений отпределяется диапазоном измеряемых частот и требуемой точностью.

Для измерения технических частот в цепях питания применяются частотомеры электромагнитной, электродинамической и ферродинамической систем с непосредственным отсчетом частоты по шкале логометри-ческого измерителя. Эти приборы имеют узкие пределы измерения в границах ±10% одной из номинальных частот 50, 60, 100, 150, 200, 400, 430, 500, 1 ООО или 1 500 гц, работают при номинальных напряжениях 36, 110, 127, 220 или 380 в и потребляют мощность до 12 ва. Переносные приборы имеют класс точности 0,2 и 0,5, а щитовые - от 0,5 до 2,5. - I

Для измерения низких, высоких и сверхвысоких частот применяются частотомеры, основанные на мостовом, электронносчетном и резонансном методах или методе сравнения. В области СВЧ используется также метод непосредственного измерения длины волны электромагнитных колебаний при помощи измерительной линии.

В качестве источников выеокостабильных образцовых частот, необходимых для градуировки и проверки частотомеров и других точных частотных измерений, применяют кварцевые, молекулярные и атомные генераторы, а в области низких частот - камертонные генераторы.

Мостовой метод измерения

Мостовой метод применяется для измерения низких частот в пределах 20 гц - 20 кгц при погрешности измерений 0,1-1%. Он основан на использовании частотозависимых мостов переменного тока, питаемых напряжением измеряемой частоты Fx- При выборе элементов схемы моста рис. 18-46, из условия

Ci = C2 = C; i?i = i?2 = 7?; Ri = 2R3

мост оказывается уравновешенным для частоты

Fx~.

Уравновешивание производится сдвоенным переменным резистором Ri-R2, снабженным шкалой для отсчета частоты. Рас-

ширение диапазона измерений осуществляется одновременным переключением конденсаторов Cj и Cs с десятикратным изменением их емкости. При измерении частот от 200 до 5 ООО ец в качестве индикатора нуля можно использовать телефоны, за пределами этого

Рис. 18-46. Схема мостового частотомера.

участка - электронный милливольтметр. Для гармоник измеряемой частоты мост остается неуравновешенным, что создает возможность грубой ошибки (промаха) при измерениях.

Электронносчетные частотомеры

Электронносчетные частотомеры относятся к приборам с непосредственным отсчетом. Они разделяются на приборы малой, и высокой точности.

Электронносчетные частотомеры малой точности (конденсаторные частотомеры) применяются для измерения частот от 10 гц до 500 кгц с приведенной погрешностью до 2%. Их действие основано на измерении среднего значения тока заряда или разряда конденсатора, периодически перезаряжаемого с измеряемой частотой fx - Упрощенная схема прибора приведена на рис. 18-47. Напряжение t/fix частоты fx после усиления воздействует на управляющую сетку пентода JIi. При отрицательной полуволне этого напряжения лампа заперта и один из калиброванных конденсаторов Сз заряжается через диод Дг и измеритель И (магнитоэлектрический микроамперметр) до напряжения t/j. В положительный полупериод лампа отпирается и конденсатор Сз быстро разряжается через лампу и диод Д1 до напряжения £/2. Напряжения Ui и U2 на конденсаторе фиксируются соответственно диодами Дз и Д4. Среднее значение тока через измеритель

I=C3(]U.i~U-,)fx = CsUc,fx, где Uq-IJi-и2 - стабилизированное падение напряжения на стабилитроне Л2- Шкала частот . измерителя получается линейной. Включением конденсаторов Сз различных номиналов получают несколько поддиапазонов частот. Малая зависимость показаний прибора от величины напряжения t/вх достигается предварительным усилением последнего; о достаточности величины Их. су-

Юкгц

[Контроль

Wupom-ттсный. усилитель

Умножитель частоты

Рис. 18-47. Упрощенная схема конденсаторного частотомера.

Усилитель

Формируюиее устройство

Временной селентор

Образирвые частоты о

Кварцевый генератор

Электронный декадный счетчик

Линия задержки.

Делитель частоты

Реле времена

Тх 0-

Формирующая и,епь

Цепь сброса показаний

Регулятор времени индикации г

Рис. 18-48. Упрощеиная блок-схема электронносчетвого частотомера высокой точности.

дят по неизменности показаний измерителя при установке переключателя IJi в положение Контроль, когда напряжение на входе усилителя уменьшается на 30%- В положении переключателя 10 кгц первый каскад входного усилителя преобразуется во внутренний калибровочный генератор образцовой частоты 10 кец; коррекция градуировки на этой частоте производится переменным резистором Rs, включенным параллельно измерителю.

К конденсаторным частотомерам относятся приборы ЧЗ-1 (ИЧ-6) с диапазоном измеряемых частот 10 e -200 кгц и ЧЗ-7 (ИЧ-7) с диапазоном 10 гц~5(Ю кгц. Приборы ЧЗ-1 позволяют также измерять частоту повторения импульсов в пределах 10 гц - 20 кгц и скорости враш,ения от 150 до 10000 o6Jmuh.

Электронносчетные частотомеры высокой точности работают в широком диапазоне низких и высоких частот. Их действие основано на айтоматическом счете числа импульсов, поступающих на вход прибора за калиброванный интервал времени.

На рис. 18-48 приведена упрощенная блок-схема частотомера ЧЭ-1 с диапазоном измеряемых частот 10 гц-ЮО Мгц. Напря-

жение измеряемой частоты fx в усилительно-формирующем устройстве преобразуется в прямоугольные импульсы постоянной амплитуды. Временной селектор пропускает эти импульсы на электронный счетчик в течение заданного интервала вре-мени. Счетчик состоит из восьми счетных декад (на триггерах), каждая из которых соответствует определенному порядку частоты fx (единицам, десяткам, сотням герц и т. д. до десятков мегагерц).

Результат измерений с точностью до десятков герц отсчитывается по цифровому индикатору. В первой декаде (единицы герц) индикация производится по стрелочному измерителю. Верхняя предельная частота определяется возможной скоростью счета этой декады и ограничивается значением 10 Мгц. При измерении частоты от 10 до 100 Мгц ее предварительно преобразуют в частоту, меньшую 10 Мгц (например, частоту 53,42 Мгц в частоту 5,34 Мгц). Погрешность измерения частоты в основном определяется точностью калибровки выбранного интервала времени счета. Исходным синхронизирующим элементом, определяющим эти интервалы, является кварцевый генератор, Создаваемые им колебания часто-

ты 100 кгц ±0,00027о (сперкодом 10 мксек) при помощи группы последовательно включенных делителей частоты преобразуются в колебания с периодом 0,001; 0,01; 0,1; 1 и 10 сек. Колебания выбранного периода длительности (обратная периоду величина является множителем к показателям декадного счетчика) поступают в реле времени, которое формирует импульс той же длительности строго прямоугольной формы. Этот импульс вызывает сброс предыдущих показаний счетчика, а затем (с задержкой в 4 мксек) поступает на селектор и открывает его на заданное время для пропускания исследуемых импульсов к счетчику. Цепь управления селектором может запускаться вручную (нажатием кнопки); в этом случае реле времени вырабатывает лишь один импульс и счетчик выдает один результат измерений. В режиме автоматического измерения частоты импульсы реле времени периодически повторяются и результаты измерений выдаются, через выбранные интервалы времени (от 2 до 15 сек).

Частотомер может служить источником ряда образцовых .частот fc, равных и кратных частоте кварцевого генератора и получаемых с помощью умножителя и делителей частоты. Колебания образцовых частот 100 кгц и 10 Мгц могут быть поданы на вход прибора и сверены с показаниями счетчика с целью самопроверки его работы. Частотомер также позволяет производить измерение периода Тх или среднего из десяти периодов исследуемых колебаний посредством счета числа импульсов одной из образцовых частот за время Tjc, для этого исследуемые колебания воздействуют на реле времени, которое открывает селектор на время Тх. Частотомер может быть также применен для суммирования нескольких частот и измерения в широких пределах отношения частот или периодов колебаний.

К приборам рассмотренного типа относятся также цифровые частотомеры ЧЗ-З, позволяющие измерять частоты от 10 гц до 1 Мгц, периоды колебаний от 0,1 до 100 мксек и длительности импульсов или интервалы времени от 1 мксек до 1 сек при относительной погрешности до 0,0005%.

Резонансные частотомеры

Резонансный частотомер представляет собой колебательную систему, настраиваемую в резонанс на измеряемую частоту возбуждающих ее колебаний. (Состояние резонанса фиксируется по наибольшим показаниям индикатора резонанса, пропорциональным току, напряжению или напряженности электрического или магнитного поля в колебательной системе. Измеряемая частота отсчитывается по шкале калиброванного элемента настройки непосредственно (в частотомерах малой точности) или с помощью градуировочных таблиц и графиков.

Частотомеры, измеряющие частоты до 200 Мгц, содержат колебательный контур из элементов с сосредоточенными параметра-

ми- образцовой катушки индуктивности (сменной или переключаемой - при наличии нескольких поддиапазонов измерений) и образцового переменного конденатора Со (рис. 18-49). Для повышения точности отсчета частоты уменьшают коэффициент перекрытия поддиапазонов (например, включением параллельно Со конденсаторов Ci и Сг), а управление переменным конденсатором производят через верньерное устройство с замедлен ем в 20-100 раз, что позволяет

Рис. 18-49. Схема резонансного частотомера с колебательным контуром.

получить до нескольких тысяч отсчетных точек. Связь с источником исследуемых колебаний осуществляется за счет индуктивных наводок в контурной катушке или специальной катушке связи, а иногда - посредством небольшой штыревой антенны; с целью исключения взаимных влияний эта связь должна быть слабой. В качестве индикаторов резонанса используются термоэлектрические миллиамперметры, включаемые в контур последовательно, или высокочастотные диодные вольтметры; последние подключаются к контуру через емкостный делитель с большим коэффициентом деления (рис. 18-49), автотрансформаторным путем или индуктивно. Потери, вносимые индикатором в контур, не должны вызывать заметного притупления резонансной характеристики контура, поэтому связь между ними берется слабой.

На частотах выше 150 Мгц в качестве колебательных систем частотомеров применяются четвертьволновые (реже - полуволновые) коаксиальные резонаторы. Четвертьволновый резонатор представляет собой отрезок коаксиальной линии (рис. 18-50,а); ее

Рис. 18-50. Схемы резонансных частотомеров с коаксиальными резонаторами.

а - четвертьволновым; б - укороченным.