Измерение частоты и фазового сдвига

 

Цель работы: ознакомление с методами и средствами измерения частоты и фазового сдвига.

Частотой f называется число идентичных событий, происходящих в единицу времени. Единица циклической частоты – герц (Гц) – соответствует одному событию за одну секунду. Гармонические сигналы характеризуются также угловой (круговой) частотой w = 2p f, выражаемой в рад/с и равной изменению фазы сигнала j (f) в единицу времени. Так, циклической частоте f = 1 Гц соответствует угловая частота w = 2p, т.е. за 1 с фаза синусоиды изменяется на 2p.

Существует понятие мгновенной частоты f (t), однако при измерении определяется среднее значение частоты за время измерения, поскольку принцип измерения связан с подсчетом числа событий за некоторый отрезок времени.

Интервалом времени D t в общем случае называется время, прошедшее между моментами двух последовательных событий. К числу таких интервалов относятся, например, период колебаний, длительность импульса или длительность интервала, определяемая разносом во времени двух импульсов.

Периодом Т любого периодического детерминированного сигнала u (t) называется наименьший интервал времени, через который регулярно и последовательно повторяется произвольно выбранное мгновенное значение этого сигнала. Частота f и период Т колебания связаны соотношением   f = 1/ T, поэтому измерение одной величины можно заменить измерением другой.

Для измерения частоты применяются аналоговые и цифровые частотомеры, реализующие метод непосредственной оценки; можно измерять частоту методом сравнения при помощи осциллографа.

 

Задание на лабораторную работу

        

а) Ознакомиться с техническим описанием частотомера (прил. 3).

б) Измерить частоту периодического сигнала, используя электронно-лучевой осциллограф.

в) Измерить частоту и период импульсного сигнала при помощи электронно-счетного частотомера.

г) Измерить сдвиг фаз двух гармонических сигналов.

 

Измерение частоты при помощи электронно-лучевого осциллографа

 

Для измерения частоты осциллографом применяют следующие способы: использование линейной калиброванной развертки, применение калибровочных меток и применение синусоидальной развертки (фигуры Лиссажу).

 

Измерение частоты осциллографом с линейной калиброванной разверткой

 

При наличии линейной развертки горизонтальная ось экрана осциллографа является осью времени. На рабочую часть поверхности экрана нанесена сетка. Луч движется по экрану с заданной скоростью, проходя одно деление сетки за определенное время. Время, за которое луч проходит одно деление сетки, называется коэффициентом развертки. Размерность коэффициента развертки на разных диапазонах может быть мкс/дел., мс/дел., с/дел. Временной интервал определяется умножением размера нужной части осциллограммы, выраженного в делениях сетки, на коэффициент развертки.

Для определения частоты описанным методом измеряется период Т исследуемого сигнала, а частота находится из выражения f = 1/ Т.

    Для выполнения эксперимента подайте сигнал произвольной частоты от генератора на вход Y осциллографа (рис. 1).

Получите устойчивое изображение, срисуйте его. Измерьте период, вычислите частоту и определите погрешность измерения, используя в качестве эталонного прибора встроенный частотомер генератора.