II. Đo tần số và pha bằng phơng pháp biến đổi thẳng
4. Tần số kế và Fazo kế chỉ thị số
Nguyên tắc: đếm số xung N tơng ứng với số chu kỳ của tần số fx cần đo trong một khoảng thời gian xác định trớc.
Dới đây là sơ đồ khối và biểu đồ thời gian của tần số kế chỉ thị số U1~
U2~
K
E I CT U3
U4 Fazomet điện tử
1MHz TX2 1MHz
TX1
Xa: 5.000m Xb: 0.000 Yc: 1.200 Yd:-1.200
a-b: 5.000m c-d: 2.400
freq: 200.0
Ref=Ground X=time(S)
Y=voltage
d
b ac
A
Xa: 5.000m Xb: 0.000 Yc: 1.200 Yd:-1.200
a-b: 5.000m c-d: 2.400
freq: 200.0
Ref=Ground X=time(S)
Y=voltage
d
b ac
A
Biều đồ điện áp U1
0 t
0 t
0 t
0 t
0 t
U2
U3
U4
I τ
Mạch vào K B CT số
MF fo Chia tÇn §K
Tần số kế chỉ thị số Ufx~
1MHz TX
B§
78
Mạch vào là bộ khuếch đại dải rộng với tần số từ 10Hz – 3,5MHz và một bộ suy giảm để hoà hợp giữa nguồn cần đo và tần số kế.
Bộ tạo xung (TX) có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu hình sin hoặc tín hiệu xung thành dãy các xung có biên độ không đổi nhng tần số bằng tần số của tín hiệu vào.
Máy phát tần số chuẩn (MF fo) là bộ tạo xung chuẩn có độ ổn định cao với tần số khoảng 1MHz (bộ dao động này thờng là bộ dao động thạch anh)
Bộ chia tần để xác định Tđo tuỳ ý (thờng chia theo hệ số 10). Tđo có thể từ 10-6s đến 100s, nghĩa là tần số sau bộ chia tần có thể từ 1MHz đến 0,01Hz.
Thời gian Tđo để điều khiển khoá K hai đầu vào, fx theo đầu vào thứ 2 sẽ đi vào bộ đếm (BĐ) và ra cơ cấu chỉ thị.
Mạch điều khiển có nhiệm vụ:
+ Đảm bảo thời gian hiển thị kết quả đo từ 0,3 – 5s trên chỉ thị số + Xoá kết quả về 0 trớc khi tiến hành phép đo
+ Điều khiển khoá K làm việc theo chế độ tự động hoặc bằng tay + Chọn dải đo tần số phù hợp
Từ biều đồ điện áp (hình bên) ta thấy, số xung mà bộ đếm đếm đợc là N xung, N có mối quan hệ với Tđo và chu kỳ Tx của tín hiệu nh sau:
Sai số của phép đo chủ yếu do sai số lợng tử theo thời gian, nghĩa là thời điểm bắt đầu của chu kỳ fx không trùng với thời điểm bắt đầu thời gian đo Tđo.
Khi Tđo = n.Tx thì nhng khi thời gian đo không bằng một số nguyên lần chu kỳ tín hiệu cần đo thì sai số lớn nhất là xung đơn vị.
Sai số của phép đo đợc tính là:
Nh vậy, đo tần số càng cao sai số càng nhỏ, thời gian đo Tđo càng dài thì
phép đo càng chính xác.
t
t
t
t Utf
TX
K B§
T®o
Khi tần số cần đo rất thấp ngời ta thờng đo Tx thay cho đo fx. Đo Tx bằng cách đếm số xung chuẩn fo trong khoảng thời gian Tx.
Sơ đồ khối và biểu đồ thời gian nh sau:
Khi đó số xung đếm đợc là:
* Fazomet chỉ thị số
Nguyên tắc: biến đổi góc lệch pha cần đo giữa hai tín hiệu thành khoảng thời gian chênh lệch τ, lấp
đầy τ bằng cách xung có tần số đã biết trớc, số xung đếm đợc sẽ tỉ lệ với góc lệch pha của 2 tín hiệu.
Sơ đồ khối của fazomet số nh hình bên.
U1, U2 là hai tín hiệu điện áp cần so pha,
đợc đa vào 2 bộ tạo xung TX1 và TX2. Các xung sau bộ tạo xung đ-
ợc đa tới đầu vào S và R của trigo, đầu ra của trigo sẽ xuất hiện các xung đóng mở khoá K với khoảng thời gian τ ứng với độ lệch pha giữa hai tín hiệu.
U1~
U2~
K
MF fo B CT sè
Fazomet chỉ thị số
1MHz TX4 1MHz
TX3
S R Q_Q
U1
TX1
TX2
§ Ufx~
§K
CT sè
K B
Mạch vào
MF fo To
Tx
1MHz TX1
§
t t
t 0
0 0
Ufx
TX
TX
80
Khi khoá K mở, các xung chuẩn từ máy phát tần số chuẩn MF fo đợc đa tới bộ đếm và đến chỉ thị số.
Số xung đếm đợc là:
Vậy số xung đếm đợc tỉ lệ với góc lệch pha cần đo. (xem biểu đồ thời gian) Phơng pháp đếm trên có nhợc điểm là phụ thuộc vào fo và fx. Khắc phục điều này bằng cách thêm một khoá K2 sau K1, K2 đợc điều khiển sao cho đóng mở trong thời gian tu= k.To. Khi đó:
Nh vậy trong biểu thức của N không chứa fo và fx, nó chỉ phụ thuộc vào hệ số chia tần, do đó phép đo có độ chính xác cao hơn.
Fazomet chỉ thị số có thể đo trong dải tần từ vài Hz cho đến hàng MHz với độ chính xác từ