Существуют различные типы счетчиков частоты, но основной счетчик частоты с прямым подсчетом работает путем подсчета количества отсчетов или количества раз, когда сигнал пересекает пороговое значение за заданное время.
При использовании частотомера полезно понять, как он работает, чтобы иметь возможность использовать его наилучшим образом и получать наиболее точные показания. Поскольку счетчики частоты широко используются в радиочастотных лабораториях и во многих других областях, хорошее базовое понимание их работы и того, как они работают, очень полезно.
Основы счетчика частоты ВЧ
ВЧ-счетчики частоты и таймеры — это элементы испытательного оборудования, которые работают путем подсчета событий в течение заданного периода или определения периода путем подсчета ряда точно рассчитанных по времени событий. Периоды времени, в течение которых подсчитываются события, или точно рассчитанные по времени события могут быть сгенерированы с помощью высокостабильного кварцевого генератора. Это может даже контролироваться печью, и таким образом получается очень точный эталон.
Частота равна количеству пересечений уровня срабатывания за одну секунду. Следовательно, для более коротких периодов стробирования можно легко рассчитать частоту по количеству пересечений уровня запуска.
Чтобы посмотреть, как работает частотомер или таймер, необходимо описать два подхода по отдельности. Эти два подхода можно назвать прямым подсчетом и реципрокным подсчетом.
Частотомер прямого счета
Те цифровые частотомеры, в которых используется метод прямого подсчета, подсчитывают, сколько раз входной сигнал пересекает заданное напряжение запуска (и в заданном направлении, например, перемещается от отрицательного к положительному) за заданное время. Это время известно как время ворот
В базовом счетчике есть несколько основных блоков:
- Вход: когда сигнал поступает на счетчик частоты, он поступает на входной усилитель, где сигнал преобразуется в логическую прямоугольную волну для обработки в цифровой схеме остальной части счетчика. Обычно этот каскад содержит схему триггера Шмитта, чтобы шум не вызывал ложных фронтов, которые могли бы вызвать дополнительные импульсы, подлежащие подсчету.
Часто можно управлять уровнем запуска, а также чувствительностью, хотя многие счетчики достигают этого автоматически. Также стоит помнить о максимальных входных уровнях в этот момент — часто это напечатано на передней панели в качестве руководства и предупреждения. - Точная развертка/часы: Для создания различных стробирующих/синхронизирующих сигналов в счетчике частоты требуется точная развертка или часы. Обычно это кварцевый генератор, а в высококачественных измерительных приборах это будет кварцевый генератор, управляемый печью. Во многих инструментах будет возможность использовать внешний генератор более высокого качества или использовать генератор частотомера для других инструментов. Это также полезно, когда необходимо привязать ряд инструментов к одному стандарту.
- Делители декад и триггер: тактовый генератор используется для обеспечения точно синхронизированного стробирующего сигнала, который пропускает импульсы из входящего сигнала. Это генерируется из тактового сигнала путем деления тактового сигнала на декадные делители, а затем подачи его на триггер, чтобы дать разрешающий импульс для основного затвора.
- Строб: Точно синхронизированный сигнал разрешения стробирования от часов подается на один вход гейта, а на другой вход подается последовательность импульсов от входящего сигнала. Результирующий выходной сигнал от ворот представляет собой серию импульсов в течение точного промежутка времени. Например, если бы входящий сигнал был на частоте 1 МГц и ворота были открыты на 1 секунду, то был бы пропущен 1 миллион импульсов.
- Счетчик/защелка: Счетчик принимает входящие импульсы от ворот. Он имеет набор стадий деления на 10 (количество равно количеству цифр дисплея минус 1). Каждый этап делится на десять, и поэтому, поскольку они связаны в цепочку, первый этап представляет собой ввод, деленный на десять, следующий — ввод, деленный на 10 x 10, и так далее. Эти выходы счетчика затем используются для управления дисплеем.
Чтобы удерживать выход на месте во время отображения цифр, выход фиксируется. Обычно защелка удерживает последний результат, пока счетчик считает новое показание. Таким образом, дисплей будет оставаться статичным до тех пор, пока не появится новый результат, после чего защелка будет обновлена, а на дисплей будут выведены новые показания. - Дисплей: дисплей принимает выходные данные защелки и отображает их в нормальном читаемом формате. ЖК-дисплеи или светодиодные дисплеи являются наиболее распространенными. Для каждой декады счетчик может отображать цифру. Очевидно, что на дисплее может отображаться и другая важная информация.
Важно, чтобы время стробирования было сгенерировано точно. Это достигается наличием в счетчике частоты высокоточного источника частоты. Обычно они работают на частоте 10 МГц, и ее необходимо разделить, чтобы получить требуемое время стробирования. Можно выбрать значения 0,01, 0,1, 1 и 10 секунд. Более короткое время, очевидно, позволяет чаще обновлять дисплей, но при этом точность подсчета ниже.
Причина того, что время стробирования определяет разрешение счетчика частоты, заключается в том, что обычно он может подсчитывать только полные циклы, поскольку каждое пересечение представляет собой цикл. Это время стробирования в одну секунду позволит получить разрешение по частоте в 1 Гц, а время стробирования в десять секунд позволит получить разрешение до 0,1 Гц. Стоит отметить, что разрешение измерения не выражается в процентах от измерения, а является фиксированной величиной, относящейся только к времени стробирования.
Взаимные счетчики частоты
Другой метод измерения частоты сигнала состоит в том, чтобы измерить период одного цикла формы волны, а затем взять обратное значение. Хотя этот подход немного дороже в реализации, чем прямой подсчет, и он не так широко используется, он все же имеет некоторые преимущества. Главный из них заключается в том, что он всегда будет отображать одинаковое количество разрядов разрешения независимо от входной частоты. В результате обратные счетчики частоты определяются количеством разрядов для заданного времени стробирования, например, 10 разрядов в секунду. С учетом этого видно, что обратные счетчики дают более высокое разрешение на низких частотах. На частоте 1 кГц прямой счетчик дает разрешение 1 Гц (4 разряда). Обратный счетчик 10 разрядов в секунду дает разрешение 10 разрядов.
Другим преимуществом является то, что эти счетчики могут очень быстро считывать показания. Обратный счетчик дает разрешение 1 мГц за 1 мс, тогда как прямому счетчику требуется секунда, чтобы дать показание с разрешением 1 Гц.
Счетчики частоты широко используются в любой радиолаборатории. Они обеспечивают быстрый, простой и точный метод измерения частоты, а также относительно экономичны. Они также могут быть требованием для обеспечения того, чтобы частоты передатчика передавались в требуемых полосах частот.