Como Funciona um Frequencímetro

Existem diferentes tipos de contador de frequência, mas o contador de frequência de contagem direta básica opera contando o número de contagens ou vezes que o sinal cruza um valor de disparo em um determinado tempo.

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Este tutorial sobre contadores de frequência inclui:

Frequencímetro: o que é | Como funciona um frequencímetro | Temporizador de intervalo | Como usar um contador | Especificações | Precisão

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Ao usar um frequencímetro, ajuda a entender como o frequencímetro funciona para poder usá-lo da melhor forma e obter as leituras mais precisas.

Como os contadores de frequência são amplamente utilizados nos laboratórios de RF e em muitas outras áreas, é muito útil um bom entendimento básico de sua operação e como eles funcionam.

Noções Básicas de Frequencímetro de RF

Os contadores e temporizadores de frequência de RF são itens de equipamento de teste que operam contando eventos dentro de um período determinado ou descobrindo o que é um período contando uma série de eventos cronometrados com precisão.

Os períodos de tempo em que os eventos são contados ou os eventos cronometrados com precisão, podem ser gerados usando um oscilador de cristal de quartzo altamente estável.

Isso pode até ser controlado pelo forno e, dessa maneira, uma referência muito precisa é obtida.

A frequência é igual ao número de passagens do nível de disparo em um segundo. Portanto, para tempos de porta mais curtos, é possível calcular facilmente a frequência a partir do número de passagens de nível de disparo.

Para analisar a maneira como um frequencímetro ou temporizador de frequência funciona, é necessário descrever as duas abordagens separadamente. As duas abordagens podem ser denominadas contagem direta e contagem recíproca.

FREQUENCÍMETRO DE CONTAGEM DIRETA

Os frequencímetros digital que usam uma abordagem de contagem direta contam o número de vezes que o sinal de entrada cruza uma dada tensão de disparo (e em uma determinada direção, por exemplo, passando de negativo para positivo) em um determinado momento. Desta vez é conhecido como o horário do gate.

Dentro do frequencímetro básico, existem vários blocos principais:

• Entrada: Quando o sinal entra no frequencímetro, entra no amplificador de entrada, onde o sinal é convertido em uma onda retangular lógica para processamento dentro do circuito digital no restante do contador.

Normalmente, esse estágio contém um circuito de disparo de Schmitt, para que o ruído não cause bordas espúrias que dariam origem a pulsos adicionais que seriam contados.

Geralmente, é possível controlar o nível de disparo e também a sensibilidade, embora muitos contadores atinjam isso automaticamente. Também é importante ter em mente os níveis máximos de entrada neste momento – geralmente isso é impresso no painel frontal como um guia e aviso.

• Base de tempo / relógio precisos: Para criar os vários sinais de portão / temporização no frequencímetro, é necessária uma base de tempo ou relógio precisos. Este é tipicamente um oscilador de cristal e, em instrumentos de teste de alta qualidade, será um oscilador de cristal controlado por forno.

Em muitos instrumentos, haverá a capacidade de usar um oscilador externo de melhor qualidade ou usar o oscilador de frequencímetro para outros instrumentos. Isso também é benéfico quando é necessário bloquear vários instrumentos no mesmo padrão.

• Divisores e flip-flop de década: O oscilador de relógio é usado para fornecer um sinal de porta com tempo preciso que permitirá a passagem de pulsos do sinal recebido. Isso é gerado a partir do relógio, dividindo o sinal do relógio por divisores de década e, em seguida, alimentando-o em um flip flop para fornecer o pulso de ativação para o portão principal
• Portão: O sinal de ativação do portão precisamente cronometrado do relógio é aplicado a uma entrada de um portão e a outra possui um trem de pulsos do sinal recebido. A saída resultante do gate é uma série de pulsos por um período preciso de tempo. Por exemplo, se o sinal recebido estivesse em 1 MHz e o portão fosse aberto por 1 segundo, então 1 milhão de pulsos seriam permitidos.
• Contador / trava: O frequencímetro recebe os pulsos de entrada do portão. Possui um conjunto de estágios de divisão por 10 (número igual ao número de dígitos da tela menos 1). Cada estágio é dividido por dez e, portanto, à medida que são encadeados, o primeiro estágio é dividido por dez, o próximo é dividido por 10 x 10, e assim por diante. Essas saídas do frequencímetro são usadas para acionar o display.
  
  Para manter a saída no lugar enquanto as figuras estão sendo exibidas, a saída é travada. Normalmente, a trava retém o último resultado enquanto o frequencímetro conta uma nova leitura. Dessa forma, a exibição permanecerá estática até que um novo resultado possa ser exibido, momento em que a trava será atualizada e a nova leitura apresentada à exibição.
• Tela: A tela pega a saída da trava e a exibe em um formato legível normal. Os monitores LCD ou LED são os mais comuns. Há um dígito para cada década que o frequencímetro pode exibir. Obviamente, outras informações relevantes também podem ser exibidas no visor.

É importante que o tempo do gate seja gerado com precisão. Isso é feito com uma fonte de frequência altamente precisa dentro do frequencímetro.

Normalmente, eles operam a uma frequência de 10 MHz e isso precisa ser dividido para fornecer o tempo de porta necessário.

Figuras de 0,01, 0,1, 1 e 10 segundos podem ser selecionadas. Os tempos mais curtos obviamente permitem que a exibição seja atualizada com mais frequência, mas, contra isso, a precisão da contagem é menor.

O motivo pelo qual o tempo do gate determina a resolução do frequencímetro é que ele normalmente pode contar apenas ciclos completos, pois cada cruzamento representa um ciclo.

Esse tempo de gate de um segundo permitirá obter resoluções de frequência de 1 Hz e um tempo de gate de dez segundos habilitará resoluções de até 0,1 Hz. Vale a pena notar que a resolução da medição não é uma porcentagem da medição, mas sim uma quantia fixa relacionada apenas ao tempo do gate.

CONTADORES DE FREQUÊNCIA RECÍPROCOS

Outro método de medir a frequência de um sinal é medir o período para um ciclo da forma de onda e, em seguida, tomar o inverso disso. Embora essa abordagem seja um pouco mais cara de implementar do que a contagem direta e não seja tão amplamente usada, ela tem algumas vantagens.

O principal é que ele sempre exibirá sempre o mesmo número de dígitos de resolução, independentemente da frequência de entrada. Como resultado, os contadores de frequência recíprocos são especificados em termos do número de dígitos para um determinado tempo de porta, por exemplo, 10 dígitos por segundo.

Em vista disso, pode ser visto que os contadores recíprocos fornecem uma resolução mais alta em baixas frequências. A 1 kHz, um frequencímetro direto fornece uma resolução de 1 Hz (4 dígitos). Um frequencímetro recíproco de 10 dígitos / segundo fornece uma resolução de 10 dígitos.

A outra vantagem é que esses contadores podem fazer leituras muito rápidas. Um frequencímetro recíproco fornece uma resolução de 1 mHz em 1 ms, enquanto um frequencímetro direto leva um segundo para fornecer uma leitura com uma resolução de 1 Hz.

Os contadores de frequência são amplamente utilizados em qualquer laboratório de RF. Eles fornecem um método rápido, fácil e preciso de medir a frequência e também são relativamente econômicos. Eles também podem ser um requisito para garantir que as frequências do transmissor estejam sendo transmitidas dentro das faixas necessárias.

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