Το συχνόμετρο είναι ένα ηλεκτρονικό όργανο που χρησιμοποιείται για την μέτρηση της συχνότητας ενός επαναλαμβανόμενου σήματος. Η συχνότητα ενός επαναλαμβανόμενου σήματος, ορίζεται με τον αριθμό των παλμών που συμβαίνουν σε ένα χρονικό διάστημα ενός δευτερολέπτου.

Αρχή λειτουργίας

Στα περισσότερα συχνόμετρα, η αρχή λειτουργία τους βασίζεται σε ένα απαριθμητή, που μετρά τον αριθμό των γεγονότων που συμβαίνουν σε συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο, π.χ. ένα δευτερόλεπτο. Με το τέλος του χρονικού παραθύρου, η τιμή του απαριθμητή οδηγείται στην μονάδα ένδειξης και μετά ο απαριθμητής μηδενίζεται και στη συνέχεια επαναλαμβάνεται η ίδια διαδικασία.

Προδιαγραφές ενός συχνομέτρου

Όπως σε κάθε ηλεκτρονικό όργανο, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τις προδιαγραφές του συχνομέτρου, ώστε να αποκτήσουμε εκείνο που ταιριάζει περισσότερο στις ανάγκες μας. Οι περισσότερες προδιαγραφές ενός συχνομέτρου μπορούν εύκολα να καθοριστούν, ενώ δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι υπάρχουν λεπτά σημεία σε ορισμένες προδιαγραφές που πρέπει να προσέξουμε πριν αγοράσουμε.

Α] Περιοχή συχνοτήτων μέτρησης του συχνομέτρου. Η πρώτη βασική προδιαγραφή ενός συχνομέτρου είναι το εύρος συχνοτήτων στο οποίο μπορεί να μετρήσει. Το συχνόμετρο έχει ένα ενισχυτή στην είσοδο, ο οποίος έχει ομοιόμορφη απολαβή σε όλο το εύρος συχνοτήτων λειτουργίας του συχνομέτρου.

Β] Σύνθετη αντίσταση εισόδου. Όπως και στα άλλα ηλεκτρονικά όργανα, το συχνόμετρο έχει την προδιαγραφή της σύνθετης αντίστασης εισόδου η οποία ορίζεται διαφορετικά στις χαμηλές και στις υψηλές συχνότητες.

—Standard input specification. Τα περισσότερα συχνόμετρα έχουν υψηλή αντίσταση εισόδου. Αυτή ορίζεται με την αντίσταση και την παράλληλη χωρητικότητα. Τυπικά μπορεί να είναι 1ΜΩ / 20pF, δηλαδή αντίσταση 1ΜΩ με παράλληλη χωρητικότητα 20pF. Αυτός ο τύπος της σύνθετης αντίστασης εισόδου χρησιμοποιείται για συχνότητες μέχρι 10MHz ή 30MHz.

– RF / Microwave input specification. Όταν εργαζόμαστε σε υψηλές συχνότητες, για παράδειγμα άνω από 30MHz για να έχουμε τη μέγιστη μεταφορά του σήματος, η σύνθετη αντίσταση του συχνομέτρου ορίζεται στα 50Ω για να ταιριάζει με εκείνη του κυκλώματος. Όταν εργαζόμαστε σε τέτοια σήματα, πρέπει να προσέξουμε την ισχύ που δέχεται το συχνόμετρο, ώστε να μην είναι πολύ μεγάλη για να μην κάψει την αντίσταση τερματισμού της εισόδου του συχνομέτρου.

Γ] Ευαισθησία του συχνομέτρου. Η ευαισθησία ενός συχνομέτρου ορίζεται με το μικρότερο πλάτος του σήματος εισόδου έτσι ώστε να μπορεί να απαριθμεί. Εάν υπάρχει η δυνατότητα ρύθμισης του trigger level (επίπεδο σκανδαλισμού), αυτό θα πρέπει να ρυθμίζεται στο μέσο του σήματος εισόδου. Η προδιαγραφή ευαισθησίας, είναι στην ουσία το μέτρο του επιπέδου υστέρησης του συγκριτή εισόδου του οργάνου.

Η είσοδος του πολυμέτρου αποτελείται από τον αναλογικό ενισχυτή, που στη συνέχεια ακολουθεί το κύκλωμα Schmitt trigger. Το ημιτονοειδές σήμα εισόδου, μετά τον ενισχυτή, εισέρχεται στο κύκλωμα trigger, όπου στην θετική άνοδο του σήματος προκαλεί το schmitt trigger κύκλωμα να αλλάξει κατάσταση. Στην αρνητική κατάβαση του σήματος προκαλεί το schmitt trigger κύκλωμα να αλλάξει, επίσης, κατάσταση. Υπάρχει διαφορά επιπέδου τάσης στα δυο αυτά σημεία αλλαγής του schmitt trigger, που λέγεται υστέρηση που έχει την ιδιότητα να αποτρέπει τα μικρά επίπεδα θορύβου να επηρεάζουν τον απαριθμητή.

Δ] Προδιαγραφή βάσης χρόνου του συχνομέτρου. Μια άλλη προδιαγραφή του συχνομέτρου, είναι η ακρίβεια των μετρήσεων. Αυτό αντανακλάται στην ακρίβεια του ταλαντωτή που χρησιμοποιείται για τον ορισμό του χρονικού παραθύρου απαρίθμησης (βάση χρόνου).

Υπάρχουν τρεις τύποι βάσης χρόνου ή ρολογιού για τον ορισμό του χρονικού παραθύρου:
—Crystal oscillator. Για την δημιουργία του χρονικού παραθύρου, χρησιμοποιείται κρυσταλλικός ταλαντωτής που βρίσκεται σε θερμοκρασία δωματίου. Αν και προσφέρει ακρίβεια σε μη απαιτητικές περιπτώσεις, δεν προσφέρει ακρίβεια σε εργαστηριακές απαιτητικές μετρήσεις.
– Temperature compensated crystal oscillator TCXO: Αυτός ο τύπος κρυσταλλικού ταλαντωτή, έχει κυκλώματα αντιστάθμισης σε θερμοκρασιακές μεταβολές.
– Oven controlled crystal oscillator OCXO: Ο κρυσταλλικός ταλαντωτής OCXO περιέχεται σε ένα μικρό κέλυφος, με σταθερή ρυθμιζόμενη θερμοκρασία, για να διατηρείται η συχνότητα του όσο το δυνατό σταθερή.

Ακρίβεια και ανάλυση συχνομέτρου

Τα συχνόμετρα χρησιμοποιούνται για την ακριβή μέτρηση συχνότητας ραδιοφωνικών σημάτων ή σημάτων τηλεπικοινωνίας RF, καθώς και για κάθε επαναλαμβανόμενο σήμα.

Τα συχνόμετρα διατίθενται σε σχετικά χαμηλές τιμές τα οποία χρησιμοποιούνται στην επισκευή ηλεκτρονικών συσκευών και θα πρέπει να επιλέγεται και να χρησιμοποιείται ο κατάλληλος τύπος για το μέγιστο αποτέλεσμα.

Η ακρίβεια και η ανάλυση ενός συχνομέτρου, είναι δυο σημαντικές προδιαγραφές. Η ανάλυση και η ακρίβεια, είναι δυο διαφορετικές έννοιες της επίδοσης ενός συχνομέτρου, που συχνά συγχέονται.

Για να κάνουμε καλές μετρήσεις, είναι αναγκαίο να κατανοήσουμε τις διαφορές μεταξύ της ακρίβειας και ανάλυσης ενός συχνομέτρου. Η ανάλυση ενός συχνομέτρου, είναι η ικανότητα του να διαχωρίζει την ένδειξη δυο σήματων εισόδου, που είναι κοντά το ένα το άλλο. Η ανάλυση ενός συχνομέτρου, ορίζεται με τον αριθμό των ψηφίων που χρησιμοποιούνται για την απεικόνιση της συχνότητας.

Στα συχνόμετρα που απαριθμούν μέσα σε ένα χρονικό παράθυρο, η ανάλυση είναι ανάλογη μ’ αυτό το χρονικό παράθυρο της βάσης χρόνου. Αν το χρονικό παράθυρο είναι ένα δευτερόλεπτο η ανάλυση είναι 1Ηz, ενώ αν το χρονικό παράθυρο είναι το ένα δέκατο του δευτερολέπτου η ανάλυση είναι 10Hz κ.τ.λ. Έτσι σε αυτού του τύπου συχνόμετρα, η ανάλυση ορίζεται με την βάση χρόνου του χρονικού παραθύρου.

Η ακρίβεια ενός συχνόμετρου (ή συχνομέτρου, frequency counter) αναφέρεται στο πόσο ακριβώς μπορεί να μετρήσει τη συχνότητα ενός σήματος. Επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες που σχετίζονται τόσο με το ίδιο το όργανο όσο και με το υπό μέτρηση σήμα. Οι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την ακρίβεια: Η ακρίβεια του εσωτερικού ταλαντωτή αναφοράς (συνήθως ένας κρύσταλλος quartz). Το χρονικό παράθυρο μέτρησης: όσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος μέτρησης, τόσο μεγαλύτερη ακρίβεια έχει το αποτέλεσμα. Σφάλματα trigger: αν το σήμα είναι θορυβόδες ή όχι καθαρό το συχνόμετρο μπορεί να μετρήσει λάθος παλμούς.