ПРИБОР ДЛЯ ОБЪЕКТИВНОГО СРАВНЕНИЯ ЧАСТОТ Советский патент 1939 года по МПК G01R23/06 

Существующие методы измерений частот имеют ряд недостатков, из которых можно указать на следующие:

а) зависимость показаний индикатора от величины подачи (связи);

а) недостаточная точность из-за явления захватывания;

в) необходимость иметь, кроме эталонного генератора высокой частоты и детектирующего устройства, дополнительный звуковой генератор;

г) определение вторичных биений производится субъективно на слух; предлагаемым устройством преследуется цель получения большей точности измерений, производимых объективно и визуально (по стрелке гальванометра), независимо от величины подачи;

д) при сохранении основной идеи метода вторичных биений, устраняющей влияние захватывания, исключается необходимость в звуковом генераторе.

На чертеже фиг. 1 изображает схему прибора для объективного сравнения частот с применением ламповых выпрямителей, фиг. 3 - то же с применением детекторов, на фиг. 2 показана частотная характеристика прибора.

Катушки связи L₁ и L₂ (фиг. 1) соединены посредством гибких экранированных шлангов с устройством. Катушка L₁ индуктивно связывается с генератором измеряемой частоты ω_х, а катушка L₂ - с генератором эталонной частоты ω_э. В результате, в цепи сетки лампы Л₁ бьются две частоты ω_х и ω_э. На гридлике R₁ С₁, в результате сеточного детектирования, выделяется напряжение разностной частоты Ω=ω_х-ω_э или Ω=ω_э-ω_х. Эта разностная частота усиливается лампой Л₁, нагруженной последовательным резонансным контуром L₃ С₄, настроенным на частоту (L₃ - индуктивность первичной обмотки транс-форматора Тр).

На сопротивление Ω L₃ падает некоторое напряжение U_L. На сопротивление падает напряжение U_C. При резонансе, когда Ω=Q₀, эти напряжения равны по абсолютной величине (U_L)=(U_C). Если Ω>Ω₀, то U_L>U_C и, наоборот, если Ω<Ω₀, то U_L<U_C.

Напряжение U_L подается через трансформаторную связь на диод лампы Л₂. Напряжение U_C подается через емкостную связь на диод лампы Л₂. Эти напряжения детектируются и постоянные слагающие E_L и E_C, полученные в результате детектирования, выделяются, соответственно, на сопротивлениях R₅ и R₆, шунтированных емкостями С₆ и С₇. Как видно из схемы, напряжения Е_L и E_C обратны друг другу по знаку. Гальванометр Г измеряет разностное напряжение Е=Е_L-E_C, причем, если E_L>E_C, то стрелка гальванометра отклонится в одну сторону (например, вправо), если же E_L<E_C, то стрелка гальванометра отклонится в другую сторону (например, влево).

Изменением частоты эталонного генератора ω_э или изменением частоты контура L₃ C₄ (С₄ - переменный отградуированный по частоте Ω₀ конденсатор) можно Ω сделать равной Ω₀.

В этом случае, напряжения U_L и U_C по абсолютной величине сделаются равными; следовательно, сделаются равными по абсолютной величине и напряжения E_L и E_C. Тогда разность их будет равна нулю: Е=E_L-E_C=0 и гальванометр покажет нуль.

Получив ω_э и Ω₀, соответствующие нулевому показанию гальванометра, легко найти ω_х.

В общем случае ω_х=ω_э±Ω₀.

Знак перед Ω₀ выбирается следующим простым способом. Увеличим несколько частоту ω_э. Если при этом стрелка гальванометра отклонится в сторону больших E_L, значит Ω увеличилась и, следовательно, ω_э>ω_х; выбираем плюс перед Ω₀. Если же стрелка гальванометра отклонится в сторону больших E_C, то значит Ω уменьшилась и, следовательно, ω_э<ω_х; выбираем минус перед Ω₀.

Таким образом, результат становится однозначным.

Частотная характеристика прибора имеет вид, показанный на фиг. 2. Рабочей областью характеристики является почти прямолинейный участок ab ее.

Конденсатор С₄ делается переменным в небольших пределах изменения емкости. Это является необходимым, так как при измерении достаточно высоких частот бывает трудно изменением точно получить равенство ω_х-ω_э=Ω₀. Для этого понадобился бы верньер с очень большим замедлением. Большинство применяемых эталонных генераторов не имеет такого верньера. Поэтому необходимо сперва грубо изменением ω_э приблизить ω_х-ω_э к Ω₀ и затем, плавно меняя емкость С₄, изменить Ω₀, доведя ее до равенства Ω₀=ω_х-Ω₀. Частота Ω₀ выбирается возможно меньшей, но за пределами полосы захватывания.

Дроссель Др₁ осуществляет схему параллельного питания. Дроссель Др₂ служит для замыкания постоянной слагающей тока диода . Индуктивность обоих дросселей должна быть много больше L₃.

R₇ - добавочное сопротивление, которое выбирается в зависимости от чувствительности гальванометра.

Трансформатор Тр берется понижающим, чтобы уменьшить шунтирующее действие детектора на катушку L₃. Из таких же соображений выбирается и связь С₅ - Др₂. Емкости С₂, С₃, С₅, C₆, C₇ и С₈ должны быть много больше С₄. Гальванометр Г присоединяется к зажимам А и В и должен иметь шкалу с нулем посредине.

Схема предусматривает возможность пользования прибором без дорого стоящего гальванометра. Для этого параллельно цепи гальвано-метра включена сеточная цепь оптического индикатора - лампы Л₃, так называемого, "магического глаза". Работа прибора с "магическим глазом" заключается в следующем. Предварительно потенциометром R₈ подбирается такое смещение на сетку лампы Л₃, при котором на ее экране нет ни затемненной ни световой полоски, и весь экран светится монотонно. Это является нулевым положением. При появлении напряжений E_L и E_C их разность будет либо увеличивать либо уменьшать смещение на сетке лампы Л₃. В результате, на экране "магического глаза" появится либо светлый либо темный сектор. При этом, чем больше отличается E_L от E_C, тем больше ширина этого сектора Светлый сектор соответствует , темный - E_C. Процесс измерения не отличается от описанного выше. При работе прибора с гальванометром лампа Л₈ вынимается из гнезда (возможна и совместная работа).

С потенциометра R₃+R₄ подается пониженное напряжение на экранную сетку первой лампы. С сопротивления R₂ подается небольшое смещающее напряжение на сетку лампы Л₁, так как в этой лампе сеточный ток начинается несколько левее нуля.

Работа этой схемы, изображенной на фиг. 3, не отличается от описанной выше.

В качестве детекторов здесь могут быть применены кристаллические, купроксные и т.п. Возможно также применение диодных детекторов. В последнем случае потребуется только батарея накала.

Детекторная схема является более компактной и простой, не требует питающих батарей и поэтому является предпочтительной, но все же точность, даваемая этой схемой, несколько ниже точности, даваемой ламповой схемой. Для лучшей работы детекторной схемы детекторы выбираются с возможно большим внутренним сопротивлением.

Прибор для объективного сравнения частот по нулевому методу при помощи выпрямления тока биений с применением в качестве индикатора гальванометра или, так называемого, "магического глаза", отличающийся тем, что цепь, в которой возникает частота биений, соединена с одной цепью двухполупериодного выпрямителя индуктивно, а с другой - через емкость.