Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров) (554136), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Формирующее устройство 1 создает последовательность счетных импульсов с периодом Т,=Щ. Соответственно длительность стробирующего импульса составит Т,=И~„Т,. Процесс измерения частоты 1 состоит в счете числа импульсов Ж, поступивших на вход счеччика за время Т,. Результат измерения (без учета погрешности дискретности) непосредственно следует из определения понятия частоты: ~„= Лг„/Т,=М.1,(А„„. (7.7) Или с учетом (7.6) получим в Гц 1„=. 10' — Лг,. (7.8) Полученные соотношения подтверждают целесообразность принятых ранее общих выражений для выбора частоты образцовых колебаний и зйачений коэффициентов деления Й„ 150 Точность цифровых частотомеров в основном ограничивают нестабильность частоты кварцевого генератора и погрешность из-за дискретности счета. Соответственно значение относительной погрешности измерения частоты нормируется как сумма двух составляющих: Зу + (~0+йл)' где бо — погрешность из-за ухода частоты генератора; бд — погрешность дискретности.
Первое слагаемое общей погрешности записывают в виде бо —— =а10", где а=~1,0; И,5; 2,0; 2,5 или 5,0, а 4=4, 5..., и нормируют относительно одного или.:нескольких стандартных интервалов времени. С целью уменьшения величины погрешности 4а в высокоточных частотомерах применяют термостатирование кварцевых генераторов или используют в них схемные злементы с термокомпенсацией.
Суточный уход частоты бз в подобных приборах не превосходит 5 10-з, а годовой — !О-з. Номинальное значение частоты кварцевых генераторов устанавлива1от путем их калибровки с использованием перевозимых квантовых стандартов частоты или по сигналам точных значений частоты, передаваемых по радиоканалам. Сравнить частоты можно разными методами, в том числе и по фигурам Лиссажу. Относительная погрешность калибровки частоты при использовании квантовых стандартов обычно не превосходит (1 †: 5)10-".
Погрешность дискретности (см. гл. 3) возникает из-за неопределенности (случайности) расположения начала очередного строб-импульса относительно текущей фазы измеряемого напряжения. Абсолютное значение атой погрешности равно единице младшего разряда, а относительное за= Ю'х= 1/(Т.тс). (7.9) На рис. 7.7 семейством прямых линий представлена зависимость погрешности бд от частоты при разных значениях времени счета Т,. Из изложенного следует, что погрешность дискретности счета 4д уменьшается с ростом времени счета.
Однако этот путь повышения точности имеет ограничение, так как приводит к снижению быстродействия прибора. Минимальное время счета Т гарантирующее заданную точность измерения (4„(блд ), определяется из соотношения 1 а ем у„з .ло„ В тех случаях, когда погрешность или время счета становятся чрезмерно большими (например, Т,>~10 с), используют второй вариант измерения. Измерение низких и ннфранизких частот (измерение периодов колебаний).
Рассмотренный ранее режим измерений становится неприемлемым для частот ниже нескольких сотен герц. Для расширения пределов измерений в сторону низких частот в серийно вы- 151 10 Ф «ь е й 0-11»» 10 еь е !0101 1 тФ 10м г !..ь 10м г В 1010'Г! "' 10' ' $10Гц !00Гц 10Гц 000Гц 1000Г» 1ИГц 1011Гц 10010ц 1ГГц Изяеряеная чагтоша Рис. 7.7. Зависимость погрешности измерении от частоты Для измерения периода Т„исследуемое напряжение и (1) подают на вход 2 прибора (рис.' 7.6) и из него формируются прямоугольные строб-импульсы (рис.
7,8). Так как в канале формирования предусмотрен делитель частоты с коэффициентом деления Анен=10'", где т=0, 1, ..., длительность строб-пмпульса, а следовательно, и время счета Тс, могут быть как равными, так и в 10~ раз больше периода Т . Одновременно на вход формирующего устройства 1 (рис.
7.8) поступают стабильные колебания с частотой 10"1о (например, 100 Мрц) и из них формируются счетные импульсы топ же частоты. Так как селекторный каскад открывается на время Т,=10™Т~ то общее число счетных импульсов, поступивших на вход счетчика, Ю.=10 Т,10 Т.=10+ 1,Т„. Соответственно частота измеряемого сигнала У,= 10 +-7;)Лг,. (7.10) Относительная погрешность измерения периода гармонических колебаний определяется тремя составля1ощими: относительной погрешностью из-за нестабильности частоты 1о кварцевого генератора 152 пускаемых приборах предусматривают возможность перехода на второй режим, при котором производится измерение периода колебаний с последующим вычислением частоты. К преимуществам второго режима измерений следует отнести высокую разрешающую способность и постоянство точностных характеристик в широком диапазоне частот.
Высокая точность достигается за счет использования повышенной частоты счетных импульсов и многоразрядных отсчетных устройств. Частота счетных импульсов повышается путем умножения (на схеме не указано) частоты 1о исходных колебаний кварцевого генератора на множитель Агни=10", где а=1 или 2. б„относительной погРешностью дискРетности бд и относительной погрешностью бпи обусловленной внешними шумами, поступающими вместе с измеряемым сигналом.
В рассматриваемом случае относительная погрешность дискретности 8,=)~И =)~(1В+ ~,т„), (7.11) При измерении периода следует учитывать погрешности, обусловленные внешними шумами (см. гл. 3). Любое случайное откло- т,=шт,-х -И г А' и) сехш+~» б) Рис'. 7,8. Диаграммы иапряжеиий частото- мера в режиме иимереиия периода: . и — прн атсртстини панах; б при неипеии пакех пение начала и конца строб-импульса, определяющего время счета Т„от точного соответствии с выбранной фазой (например, О') измеряемого напряжения и (1) влечет за собой дополнительную погрешность. Относительное значение этой погрешности птах (7.12) 10тг где '10 — коэффициент деления делителя в канале формирования строб-импульса.
Очевидно, что Ьт =Ат,", + Ьт,"„, где сит",, Ьти, — случайные отклонения начала и конца строб-импульса. 1БЗ Из изложенного следует, что при прочих равных условиях погрешность б тем меньше, чем больше коэффициент деления делителя. Для уменьшения Лт" л и Лт",а следует увеличивать амплитуду измеряемого сигнала и выбирать в качестве опорных для формирования строб-импульса фазы входного напряжения с наибольшей крутизной Ии„/Ж. Подобным свойством обладает нулевая фаза гармонических колебаний( переход через нуль). Ориентировочно при синусоидальном сигнале и отношении сигнал/шум 40 дБ относительная погрешность б оценивается как ~3 10 з~1О, где 1О™ — коэффициент деления делителя.
Зависимость суммарной погрешности измерений от частоты для второго варианта работы прибора представлена на рис. 7.7 семейством кривых. Т0 — период колебаний напряжения генератора с кварцевой стабилизацией. Чем меньше Т, (частота ~, больше), тем меньше погрешность дискретности и вляние шума на результирующую погрешность измерений. При измерении низких частот влияние дискретности и шумов незначительное. С увеличением времени усреднения Т, погрешность уменьшается. При измерении частоты (первый вариант работы) погрешность б несущественна благодаря эффекту интегрирования.
Поэтому семейство прямых на рис. 7.7, определяющее зависимость суммарной погрешности от частоты для первого варианта работы прибора, не учитывает погрешности б„. Измерение отношения частот (рис. 7.6, а) выполняют при отключенном источнике образцовых колебаний. Напряжение с большей частотой )1 подают на вход 1 и из него формируются счетные импульсы.
Соответственно напряжение с большим периодом (частота ~~) поступает на вход 2 и из него формируют строб-импульсы. В результате число импульсов У, поступающих на вход счетчика, будет пропорционально частоте 11 и обратно пропорционально частоте )м т. е. Погрешность измерения определяется эффектом дискретности счета и флуктуациями длительности строб-импульса из-за внешних помех, поступающих на вход 2 (см, рис. 7.6). Теоретически погрешность дискретности можно уменьшить в 1О™+" раз путем предварительного умножения и деления частот 11 и ~э на коэффициенты 10 и ИО .
Деление частоты 1э одновременно снижает погрешность из-за воздействия внешних помех. Рассмотренные варианты построения частотомеров обеспечивают приемлемую погрешность измерений до частот в несколько сотен мегагерц. Рассмотрим особенности измерений в диапазоне СВЧ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
