Το συχνόμετρο

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 δευτερόλεπτο.

Αρχή λειτουργίας

Στα περισσότερα συχνόμετρα, η 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 επαναλαμβάνεται η ίδια διαδικασία.

Προδιαγραφές ενός συχνομέτρου

Όπως σε κάθε ηλεκτρονικό όργανο, είναι απαραίτητο να διακρίνουμε τις προδιαγραφές του συχνομέτρου, ώστε να αποκτήσουμε εκείνο που ταιριάζει στις ανάγκες μας. Οι περισσότερες προδιαγραφές ενός συχνομέτρου μπορούν εύκολα να κατανοηθούν, ενώ υπάρχουν λεπτά σημεία που πρέπει να προσέξουμε πριν αγοράσουμε, ενώ συμβαίνει ένα συχνόμετρο να έχει και προδιαγραφές που δύσκολα μπορούν να κατανοηθούν.

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.

Β] Σύνθετη αντίσταση εισόδου. Όπως και τα άλλα ηλεκτρονικά όργανα, το συχνόμετρο έχει την προδιαγραφή της σύνθετης αντίστασης εισόδου και ορίζεται διαφορετικά για χαμηλές και 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, 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 που μπορεί να απαριθμεί. Εάν υπάρχει η δυνατότητα ρύθμισης του trigger level (επίπεδο σκανδαλισμού), αυτό θα πρέπει να ρυθμιστεί στο μέσο του σήματος εισόδου.

Η προδιαγραφή ευαισθησίας, είναι στην ουσία το μέτρο του επιπέδου υστέρησης του συγκριτή εισόδου του οργάνου. Αν και αυτή μεταβάλλεται με τη συχνότητα, μπορεί να οριστεί σε δυο ή περισσότερες περιοχές συχνοτήτων.

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 αλλάξει, 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 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 και χρησιμοποιούνται στην επισκευή ηλεκτρονικών συσκευών και πρέπει 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 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.