Конденсаторные частотомеры (КЧ). Принцип действия, схемы, погрешности

Для измерения частот до 200 кГц широко используются аналоговые электронные конденсаторные частотомеры. Основная погрешность не превышает 0,5%.

Измерение частоты с помощью КЧ основано на использовании формирователей, выдающих на индикатор определенное количество электричества Q за каждый период измеряемой частоты. Доза количества электричества представляет собой импульс тока определенной формы, длительности, амплитуды. Среднее значение тока от поступающих импульсов: I=Qf, где f – измеряемая частота. По величине среднего тока импульсов I можно определить частоту f. В качестве формирователей импульсов используются конденсаторные формирователи. Количество электричества в импульсе конденсаторного формирователя равно заряду Q конденсатора на емкости С от источника напряжения U: Q=CU. Простейшая схема КЧ:

Рис. 3

U – измеритель, ФПИ – формирователь прямоугольных импульсов. На вход ФПИ поступает напряжение с частотой f_Х. Длительность импульсов должна быть достаточной для полной зарядки С. При появлении импульсов на выходе ФПИ, С заряжается через диод VD1 (через mA тока нет, так как VD2 – закрыт). В течении паузы между импульсами С разряжается через VD2. Среднее значение тока через измеритель: I=CUf. Конденсатор С₁ служит для сглаживания пульсаций и устранения колебаний измерителя U.

В реальных схемах сформированные ФПИ импульсы управляют электронным ключом на транзисторе.

Рис. 4

В отрицательный полупериод VT открывается и конденсатор С заряжается от источника питания через диод VD2 и измеритель (mA). В положительный полупериод С разряжается через VD1 и R. Среднее значение тока через измеритель пропорционально частоте I=CUf_X. Линейная зависимость I(f,C) существует лишь, если С разряжается и заряжается полностью, чего в действительности не происходит. Конденсатор С учетом заряда и разряда конденсатора, средний ток измерителя:

, где

t₃ – время заряда С, t– постоянная времени цепи разряда С.

Малое отклонение от линейности будет при условии, если , тогда среднее значение тока через измеритель: .

Относительное отклонение от линейности в конце шкалы s: - может быть использовано для расчета t при заданной нелинейности.