Цель работы: изучить конструкцию, принцип действия и основные характеристики частотомера электронно-счетного, определить порог чувствительности частотомера Ч3-34 по напряжению на различных диапазонах измерения частоты.
Используемое оборудование: Частотомер электронно-счетный Ч3-34 (Ч3-34А), генератор сигналов низкочастотный Г3-112, осциллограф С1-65, соединительные провода, паспорт прибора Ч3-34.
Методические указания: Работа выполняется за 2 часа аудиторных занятий. Перед выполнением работы следует изучить соответствующие разделы лекционного курса.
Теоретические сведения
Современные цифровые частотомеры, даже выполненные по схемам с жесткой логикой, — приборы многофункциональные (но переход от одной функции к другой осуществляется посредством электромеханических коммутаторов), работающие в нескольких режимах: измерения частоты синусоидального сигнала, частоты следования импульсов, периодов этих сигналов, длительности импульса, интервалов времени, заданных двумя импульсами (одного или разных источников), вариации частоты, отношения двух частот, прямого счета импульсов, счета числа N импульсов с предварительной установкой числа N и др. Поэтому следует иметь в виду, что изображенная на рис. 1 структурная схема относится к режиму измерения частоты. Работа схемы заключается в следующем.
Рис. 1.
Периодический сигнал, частоту fx которого необходимо измерить, поступает на вход прибора (обычно его обозначают буквой А). После усиления или ослабления во входном блоке сигнал подается на формирователь, где преобразуется в периодическую последовательность импульсов с частотой следования fx. Эти импульсы подводятся к входу 1 временного селектора и проходят через него в счетчик, если на входе 2 селектора имеется строби-рующий импульс (длительностью Δtк). Последний формируется из напряжения высокочастотного кварцевого генератора. Так как период его выходного сигнала мал, то для получения требуемой длительности стробирующего импульса (например, 1 с) в схеме предусмотрен делитель частоты. Он представляет собой набор декад, каждая из которых уменьшает частоту следования импульсов в 10 раз. Коэффициент деления q зависит от числа включенных декад. Из периодической последовательности импульсов, образующейся на выходе делителя частоты, блок формирования и управления формирует стробирующий импульс (временные ворота) длительностью ΔfK, подаваемый на вход 2 временного селектора и определяющий продолжительность счета. Блок формирования и управления, помимо формирователя временных ворот, содержит схему, задающую продолжительность индикации показания дисплеем и сбрасывающую показания счетчика на нуль.
Погрешности измерения. При прямом измерении частоты периодического сигнала наиболее весомы две составляющие погрешности: погрешность меры и погрешность сравнения.
Погрешность меры определяется нестабильностью частоты напряжения кварцевого генератора (а также погрешностью установки частоты по образцовой мере при изготовлении прибора). Эта составляющая погрешности может быть ощутимой при измерении очень высоких частот. В современных цифровых частотомерах применяются кварцевые генераторы с малой нестабильностью частоты, например, ±1 х 10-10 за 1 с и ±5 х 10-9 за сутки.
Погрешность сравнения определяется главным образом погрешностью дискретности, обусловленной тем, что фронт и срез стробирующего импульса (временных ворот) не синхронизированы с моментами появления заполняющих ворота импульсов периодической последовательности, которая сформирована из исследуемого сигнала. Максимальное значение абсолютной погрешности дискретности составляет плюс-минус единицу дискретизации и не зависит от измеряемого значения частоты. Так как при измерении частоты за единицу дискретизации принято значение fобр, то максимальная абсолютная погрешность дискретности при измерении частоты
Этому соответствует ±1 младшего разряда счета.
Предел основной допускаемой абсолютной погрешности цифрового частотомера характеризуется выражением
где δкв — общая погрешность меры (кварцевого генератора).
Предел основной допускаемой относительной погрешности выраженной в процентах от измеряемого значения определится формулой
