Συχνόμετρο

Το συχνόμετρο είναι ένα όργανο που συναντιέται στα ηλεκτρονικά εργαστήρια υψηλών συχνοτήτων και χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της συχνότητας επαναλαμβανόμενων κυματομορφών. Με τον όρο συχνότητα ορίζουμε τον αριθμό επαναλαμβανόμενων κυματομορφών μέσα σε ένα δευτερόλεπτο.

Αρχή λειτουργίας του συχνομέτρου

Η αρχή λειτουργίας ενός συχνομέτρου βασίζεται σε ένα απαριθμητή που μετρά τον αριθμό των επαναλαμβανόμενων σημάτων μέσα σε ένα συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο π.χ. ένα δευτερόλεπτο. Με την πάροδο του χρονικού παραθύρου, η τιμή του απαριθμητή οδηγείται στην μονάδα απεικόνισης και έπειτα ο απαριθμητής μηδενίζεται και επαναλαμβάνεται η ίδια διαδικασία.

Προδιαγραφές συχνομέτρου

Είναι αναγκαίο να κοιτάξουμε και να γνωρίσουμε τις προδιαγραφές του συχνομέτρου, έτσι ώστε να αγοράσουμε εκείνο που ικανοποιεί τις ανάγκες μας. Οι περισσότερες προδιαγραφές μπορούν εύκολα να κατανοηθούν, ενώ άλλες πρέπει να προσέξουμε σε κάποια σημεία πριν αγοράσουμε.

Α] Περιοχή συχνοτήτων μέτρησης του συχνομέτρου. Αυτή η βασική προδιαγραφή περιγράφει το εύρος των συχνοτήτων που το συχνόμετρο μπορεί να μετρήσει.

Β] Σύνθετη αντίσταση εισόδου. Αυτή η προδιαγραφή, όπως σε άλλα όργανα ορίζεται από την αντίσταση εισόδου του συχνομέτρου και ορίζεται διαφορετικά για χαμηλές και για υψηλές συχνότητες.

– Standard input specification. Σχεδόν όλα τα συχνόμετρα έχουν υψηλή αντίσταση εισόδου η οποία ορίζεται με την αντίσταση και την παράλληλη χωρητικότητα. Τυπικά μπορεί να είναι 1ΜΩ/20pF που σημαίνει για το συχνόμετρο την αντίσταση 1ΜΩ με παράλληλη χωρητικότητα 20pF. Αυτός ο τύπος της σύνθετης αντίστασης χρησιμοποιείται για συχνότητες μέχρι 10ΜΗz ή 30ΜΗz.

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, να μην είναι πολύ μεγάλη για να μην κάψει την αντίσταση τερματισμού της εισόδου του συχνομέτρου.

Γ] Ευαισθησία του συχνομέτρου. Η προδιαγραφή αυτή ορίζει το πλάτος του σήματος είσόδου που μπορεί να απαριθμηθεί. Εαν υπάρχει η δυνατότητα του trigger level (επίπεδο σκανδαλισμού) θα πρέπει να ρυθμιστεί στο μέσο του πλάτους του σήματος εισόδου

Η είσοδος του οργάνου αποτελείται από τον αναλογικό ενισχυτή, ακολουθούμενος από 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 αλλάζει, επίσης, κατάσταση. Υπάρχει διαφορά 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 σημσντική προδιαγραφή του συχνομέτρου είναι η ακρίβεια της χρονικής διάρκειας του χρονικού παραθύρου του απαριθμητή. Αυτό βασίζεται στην ακρίβεια του ταλαντωτή που χρησιμοποιείται για τον ορισμό του χρονικού παραθύρου (βαση 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

Το συχνόμετρο βρίσκεται σε κάθε ηλεκτρονικό εργαστήριο υψηλών συχνοτήτων για την ακριβή μέτρηση της συχνότητας σημάτων ραδιοφωνίας ή σημάτων τηλεπικοινωνίας, καθώς και για κάθε άλλο επαναλαμβανόμενο σήμα.

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

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 στην ένδειξη δυο σήματα 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 συχνομέτρου είναι λίγο δύσκολο να οριστεί, μιας που επηρεάζεται από ένα αριθμό από παράγοντες. Υπάρχουν αρκετές κατηγορίες σφαλμάτων μέτρησης που μπορεί να συμβούν, στη μέτρηση της συχνότητας όταν κάνουμε διαφορετικού τύπου μετρήσεις.