Zaloguj się
Wszystkie
2 marca 2026
14
- Zakres częstotliwości pracy: 10 mHz...10 MHz (maksymalnie ~13,5 MHz)
- Czułość wejściowa: 100 mV peak-to-peak (~35 mV RMS dla przebiegu sinusoidalnego)
- Dokładność: typowy błąd <0,001 Hz do 9,999 MHz po kalibracji
- Czas próbkowania: 0,1 s, 1 s lub 5 s
- Generator referencyjny: generator kwarcowy z kompensacją temperatury (TCXO)
- Zasilanie: trzy ogniwa AA zapewniające około 24 godzin pracy na baterii
Kupiłem licznik częstotliwości ponad 30 lat temu, ale jego dokładność jest bardzo słaba jak na dzisiejsze standardy, z odchyleniem nawet o 50 Hz przy 10 MHz. Wymieniłem jego niezbyt dokładny moduł zegara na 10 MHz TCXO i teraz mogę polegać na nim z dokładnością do 1 Hz przy 10 MHz. Dostosowując częstotliwość TCXO do częstotliwości mojej częstotliwości odniesienia 10 MHz synchronizowanej przez GPS, mogę być pewien takiej dokładności.
Ale co się dzieje, gdy chcę zmierzyć niskie częstotliwości? Na przykład sygnał 50 Hz. Przy czasie bramki wynoszącym jedną sekundę, najprawdopodobniej pokaże odczyt 50, nawet jeśli nie jest to dokładnie to. Może to być 49 lub 51, ale rozdzielczość wynosi tylko 1 Hz. Aby ją poprawić, moglibyśmy mieć czas bramki 10 sekund, dla którego rozdzielczość byłaby równa 0,1 Hz. Dla rozdzielczości 10 mHz wymagany byłby 100-sekundowy czas bramkowania, co jest wartością trudną do zaakceptowania.
Lepszym sposobem pomiaru niskich częstotliwości jest pomiar okresu. W tym samym przykładzie 50 Hz, przy użyciu zegara 10 MHz, w jednym okresie 20 ms zgromadziłoby się 200000 impulsów. Jeśli zmierzona liczba impulsów wynosiłaby 199900, oznaczałoby to, że częstotliwość wynosi 10000000 ÷ 199900 = 50,025 Hz.
Jest to znaczna poprawa rozdzielczości, ale w dużym stopniu uzależniona od dokładności sprzętu mierzącego czas trwania jednego cyklu. Ponadto wraz ze wzrostem częstotliwości sygnału spada rozdzielczość i dokładność.
Zaletą tego schematu jest to, że dokładny czas pomiaru nie jest krytyczny, ponieważ obliczenie częstotliwości jest ilorazowe. Oznacza to, że powinniśmy uzyskać dość dokładne wyniki, o ile dysponujemy źródłem zegara o dokładnej częstotliwości i zsynchronizujemy okres pomiaru z narastającymi zboczami ciągu impulsów sygnału wejściowego.
Co musimy mierzyć z taką precyzją? Do pierwszego sprawdzenia wybrałem częstotliwość sieci. Podłączyłem wyjście transformatora sieciowego 6 V AC do obwodu RC w celu zmniejszenia napięcia i odfiltrowania szumów
Częstotliwość różniła się nieznacznie między poszczególnymi odczytami, a największa różnica wynosiła około 30 mHz. Mieści się to w wymaganej specyfikacji Australijskiego Operatora Rynku Energii (AEMO) wynoszącej 49,85...50,15 Hz (autor mieszka w Australii – przyp. red.). Zmienność częstotliwości jest spowodowana stale zmieniającymi się warunkami obciążenia sieci.
Bardzo precyzyjnie muszą być ponadto strojone instrumenty muzyczne. W skali równomiernie temperowanej częstotliwość C4 (środkowe C) powinna wynosić 261,63 Hz. Częstotliwość koncertowa A4, do której są strojone instrumenty, musi wynosić 440,00 Hz. Wszystkie inne nuty wymagają takiej samej precyzji, z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku, a wyćwiczone ucho jest w stanie wychwycić najmniejsze różnice w wysokości dźwięku. Takie częstotliwości można zmierzyć dokładnie i szybko za pomocą wzmacniacza mikrofonowego i tego urządzenia.
Opis działania
Przyjrzyjmy się przebiegom czasowym przedstawionym na rysunku 1. Należy pamiętać, że nie zostało zachowane skalowanie tych wykresów. Sygnał wejściowy jest doprowadzany do wejścia zegarowego przerzutnika typu D (74HC74). Gdy wejście D (GATE TIME) pozostaje w stanie niskim, wyjście Q pozostaje w stanie niskim, a liczniki są zablokowane. Okres zliczania rozpoczynamy od podania jedynki logicznej (poziom wysoki) na wejście D. Przy następnym narastającym zboczu sygnału wejściowego, wyjście Q (COUNTEN) przejdzie w stan wysoki po krótkim opóźnieniu związanym z czasem propagacji przerzutnika.
W rezultacie włączane są dwie bramki NAND. Zegar referencyjny (REF COUNT) jest następnie podawany do 32-bitowego licznika IC5, a sygnał wejściowy, INPUT COUNT, jest podawany do drugiego 32-bitowego licznika IC8.
Po jednej sekundzie na wejściu D układu 74HC74 pojawia się stan niski. Wyjście Q pozostaje w stanie wysokim do następnego dodatniego zbocza sygnału wejściowego, po którym wyjście to przechodzi w stan niski. Zatrzymuje to zliczanie impulsów w obu 32-bitowych licznikach. Co ważne, mamy dokładny licznik wejściowy, ponieważ okres jest zsynchronizowany z narastającymi zboczami sygnału wejściowego.
Licznik referencyjny nie jest zsynchronizowany w ten sam sposób, więc wynik zliczenia może być mniejszy o jeden. W przypadku generatora referencyjnego 10 MHz powoduje to błąd wynoszący jedną część na 107. Jednak w przypadku odniesienia 30 MHz zmniejsza się on do 0,33 części na 107, co jest wartością nieistotną.
Mamy teraz trzy parametry. Zegar referencyjny to TCXO, więc jest bardzo dokładny. IC5 będzie zawierał liczbę zgromadzoną w (przybliżonym) jednosekundowym okresie i jest to licznik referencyjny, który będzie zbliżony do częstotliwości generatora referencyjnego. Drugi licznik, IC8, zawiera liczbę wejściową. Częstotliwość jest następnie obliczana z równania:
f = liczba impulsów wejściowych × częstotliwość referencyjna ÷ liczba impulsów referencyjnych
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
