ВОЛИНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. ЛЕСІ УКРАЇНКИ
Кафедра загальної фізики та методики викладання фізики
Лабораторна робота
ТЕМА: ВИВЧЕННЯ ЕЛЕКТРОННО - ЛІЧИЛЬНОГО ЧАСТОТОМІРА Ч3 - 22 ТА РОБОТА З НИМ.
Мета роботи: Вивчити принцип дії та правила експлуатації цифрового частотоміра Ч3-22 в різних режимах роботи, застосувати частотомір як зразковий прилад для перевірки точності градуювання лабораторних генераторів і хронометрів.
1. Призначення частотоміра.
Частотомір Ч3-22 призначений для:
- автоматичного вимірювання частоти синусоїдних сигналів;
- автоматичного вимірювання періоду синусоїдних та імпульсних сигналів;
- автоматичного вимірювання відношення частот двох сигналів;
- лічби кількості електричних коливань.
2. Структура та робота приладу.
а) Принцип дії
Дія приладу заснована на лічбі кількості імпульсів, що поступають на вхід електронного лічильника протягом фіксованого проміжку часу. При вимірюванні частоти перелічуються імпульси вхідного /досліджуваного/ сигналу, а час лічби обирається рівним тривалості т.зв. стробуючого імпульсу, що формується з напруги кварцованої частоти. При вимірюванні періоду лічильник фіксує кількість імпульсів напруги кварцованої частоти /позначок часу/, а час лічби /тривалість строб. імпульсу/ співпадає з періодам вхідного /доеліджуваного/ сигналу. При вимірюванні відношення частот перелічуються імпульси напруги більшої частоти, а час лічби обирається рівним періоду напруги меншої частоти.
б) Структурна схема
На мал. 1 зображена структурна схема частотоміра, яка містить в собі такі основні вузли та блоки:
Формувальний підсилювач А призначений для підсилення і формування вхідного сигналу в режимах роботи "Частота А", "Відношення частот А/Б", "Підсумовування А", а в режимах "Період Б" та "Контроль" - кварцованих позначок часу в імпульси з крутими фронтами;
Селектор, призначений для пропускання зформованих імпульсів на вхід лінійного блока під час дії строб. імпульсу;
Лічильний блок, призначений для підраховування кількості імпульсів, що проходять через селектор та індикації результатів лічби. Блок містить сім лічильних декад та сім дешифраторів;
Блок автоматики, призначений для формування стробуючих імпульсів, а також імпульсів перепису та скидання;
Блок подільників частоти, призначений для декадного ділення кварцованої частоти 1 кГц, в режимах роботи "Контроль" і "Частота А", а також для помноження періоду в режимах роботи "Період Б" і "Відношення частот А/Б". Блок складаються з чотирьох послідовно ввімкнутих декадних подільників;
Генератор позначок часу, призначений для видавання сигналів кварцованої частоти 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц, 1МГц, 10 МГц. Генератор складається з підсилювача кварцованої частоти 1 МГц, трьох послідовно ввімкнутих декадних подільників і помножувача частоти 1 МГц на 10;
Формувальний підсилювач Б, призначений для підсилення і формування вхідного сигналу, що подається на вхід Б в режимах роботи "Період Б" та "Відношення частот А/Б", а в режимах роботи "Конроль" та "Частота А" - імпульсів кварцованої частоти 1 кГц;
Кварцовий генератор, призначений для видавання коливань високо стабільної частоти 1 кГц;
Імпульсно-потенціальні елементи “ І ” призначенні для комутації сигнальних кіл приладу. Відкривання елементів здійснюється за допомогою постійної напруги що подається на їх входи через відповідні перемикачі /В1 , В2, ВЗ/.
в) Вимірювання частоти
Вимірювання частоти здійснюється через вхід A . При встановленні перемикача "Рід роботи" /В1/ в положення "Частота А" елементи "I1 " та " I4 " переходять у відкритий стан, а елементи " I2 " та " І3 " залишаються закритими. Досліджуванний сигнал з входу А через атенюатор , елемент "II " та формувальний підсилювач А подається на селектор. Якщо при цьому на селектор поступає строб. імпульс з блока автоматики, то за час рівний тривалості цього імпульсу відповідна кількість імпульсів поступає на вхід лічильного блока. Блок складається з семи перерахункових декад, перша з яких розрахована на швидкість лічби понад 10 імпульсів за секунду. Вона і визначає верхню границю вимірювання частоти. Лічильний блок підраховує кількість імпульсів, що надходять і результат лічби висвічує на цифровому табло. Потрібний час лічби, а отже і потрібна тривалість строб. імпульсу обирається за допомогою перемикача ВЗ. При цьому з блока подільників на блок автоматики подається періодична послідовність імпульсів з відповідним періодом повторення через один з елементів: " I5 " /1 мсек/, " I6 " /10 мсек/, " I7 " /102 мсек/, " I8 " /103 мсек/, " I9 " /104 мсек/.
г) Вимірювання періоду
Вимірювання періоду здійснюється через вхід Б. При встановленні перемикача "Рід роботи" /В1/ в положення "Період Б" елементи " I2 " та " І3 переходять у відкритий стан , а елементи " I1 " та " I4 " стають закритими. Досліджуваний сигнал з входу Б через атенюатор, елемент " І3 " та формувальний підсилювач Б поступає:
- при вимірюванні одиничного періоду /множник періоду рівний 1/ - через елемент " 15 " в блок автоматики, який формує строб. імпульс з тривалістю, рівною вимірюваному періоду;
- при вимірюванні усередненого періоду /множник періоду рівний 10, 102 , 103, 104/ - на блок подільників частоти: Залежно від коефіцієнта усереднення періоду а, отже і коефіцієнта ділення частоти досліджуваного сигналу, який обирається за допомогою перемикача ВЗ, відкривається один з елементів:
" 16 " /n=10/, " 17 " /n=102/, " 18 " /n=103/, " 19 " /n=104/ і досліджуваний сигнал, поділений за частотою в n разів, поступає в блок автоматики, який формує строб. імпульс з тривалість рівною n періодам сигналу;
При цьому на вхід лічильного блоку через елемент " 12 ", формувальний підсилювач А та селектор поступають імпульси з відповідним періодом повторення від генератора позначок часу.
Тривалість періоду повторення позначок часу /частота заповнення/ обирається за допомогою перемикача В2. Залежно від його положення відкривається один з елементів: " I1О " /0,1 мксек/, " I11 " /1 мксек/, " I12 " /10 мксек/, "I13 " /0,1 мсек/, " I14 " /1 мсек/.
д) Вимірювання відношення частот
При вимірюванні відношення частот сигнал з більшою частотою подається на вхід А, а сигнал з меншою частотою на вхід В. Перемикач "Рід роботи" /В1/ встановлюється в положення "Відношення частот А/Б". При цьому елементи "I1 " та " І3 " стають відкритими, а елементи " I2 " та " I4 " - закритими.
Досліджуваний сигнал з більшою частотою від входу А через атенюатор, елемент "I1 " та формувальний підсилювач А подається на селектор. При наявності на селекторі строб. імпульсу певна кількість коливань цього сигналу подається на вхід лічильного блока.
Тривалість строб. імпульсу визначає сигнал з меншою частотою. Проходження цього сигналу таке ж, як і у випадку вимірювання періоду - від входу Б через атенюатор, елемент " І3 " та формувальний підсилювач Б до блока подільників частоти. Тривалість строб. імпульсу рівна одиничному або усередненому періоду цього сигналу. Вибір коефіцієнтів усереднення здійснюється за допомогою перемикача ВЗ.
е) Контроль
В приладі передбачено режим самоконтролю роботи основних вузлів і блоків. В цьому режимі прилад вимірює власні кварцовані частоти. Перемикач "Рід роботи" /В1/ встановлюється в положення "Контроль". При цьому елементи " I2 " та " I4 " відкриваються, а елементи "I1 " та " І3 " переходять в закритий стан. Сигнали проходять таким чином. Сигнал з частотою, яка обирається за допомогою перемикача В2, поступає з генератора позначок часу через один з елементів:
"I1О " /10 МГц/, " I11 " /1 МГц/, " I12 " /100 кГц/, " I13 " /10 кГц /, " I14 " /1 кГц/, елемент " I2 ", формувальний підсилювач А на селектор, а після цього на лічильний блок. Тривалість строб, імпульсу обирається за допомогою перемикача ВЗ.
ж) Підсумовування
Підсумовування /лічба кількості/ електричних коливань здійснюється через вхід А. При встановленні перемикача "Рід роботи" /В1/ в положення "Підсумовування А" елемент "II " відкривається, а елементи " I2 ", " I3 ", " I4 " стають закритими. Сигнал, кількість коливань якого потрібно перелічити, поступає на селектор, а після нього на вхід лічильного блока. Керування селектором, тобто вибір початку і кінця лічби здійснюється ручним способом, шляхом подавання на блок автоматики відповідних сигналів керування. Останній формує строб. імпульс великої тривалості, який відкривав селектор.