Техника физического эксперемента (конспект) (стр. 4 из 14)

Nx – буде пропорційна частоті f1 , і обернено пропорційна f2

Похибки :

· δ_д = 1 / Nx

· за рахунок нестабільності фронтів строб-імпульсу ( не стабільною являється більш низька частота ) , що визначається відношенням сигнал / шум

Підвищити точність вимірювання можна шляхом помноження більш високої частоти , і поділенням більш низької частоти.

15. Вимірювання інтервалу часу між двома імпульсами електронним частотоміром. Похибки вимірювання.

Вимірювання часу між двома імпульсами фактично зводиться до вимірювання тривалості імпульсу . Для вимірювання інтервалу часу - потрібно подати імпульси на вхід тригера , перший імпульс – запускаючий , другий імпульс – стоповий , на виході тригера – формується строб імпульс .

Вимірювальний метод має недолік , пов'язаний з не високою швидкодією лічильника і перехідними процесами в тригері .

Для вимірювання в області НВЧ – використовують метод попереднього поділення частоти ( діапазон 600 МГц – 1 ГГц ) , або гетеродинний метод перенесення спектру частот ( діапазон 8 – 12 ГГц ) .

Похибки :

· δ₀

· За рахунок дискретності відліку δ_д = 1 / Nx

· δ_ш – Похибка обумовлена шумами вхідного сигналу

16. Вимірювання фронтів імпульсних сигналів електронним частотоміром. Похибки вимірювання.

Для вимірювання часу зміни фронтів імпульсів потрібно встановити два комапатори , я кі повинні бути налаштовані на відповідні рівні ( 0,1 то 0,9 від Umax) , виходи компараторів приєднуються до тригера , який сформує на виході прямокутний імпульс, довжиною Δt = τ_фронта

Похибки :

· δ₀

· За рахунок дискретності відліку δ_д = 1 / Nx

· δ_ш – Похибка обумовлена шумами вхідного сигналу

17. Гетеродинний метод у вимірювальних приладах.

Гетеродинний метод використовують для перенесення спектру частот з деякого заданого у інший спектр . Використовують як для перенесення сигналу певної частоти як на вищу так і на нижчу частоту . Суть полягає у помноженні напруг сигналів різної частоти . Основа - помножувач частот ( модулятор ).

Модулятор : на вхід подається сигнал , який потім корегується у відповідності до 2-го сигналу .

Операція помноження дає різницю частот .

Змішування двох частот та виділення їх різниці виконується на будь-якому нелінійному елементі або фільтрі . Використовують діоди , транзистори та будь-які інші елементи з нелінійним опором .

На діоді :

на вході :

→

на виході буде : ω ₁ , ω ₂ , ω ₁ + ω ₂ , ω ₁ – ω ₂

Методи дискретного гетеродинного перетворення .

для визначення вірного знаку потрібно провести вимірювання на n-1 , n та n + 1 гармоніці.

Частотомір з гетеродинним спектром перенесення частот

Гетеродин може змінювати свою частоту неперервно і автоматично відслідковуючи f_x , але так щоб різниця між f_x і н-ю гармонікою гетеродина дорівнювала частоті кварцового резонатора .

f_x ± n*f_г = f₀ звідси f_{x =} n*f_г ± f₀

Частота гетеродина підстроюється таким чином , щоб виконувалась умова f_{x =} n*f_г ± f₀

основний недолік – необхідність визначення знаку (±) , тобто проводити додаткові вимірювання на n-1 , n та n + 1 гармоніці

18. Прямий та непрямий метод помноження частоти.

Прямі методи основані на виділенні гармоніки періодичного сигналу , вхідний сигнал - перетворюють на сигнал типу « меандр » , і проводять виділення певної гармоніки за допомогою налаштованого на неї фільтра . даний метод зручний при не великих ступінях помноження , використовують різні модулі з різними коефіцієнтами помноження .

Для помноження гармонічного сигналу можна використати двох півперіодний випрямляч , який має коефіцієнт помноження рівний 2 .

Непрямі методи дозволяють помножувати сигнал з будь-якою кратністю , обмеження висувається на елементну базу і на швидкодію . на деякій частоті використовується частотний або фазовий або фазочастотний детектор , таким детектором являється гетеродин на варикапі , частота якого керується автоматично із виходу детектора і автоматично підстроюється під вихідну частоту , яка завідомо більша (менша) у встановлену кількість раз .

Встановлення робочої точки задає бар’єрну ємність , і тим самим встановлює робочу частоту гетеродина .Якщо частота гетеродина змінилась відносно частоти кварцового генератора – виникає від’ємна напруга - яка подається на варикап . Сбар ↓ → fгетерод ↑

, і навпаки , якщо частота генератора буде рости , відповідно і напруга буде падати (ставати більш додатною ) тоді відповідно буде збільшуватись бар’єрна ємність . Любе відхилення частоти призводить до автоматичної підстройки частоти гетеродина.

Схема фазочастотного детектора : (також ця схема являє собою структурна схему синтезатора частот , який випускається у вигляді єдиної ІС)

Артём Федяй

19.Метод дискретного гетеродинного перетворення частот в цифрових частотомірах. Структурна схема і робота НВЧ частотоміра.

Цифрові частотоміри – це універсальні прилади, за допомогою яких можна виміряти:

- частоту сигналу;

- період сигналу;

- відношення двох частот;

- тривалість фронтів;

- тривалість імпульсів;

- інтервал між двома імпульсами;

- відхилення частоти від оптимального значення.

Принцип роботи цифрових частотомірів:

d. Із сигналу, частоту якого треба виміряти, формуються короткі відлікові імпульси.

e. Формується високостабільний інтервал відліку.

f. Підраховуються відлікові імпульси протягом інтервалу відліку.

Зауваження до п.2: щоб інтервал відліку був високостабільним, необхідно формувати його за допомогою кварцового генератора. До всього кварцовий генератор повинен мати ще й температурну стабілізацію.

Для вимірювання частот в НВЧ діапазоні використовують супергетеродинний метод, який дозволяє перенести спектр частот із вихідного і необхідний спектр.

Суть супергетеродинного методу полягає в помноженні двох напруг у помножувачі (модуляторі). На відміну від лінійних операцій з сигналами різної частоти, помноження, тобто нелінійна операція, дозволяє синтезувати частоти, величини яких відрізняються від вихідної.

Приведемо математичне обґрунтування вищесказаного.

Нехай, маємо два сигнали напруги:

; (19.1)

. (19.2)

З елементарних математичних міркувань:

(19.3)

Покажемо, як розміщуються сигнали U₁, U₂, U₁×U₂ в частотному діапазоні, якщо прийняти, що f₁=f_гет, f₂=f_сигн:

Рис. 19.1. Розміщення частот на спектральній характеристиці при гетеродинному перетворенні.

Змішування двох частот і виділення їх різниці відбувається на будь-якому нелінійному елементі (діоді, транзисторі, нелінійному опорі і т. д.) в НЧ фільтрі. Смуга пропускання НЧ-фільтра, який би після змішування залишав в спектрі вихідного сигналу лише меншу з утворених частот (f_гет-f_сигн) показано на рис. 19.1 пунктирною лінією.

Для прикладу покажемо, як можна реалізувати перенесення спектру сигналу в НЧ область з більш високочастотної, використовуючи як нелінійний елемент діод.

Для спрощення будемо вважати, що струм діоду при прямому зміщенні є квадратичною функцією від напруги. Тоді якщо напруга на діоді є сумою напруг U₁ та U₂, що змінюються в часі так, як вказано в (19.1) і (19.2), струм діода, що знаходиться під напругою U_Д=U₁+U₂, буде описуватись наступною функцією:

Тут, на відміну від (19.3) спектр вихідного сигналу струму містить чотири дискретні значення частот: частоту гетеродину (f₁) та сигналу (f₂), а також суму(f₁+f₂) і різницю цих частот (f₁-f₂).

Структурна схема реалізації вимірювання частоти ВЧ сигналу методом дискретного гетеродинного перетворення:

Зауважимо, що супергетеродинні методи перенесення спектру частот бувають двох типів: