книги из ГПНТБ / Соркин И.М. Основы радиоизмерительной техники

пряжение на аноде уменьшается и конденсатор разря­ жается через лампу и сопротивление г. При этом, если постоянная времени заряда и разряда конденсатора значительно меньше периода напряжения измеряемой частоты, то при прохождении каждого отрицательного импульса через индикаторный прибор пройдет количе­ ство электричества q = C-E. Число отрицательных импульсов в единицу времени будет равно измеряемой частоте fx и, следовательно, в единицу времени через индикатор пройдет количество элек­

тричества, равное q-fx, т. е. постоянный ток

вана 'непосредственно в единицах ча­ стоты. Электронные частотомеры используются для из­

мерения частоты в диапазоне 10 гц — 100 кгц с погреш­ ностью, не превышающей ±2% от максимального зна­ чения шкалы на каждом поддиапазоне.

4-3. ИЗМЕРЕНИЕ РАДИОЧАСТОТ

Резонансный частотомер

Резонансный частотомер представляет собой градуи­ рованный по частоте колебательный контур, состоящий из катушки, конденсатора переменной емкости и инди­ катора (рис. 4-6): В качестве индикатора применяется обычно термоэлектрический прибор, включаемый после­ довательно, или электронный вольтметр, включаемый параллельно контуру.

В качестве индикатора можно использовать также вольтметр с полупроводниковым выпрямителем, связав его через апериодическую цепь с контуром частотомера для уменьшения затухания.

Для измерения частоты частотомер связывается индуктивно с источником измеряемой частоты и враще­ нием ротора конденсатора С настраивается в резонанс

И»

с измеряемой частотой по максимальному показанию индикатора. Измеряемая частота, равная собственной частоте контура частотомера в момент резонанса, опре­ делится параметрами контура согласно известному со­ отношению

1 000

2 к У Ш ’

(4-7)

где L — индуктивность катушки частотомера, мкгн, С — емкость конденсатора, пф;

f — частота, Мгц.

Практически шкала конденсатора переменной емко­ сти градуируется по образцовому частотомеру .непосред­ ственно в единицах частоты.

Точность показаний резонансного частотомера определяется стабильностью его градуировки и точностью настройки в резонанс. Изменение первичной градуировки частотомера вызывается изме­ нением величин L и С под действием температуры, а также оста­ точных деформаций или старения.

Уменьшение температурных влияний достигается применением катушки и конденсатора с малым температурным коэффициентом.

Погрешности градуировки за счет температурных влияний на катушку могут быть оценены величиной порядка 6х.= 1-10_6, а на конденсатор 6с = 1-10_4. Погрешности за счет остаточных деформа­ ций и старения б0 = (1—10) • 10-4.

Точность установки резонансной частоты обусловливается остро­ той резонансной кривой частотомера, т. е. его добротностью и раз­ решающей способностью индикатора. Количественно погрешность за счет индикации резонанса может быть оценена выражением

где др — погрешность индикации резонанса; А/— разрешающая способность индикаторного прибора по току;

ханическом выполнении, достаточно высокой добротности контура частотомера и чувствительности индикаторного прибора погреш­ ность резонансного частотомера в УКВ диапазоне не превышает

0,1—0,5%, а в ДЦВ диапазоне 0,01—0,05%.

Резонансные частотомеры делятся на 5 классов точности, со­ ответствующих погрешностям 0,01; 0,05; 0,1; 0,5; 1% (ГОСТ

9772-61).

112

Кварцевый калибратор

Кварцевый калибратор представляет собой генератор с кварцевой стабилизацией, обеспечивающей высокую стабильность генерируемой основной частоты и ее гар­ моник.

Стабилизация частоты кварцем основана на пьезо­ электрическом эффекте. Пьезоэлектрический эффект со­ стоит в том, что если пластину кварца (вырезанную определенным образом относительно осей кристалла) растягивать или сжимать в определенном направлении, то на поверхностях пластины, перпендикулярных прило­ женной силе, появляются электрические заряды. С дру­ гой стороны, если такую пластину по­ местить между двумя электродами, к которым приложена разность потен­ циалов, то в зависимости от полярно­ сти приложенного напряжения пласти­ на будет расширяться или сжиматься.

Если к электродам приложено пере­ менное напряжение, то пластина квар­ ца будет вибрировать и амплитуда ко­ лебаний будет наибольшей при часто­ те, совпадающей с частотой механи­

ческого резонанса пластины. При этом на ее электродах будут появляться заряды переменного знака. Таким образом, в этом случае пластина кварца ведет себя как колебательный контур с. очень стабильными параметра­ ми и очень малыми потерями. Поскольку частота лампо­ вого генератора тем более устойчива, чем меньше потери колебательного контура, то применение колебательной системы в виде кварцевого резонатора приводит к ста­

билизации частоты генератора.

Упрощенная схема кварцевого калибратора показана на рис. 4-7. В данной схеме кварц включен между ка­ тодом и сеткой лампы, а нагрузкой в анодной цепи является индуктивность L. Связь между анодным кон­ туром и кварцем осуществляется через емкость анод—■ сетка лампы. Основная частота калибратора и ее гармо­ ники дают ряд фиксированных опорных точек для по­ верки частоты передатчиков и приемников радиостан­ ций. Погрешность частот, выдаваемых кварцевым калиб­ ратором, порядка ±0,05%|.

Для поверки передатчиков кварцевый калибратор снабжен детекторным каскадом, который служит для детектирования и прослушивания биений измеряемой частоты с гармониками кварцевого калибратора. При поверке частотной градуировки приемников приемник настраивается на прием незатухающих колебаний квар­ цевого калибратора в телеграфном режиме и получае­ мые биения детектируются в детекторе приемника и прослушиваются телефоном на его выходе.

Гетеродинный частотомер

Принцип действия гетеродинного частотомера осно­ ван на сравнении измеряемой частоты с частотой ка­

тор. В результате детектирова­ ния биений колебаний с частотами /ж и /г на выходе де­ тектора выделяется напряжение разностной звуковой ча­ стоты

Если настраивать гетеродинный частотомер таким обра­ зом, чтобы слышимый в телефоне разностный тон бие­ ний постепенно понижался, то в момент, когда звук в те­ лефоне исчезнет, будут происходить нулевые биения, при которых разностная частота равна нулю. При этом измеряемая частота fx будет равна частоте гетероди­ на fr и может быть отсчитана непосредственно по его шкале.

Точность гетеродинного частотомера определяется погрешностью отсчета нулевых биений и погрешностью частоты гетеродина. Погрешность определения нулевых биений может быть существенно уменьшена до единиц и долей герца методом вторичных биений. Этот метод основан на получении одинакового разностного тона биений между измеряемой частотой и частотой гетеро-

114

Образцовые меры частоту

Образцовые меры частоты в зависимости от их назначения и точности подразделяются на первичные и вторичные эталоны частоты и образцовые меры 1-го, 2-го и 3-го разрядов. Первичный эталон частоты пред­ ставляет собой генератор, частота колебаний которого

втечение долгого периода времени поддерживается по­ стоянной с наивысшей достижимой для данного состоя­ ния измерительной техники точностью, называемой метрологической. Точность первичных эталонов частоты, у которых источником образцовых частот является высокостабильный кварцевый генератор, составляет по­ рядка 4 • 10~9. За последние годы разработаны так называемые молекулярные эталоны частоты, у которых

вкачестве источника образцовых частот используются частоты спектров поглощения некоторых газов, напри­ мер линия поглощения аммиака соответствует частоте 23870,1 Мгц. Поскольку частота молекулярного резо­ нанса отличается исключительно высокой стабиль­ ностью, то в эталонах частоты, выполненных на этом

принципе, достигается точность порядка (3—б) • 10~10. Первичные эталоны частоты регулярно поверяются по сигналам точного астрономического времени, т. е. не­ посредственно по абсолютному эталону частоты и вре­ мени, каковым является период обращения Земли во­ круг своей оси. Вторичные эталоны частоты, точность которых порядка 1- 10-8, поверяются сличением их ча­ стот с образцовыми частотами, передаваемыми по радио или проводам от первичного эталона частоты.

Образцовые меры частоты 1-го, 2-го и 3-го разрядов (именуемые также «стандарт частоты» или «прецизион­ ное частото-измерительное устройство») представляют собой устройства для выдачи, сличения и измерения ча­ стот с точностью ниже метрологической (порядка 1 • 10-7—1-10~6). Эти образцовые меры частоты приме­ няются для практических работ по поверке и градуиров­ ке частотоизмерительной аппаратуры и для различных прецизионных частотных измерений.

Упрощенная блок-схема образцовой меры частоты показана на рис. 4-11. Основными элементами блок-схе­ мы являются образцовый генератор, делители и умно­ жители частоты, блок сличения, который служит для

118

поверки образцовой меры частоты по эталону частоты, и частото-измерительное устройство.

Образцовый генератор — источник образцовой часто­ ты — представляет собой высокоста1б|ильный, термостати­ рованный кварцевый генератор, работающий на фикси­ рованной частоте 50, 100, 200 кгц или 1 Мгц.

Принцип получения от образцового генератора серии образцовых частот во всем диапазоне, используемом ддя

лучении стабильных гармоник от этого мультивиб­ ратора с частотами 200, 300, 400 кгц и т. д. про­ исходит умножение частоты. Одновременно образцо­ вый генератор синхронизирует второй мультивибратор с основной частотой 10 кгц на его 10-й гармонике, часто­ та которой равна частоте образцового генератора. Гар­ моники второго мультивибратора дают ряд стабильных частот 20, 30, 40 кгц я т. д., меньших 100 кгц, т. е. в этом случае происходит деление частоты.

119