background image

POLITECHNIKA  BIAŁOSTOCKA 

WYDZIAŁ  ELEKTRYCZNY 

___________________________________________________________ 

Laboratorium  Miernictwa  Elektrycznego 

 
 
 
 
 
 
 

Cz

ę

sto

ś

ciomierz cyfrowy 

 
 

 
 
 
 
 
 
 

 
 

Instrukcja do 

ć

wiczenia

 

 

Nr 23

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

_______________________________________________ 

Białystok 1998



background image

 

Ć

wicz. Nr 23  Cz

ę

sto

ś

ciomierz cyfrowy 

2

 

1. Wprowadzenie 

 

z

ę

sto

ś

ciomierz,  o  którym  tu  mowa,  jest  przyrz

ą

dem  przeznaczonym  do 

pomiaru  cz

ę

stotliwo

ś

ci  sygnału  okresowego,  jego  okresu,  stosunku 

dwóch  cz

ę

stotliwo

ś

ci,  a  tak

ż

e  przedziału  czasu  zaznaczonego 

impulsami startu i stopu. Jest te

ż

 

ź

ródłem cz

ę

stotliwo

ś

ci wzorcowych

Przypomnijmy,  cz

ę

stotliwo

ś ć

  f  sygnału  (napi

ę

cia  lub  pr

ą

du)  okresowego 

jest jednoznacznie zwi

ą

zana z jego okresem  T, 

f

T

=

1

   [Hz] 

 

Pomiar  jednej  z  tych  wielko

ś

ci  wyznacza  jednocze

ś

nie  drug

ą

  z  nich. 

Cz

ę

sto

ś

ciomierze 

cyfrowe 

mierz

ą

 

na 

ogół 

zarówno 

cz

ę

stotliwo

ś ć

 

(cz

ę

sto

ś

ciomierze  o  działaniu  bezpo

ś

rednim)  jak  i  okres  (cz

ę

sto

ś

ciomierze  o 

działaniu po

ś

rednim). 

Cz

ę

sto

ś

ciomierz o działaniu bezpo

ś

rednim 

 

Schemat blokowy takiego cz

ę

sto

ś

ciomierza przedstawiony jest na rysunku 

1. 

Q

B

A

U

A

0,1 Hz

1 Hz

10 Hz

100 Hz

USB

W

L

UF

BE

W

I

G

U

A

U

X

U

B

U

W

T

= 0,1s

T

B

T

X

T

X

T

X

 

 

Rys. 1. Schemat blokowy cz

ę

sto

ś

ciomierza o działaniu bezpo

ś

rednim 

background image

 

Ć

wicz. Nr 23  Cz

ę

sto

ś

ciomierz cyfrowy 

3

 

 

Napi

ę

cie  okresowe  (tu  sinusoidalne)  o  nieznanej  cz

ę

stotliwo

ś

ci 

doprowadzone jest do wej

ś

cia układu formuj

ą

cego UF, który przekształca je na 

ci

ą

g  impulsów  szpilkowych  U

A

  odległych  od  siebie  o  czas  T

X

,  równy  okresowi 

sygnału  wej

ś

ciowego.  Napi

ę

cie  U

A

  dochodzi  do  wej

ś

cia  A  bramki 

elektronicznej  BE  typu  AND,  realizuj

ą

cej  iloczyn  logiczny.  Impulsy 

dochodz

ą

ce  do  wej

ś

cia  A  s

ą

  odtwarzane  na wyj

ś

ciu Q bramki tylko wtedy, gdy 

na  jej  wej

ś

ciu  B  istnieje  poziom  logiczny  wysoki  H  (ang.  H  -  high)  napi

ę

cia, 

wynosz

ą

cy  dla  układów  TTL  ok. 5 V.  Czas  trwania  poziomu  wysokiego 

nazywany 

jest 

czasem 

otwarcia 

bramki 

T

B  

(  albo  -  czasem  bramkowania).  Jest  on  precyzyjnie  odmierzany  przez 
wewn

ę

trzny  zegar  przyrz

ą

du.  Na  rys.1  przedstawiono  go  blokowo  jako  GIW 

(generator  impulsów  wzorcowych).  Zespół  GIW  grupuje  w  sobie  generator 
kwarcowy, zespół dzielników cz

ę

stotliwo

ś

ci oraz układ formuj

ą

cy, działaj

ą

cy tak 

jak układ UF.  

 

Cztery uwidocznione na rys.1 cz

ę

stotliwo

ś

ci, odpowiadaj

ą

 czterem czasom 

otwarcia bramki T

B

 : 10s (0,1Hz), 1s (1Hz), 0,1s (10Hz), 0,01s (100Hz) 

 

Impulsy  pochodz

ą

ce  z  GIW  dochodz

ą

  do  wej

ś

cia  układu  sterowania 

bramk

ą

  USB,  który  jest  przerzutnikiem  dwustabilnym.  Pierwszy  z  impulsów 

docieraj

ą

cy  do  wej

ś

cia  tego  układu  przeprowadza  jego  napi

ę

cie  wyj

ś

ciowe  z 

poziomu niskiego  do wysokiego, kolejny za

ś

 powoduje przej

ś

cie odwrotne. 

 

Impulsy  pojawiaj

ą

ce  si

ę

  na  wyj

ś

ciu  Q  bramki  s

ą

  zliczane  przez  licznik 

impulsów  L,  za

ś

  wynik  zliczania,  po  odpowiednim  przetworzeniu  jest 

wy

ś

wietlany  w  postaci  cyfrowej  na  wy

ś

wietlaczu  W  w  jednostkach 

cz

ę

stotliwo

ś

ci (zwykle kHz) 

 

Zauwa

ż

my, 

ż

e  je

ż

eli  czas  otwarcia  bramki  T

B

  równy  jest  1s,  to  liczba 

zliczonych  przez  licznik  impulsów  mo

ż

e  by

ć

  wy

ś

wietlona  bezpo

ś

rednio  jako 

mierzona cz

ę

stotliwo

ś ć

 w Hz. Wynika to oczywi

ś

cie z definicji herca. 

 

Przyjrzymy  si

ę

  teraz  bli

ż

ej  zwi

ą

zkom  mi

ę

dzy  takimi  wielko

ś

ciami  jak 

mierzona cz

ę

stotliwo

ś ć

 f

X

, czas otwarcia bramki T

B

, liczba zliczonych impulsów 

N.  Wyka

ż

emy, 

ż

e  liczba  impulsów  N  zliczonych  w  czasie  otwarcia  bramki  T

B

 

jest  
w przybli

ż

eniu proporcjonalna do mierzonej cz

ę

stotliwo

ś

ci f

X

 

Na  rys. 2  pokazano  siedem  zliczonych  przez  licznik  impulsów  (w rzeczy- 

wisto

ś

ci jest ich oczywi

ś

cie o wiele wi

ę

cej) oraz napi

ę

cie bramkuj

ą

ce U

B

 

Przyj

ę

to  umownie,  przypisywa

ć

  ka

ż

demu  impulsowi,  który  dotarł  do 

licznika, poprzedzaj

ą

cy go  przedział czasu T

(impuls ten ko

ń

czy przedział T

X

). 

Liczba  impulsów  N,  stosownie  do  tej  umowy,  okre

ś

la  czas  pomiarowy  T

P

b

ę

d

ą

cy wielokrotno

ś

ci

ą

 przedziału T

X. 

background image

 

Ć

wicz. Nr 23  Cz

ę

sto

ś

ciomierz cyfrowy 

4

T

N T

P

X

= ⋅

 

(1) 

 

Przyjmuje si

ę

 w uproszczeniu, 

ż

e czas otwarcia bramki równy jest czasowi 

pomiarowemu, to znaczy, 

T

T

N T

N

f

B

P

X

X

= ⋅

=

 

sk

ą

d oblicza si

ę

 poszukiwan

ą

 cz

ę

stotliwo

ś ć

 , 

 

f

N

T

X

B

 

(2) 

 
 

Wzór  (2)  jest  równaniem  pomiaru  cz

ę

stotliwo

ś

ci  dla  cz

ę

sto

ś

ciomierza 

cyfrowego  o  działaniu  bezpo

ś

rednim.  Zagadnienie  przybli

ż

onej  równo

ś

ci 

wyst

ę

puj

ą

cej  w  tym  wzorze  rozwini

ę

te  zostanie  w  nast

ę

pnym  punkcie 

dotycz

ą

cym bł

ę

du kwantowania. 

 
 

ą

d kwantowania w czasie 

 
 
 

Z rys.2 wynika, 

ż

e czas pomiarowy T

P

 nie jest to

ż

samy z czasem otwarcia 

bramki  T

B

,  ten  ostatni  bowiem  nie  jest  na  ogół,  ze  zrozumiałych  wzgl

ę

dów,  

całkowit

ą

  krotno

ś

ci

ą

  okresu  T

X

  .  Na  podstawie  rys.2.  ustali

ć

  mo

ż

na  zwi

ą

zek 

mi

ę

dzy tymi dwoma czasami. 

 

t

1

t

2

T

P

T

X

T

B

 

 
 

Rys.2. Czas pomiarowy i czas bramkowania 

 

T

T

t

t

B

P

=

+

1

2

 

(3) 

 

background image

 

Ć

wicz. Nr 23  Cz

ę

sto

ś

ciomierz cyfrowy 

5

 

Czasy 

t

1

,

t

2

 przedstawi

ć

 mo

ż

na nast

ę

puj

ą

co, 

 

t

1

= k

1

 T

X

 

t

2

= k

T

X

 

(4) 

gdzie: 

0

 k

1

0

 k

2

 

Podstawiaj

ą

c zale

ż

no

ś

ci (4) do (3), otrzymuje si

ę

 

(

)

T

T

T

k

k

B

P

X

=

+

2

1

 

 
 

W  szczególnych  przypadkach  współczynniki  k

1

,  k

2

  mog

ą

  przyjmowa

ć

  skrajnie 

ż

ne warto

ś

ci: 

 

Gdy   k

1

= 0,    za

ś

   k

=1,    

wtedy  

 T

= T

+ T

Gdy   k

1

= 1,    za

ś

   k

2

= 0,    

wtedy  

 T

= T

 T

X

 

 
Wynika st

ą

d, 

ż

e w skrajnie niekorzystnych przypadkach czas otwarcia bramki T

B

 

mo

ż

e ró

ż

ni

ć

 si

ę

 od czasu pomiarowego T

P

 co do warto

ś

ci bezwzgl

ę

dnej najwy

ż

ej  

o czas T

X

, co mo

ż

na zapisa

ć

 nast

ę

puj

ą

co, 

 

T

T

T

B

P

X

=

±

 

 

Moduł  ró

ż

nicy  czasu  otwarcia  bramki  i  czasu  pomiarowego  nazywa  si

ę

 

bezwzgl

ę

dnym bł

ę

dem kwantowania w czasie i oznacza przez 

k

 

P

B

k

T

T

=

 

(5) 

 

 

Jest to jeden z charakterystycznych bł

ę

dów cyfrowej metody pomiaru. 

Maksymalna  (graniczna)  jego  warto

ś ć

  dla  cz

ę

sto

ś

ciomierza  o  działaniu 

bezpo

ś

rednim wynosi, jak to ustalili

ś

my,  T

X

 

( )

X

k

T

=

max

 

(6) 

 

Wzgl

ę

dny  bł

ą

d  kwantowania,  zgodnie  z  podstawow

ą

  definicj

ą

  bł

ę

du 

wzgl

ę

dnego jest ilorazem bł

ę

du bezwzgl

ę

dnego i warto

ś

ci rzeczywistej wielko

ś

ci 

mierzonej,  za  któr

ą

  tutaj  przyjmuje  si

ę

  wzorcowo  odmierzany  czas  otwarcia 

bramki T

B

. Tak wi

ę

c, 

background image

 

Ć

wicz. Nr 23  Cz

ę

sto

ś

ciomierz cyfrowy 

6

 

%

100

B

k

k

T

=

δ

 

(7) 

Maksymalna (graniczna) warto

ść

 tego bł

ę

du wynosi oczywi

ś

cie, 

 

( )

( )

X

B

B

X

B

k

k

f

T

T

T

T

%

100

%

100

max

max

=

=

=

δ

 

(8) 

 

 

Z  zale

ż

no

ś

ci  (8)  wynika, 

ż

e  wzgl

ę

dny  bł

ą

d  kwantowania  zale

ż

y  od  czasu 

otwarcia  bramki  i  warto

ś

ci  mierzonej  cz

ę

stotliwo

ś

ci. Bł

ą

d jest tym mniejszy, im 

wi

ę

ksz

ą

  warto

ść

  ma  ta  ostatnia.  Gdy  cz

ę

stotliwo

ść

  jest  niewielka,  bł

ą

kwantowania mo

ż

e przyjmowa

ć

 znaczne warto

ś

ci. 

 

Dla  zilustrowania  wpływu  wielko

ś

ci  T

B

,  f

X

  na  bł

ą

d  kwantowania,  

w  Tablicach  1,  2  przedstawiono  warto

ś

ci  tego  bł

ę

du  dla  „du

ż

ej”  i  „małej” 

cz

ę

stotliwo

ś

ci mierzonej. 

 
 

Tablica 1 

 Tablica 2 

 

f

X

 =10 Hz 

f

= 10 000 Hz 

T

B

 

(

δ

k

)

 max

 

 

T

B

 

(

δ

k

)

 max

 

 

0,01 

1000 

 

0,01 

0,1 

100 

 

0,1 

0,1 

10 

 

0,01 

10 

 

10 

0,001 

 
 
 

Z Tablicy 1 wynika, 

ż

e przy pomiarze „małej” cz

ę

stotliwo

ś

ci bł

ą

d kwanto- 

wania przyjmuje niedopuszczalnie du

ż

e warto

ś

ci, co dyskwalifikuje w tym przy- 

padku  metod

ę

  bezpo

ś

redni

ą

  pomiaru.  Rozwi

ą

zaniem  problemu  w  przypadku 

małych  cz

ę

stotliwo

ś

ci  mierzonych,  jest  zamiana  ról  dwu  charakterystycznych 

sygnałów:  mierzonego  i  wzorcowego,  co  prowadzi  do 

metody  po

ś

redniej 

pomiaru cz

ę

stotli- wo

ś

ci, przedstawionej w dalszej cz

ę ś

ci instrukcji. 

 

Zakres pomiarowy cz

ę

sto

ś

ciomierza 

 

 

Zakresem  pomiarowym  cz

ę

sto

ś

ciomierza  nazywamy  najwi

ę

ksz

ą

  cz

ę

stotli- 

wo

ść

, jak

ą

 mierzy

ć

 mo

ż

e ten przyrz

ą

d bez przepełniania licznika impulsów. 

background image

 

Ć

wicz. Nr 23  Cz

ę

sto

ś

ciomierz cyfrowy 

7

 

Zakres  pomiarowy  okre

ś

la  równanie  pomiaru  (2),  w  którym  w  miejsce 

liczby impulsów podstawia si

ę

 pojemno

ść

 licznika impulsów N

max

 

f

N

T

B

max

max

 

(9) 

 

gdzie: 

f

max

 - zakres pomiarowy cz

ę

sto

ś

ciomierza 

N

max

 - pojemno

ść

 licznika impulsów 

T

B

 - czas otwarcia bramki 

 

 

Dla  przykładu,  pojemno

ść

  licznika  impulsów  cz

ę

sto

ś

ciomierza  PFL-21  

wynosi N

max

 

= 9 999 999. 

 

Cz

ę

sto

ś

ciomierz o czterech czasach otwarcia bramki ma cztery podzakresy 

pomiarowe,  przy  czym,  jak  łatwo  zauwa

ż

y

ć

,  najwi

ę

ksz

ą

  cz

ę

stotliwo

ść

  mo

ż

na 

mierzy

ć

 przy najkrótszym czasie otwarcia bramki, równym zazwyczaj 0,01 s. Dla 

cz

ę

sto

ś

ciomierza PFL-21 jest ona równa 

f

max

= 999 999 900 Hz 

 1GHz. Jest to 

jednak  tylko  warto

ść

  teoretyczna.  Wła

ś

ciwo

ś

ci  układów  półprzewodnikowych 

(cho-  dzi  o  ograniczony  czas  propagacji)  sprawiaj

ą

ż

e  maksymalna  

cz

ę

stotliwo

ść

, jak

ą

 mo

ż

e mierzy

ć

 ten przyrz

ą

d wynosi zaledwie 25 MHz.  

 
 

Cz

ę

sto

ś

ciomierz cyfrowy o działaniu po

ś

rednim 

 
 

W  przyrz

ą

dzie  tym  nast

ę

puje  zamiana  ról  mi

ę

dzy  sygnałem  mierzonym  i 

sygnałem 

pochodz

ą

cym 

generatora 

wewn

ę

trznego. 

Ten 

pierwszy 

wykorzystywany  jest  do  otwierania  bramki,  licznik  zlicza  za

ś

  impulsy 

generowane przez wewn

ę

trzny generator wzorcowy. 

 

Schemat  blokowy  cz

ę

sto

ś

ciomierza  o  działaniu  po

ś

rednim  przedstawiono 

na  
rys. 3. 
 
 
 

Mierzony sygnał okresowy (tutaj sinusoidalny) o nieznanym okresie T

X

 po 

przej

ś

ciu  przez  układ  wej

ś

ciowy  (nie  pokazany  na  schemacie),  doprowadzany 

jest  do  układu  formuj

ą

cego  UF,  który  przekształca  go  w  ci

ą

g  impulsów 

szpilkowych  odległych  od  siebie  o  czas  T

X

.  Impulsy  te  dochodz

ą

  do  wej

ś

cia 

układu sterowania bramk

ą

 USB, przeprowadzaj

ą

c jego napi

ę

cie wyj

ś

ciowe U

kolejno  z  poziomu  niskiego  do  wysokiego i odwrotnie. Czas trwania wysokiego 
poziomu  napi

ę

cia  U

B

  jest  czasem  otwarcia  bramki  T

B

.  Napi

ę

cie  U

B

 

background image

 

Ć

wicz. Nr 23  Cz

ę

sto

ś

ciomierz cyfrowy 

8

doprowadzane  jest  do  wej

ś

cia  A  bramki  BE  iloczynu  logicznego  (bramki  typy 

AND).  Wysoki  poziom  napi

ę

cia  na  tym  wej

ś

ciu  bramki  pozwala  na 

„przechodzenie”  przez  ni

ą

  impulsów  pochodz

ą

cych  z  generatora  impulsów 

wzorcowych  GIW.   

Ś

ci

ś

le  bior

ą

c  impulsy  na  wyj

ś

ciu  Q  bramki  s

ą

  poziomami 

wysokimi napi

ę

cia w tych chwilach czasu, w których na obydwu wej

ś

ciach A, B 

wyst

ę

puj

ą

  równocze

ś

nie  poziomy  wysokie  sygnałów.  Dzi

ę

ki  temu  sygnał  na 

wyj

ś

ciu  Q  jest  odwzorowaniem  napi

ę

cia  U

W

  generowanego  przez  GIW

Cz

ę

stotliwo

ść

  tego  napi

ę

cia  w  przypadku  przyrz

ą

du  typu  PFL-21  wynosi  10 

MHz. Impulsy z wyj

ś

cia Q bramki s

ą

 zliczane przez licznik L. Liczba impulsów 

po  odpowiednim  przetworzeniu  jest  wy

ś

wietlana  na  wy

ś

wietlaczu  cyfrowym  w 

jednostkach cz

ę

stotliwo

ś

ci, zazwyczaj w kHz. 

 
 

Q

B

A

T

W

U

W

GIW

USB

W

L

UF

BE

U

f

U

W

U

X

U

B

T

X

T

X

T

B

 =T

X

f

W

 =10MHz

f

W

 =10MHz

 

 

Rys.3. Schemat blokowy cz

ę

sto

ś

ciomierza o działaniu po

ś

rednim 

 

 

Podobnie  jak  w poprzednim cz

ę

sto

ś

ciomierzu liczba impulsów zliczonych 

w czasie otwarcia bramki „tworzy” czas pomiarowy T

P

 

T

N T

P

W

= ⋅

 

(

10) 
 
Czas pomiarowy przyrównuje si

ę

 do równego mu w przybli

ż

eniu czasu otwarcia 

bramki, 

T

T

P

B

 

 
Bior

ą

c pod uwag

ę

 zwi

ą

zek (10)  i  zwa

ż

ywszy, 

ż

e:  

T

T

B

X

=

, mo

ż

emy napisa

ć

 

background image

 

Ć

wicz. Nr 23  Cz

ę

sto

ś

ciomierz cyfrowy 

9

N T

T

W

X

,

 

(

11) 

 

sk

ą

d, 

f

T

N T

f

N

X

X

W

W

=

=

1

1

 

(

12) 
 
 

Zwi

ą

zek (12) jest równaniem pomiaru cz

ę

stotliwo

ś

ci dla cz

ę

sto

ś

ciomierza  

o działaniu po

ś

rednim. 

 
 

ą

d kwantowania w czasie 

 
 

Ten  charakterystyczny  dla  metody  cyfrowej  bł

ą

d  wyst

ę

puje  równie

ż

 

w  cz

ę

sto

ś

ciomierzu  o  działaniu  po

ś

rednim.  Wynika  on  z  faktu, 

ż

e  czas 

pomiarowy nie jest dokładnie równy czasowi otwarcia bramki, co ilustruje rys. 4. 
 
 

t

1

t

2

T

P

T

W

T

B

 = T

X

 

 

Rys. 4. Czas pomiarowy i czas bramkowania dla cz

ę

sto

ś

ciomierza o działaniu 

po

ś

rednim 

 
 
 

Analogicznie  okre

ś

la  si

ę

  tu  tak

ż

e  bezwzgl

ę

dny  i  wzgl

ę

dny  bł

ą

kwantowania w czasie. 
 
 

Moduł  ró

ż

nicy  czasu  otwarcia  bramki  i  czasu  pomiarowego  nazywa  si

ę

 

bezwzgl

ę

dnym bł

ę

dem kwantowania w czasie

 i oznacza 

k

background image

 

Ć

wicz. Nr 23  Cz

ę

sto

ś

ciomierz cyfrowy 

10

 

P

B

k

T

T

=

 

(

13) 

 

Maksymalna  (graniczna)  jego  warto

ść

  dla  cz

ę

sto

ś

ciomierza  o  działaniu 

po

ś

rednim wynosi, jak łatwo ustali

ć

, T

W

( )

W

k

T

=

max

 

(

14) 

 
 

 

Wzgl

ę

dny  bł

ą

d  kwantowania,  zgodnie  z  podstawow

ą

  definicj

ą

  bł

ę

du 

wzgl

ę

dnego jest ilorazem bł

ę

du bezwzgl

ę

dnego i warto

ś

ci rzeczywistej wielko

ś

ci 

mierzonej, któr

ą

 tutaj jest wzorcowo odmierzany czas pomiarowy T

P

. Tak wi

ę

c, 

 

%

100

P

k

k

T

=

δ

 

(

15) 
Maksymalna (graniczna) warto

ść

 tego bł

ę

du wynosi oczywi

ś

cie, 

 

( )

( )

N

T

N

T

T

T

T

W

W

P

W

P

k

k

%

100

%

100

%

100

max

max

=

=

=

=

δ

 

(

16) 
 
Uwzgl

ę

dniaj

ą

c w ostatniej zale

ż

no

ś

ci zwi

ą

zek (12), otrzymamy, 

 

( )

%

100

max

W

X

k

f

f

=

δ

 

(

17) 
 
Wynika z niej, 

ż

e bł

ą

d kwantowania jest tym mniejszy, im mniejsza jest cz

ę

stotli- 

wo

ść

  mierzona,  co  potwierdza  przydatno

ść

  cz

ę

sto

ś

ciomierza  o  działaniu 

po

ś

rednim  do  pomiaru  małych  cz

ę

stotliwo

ś

ci.  Cz

ę

stotliwo

ść

  wzorcowa 

f

w

  jest 

dla  danego  przyrz

ą

du  parametrem  stałym.  Dla  cz

ę

sto

ś

ciomierza  PFL-21, jak ju

ż

 

wspomniano cz

ę

stotliwo

ść

 ta wynosi 10 MHz. 

 

background image

 

Ć

wicz. Nr 23  Cz

ę

sto

ś

ciomierz cyfrowy 

11

 
 

Cyfrowy pomiar czasu 

 
 

 

Zauwa

ż

my, 

ż

e  cz

ę

sto

ś

ciomierz  o  działaniu  po

ś

rednim  słu

ż

y

ć

  mo

ż

e  do 

pomiaru  dowolnego  odcinka  czasu  zaznaczonego  dwoma  impulsami:  startu  i 
stopu,  doprowadzonymi  do  wej

ś

cia  układu  sterowania  bramk

ą

  USB  (rys.3). 

Mierzony  przedział  czasu 

T

X

 obliczany  jest  zgodnie  z  zale

ż

no

ś

ci

ą

  (11).  Zakres 

pomiarowy czasomierza nie przekracza na ogół 10 sekund. Cz

ę

sto

ś

ciomierz PFL-

21  mo

ż

e  pracowa

ć

  w  obydwu  omówionych  dotychczas  trybach  i  nosi  nazw

ę

 

„Cz

ę

sto

ś

cio- mierza - czasomierza cyfrowego”. 

 
 
 

Przebieg 

ć

wiczenia 

 
 

Studenci  wykonuj

ą

  wskazane  ni

ż

ej  Zadania,  sporz

ą

dzaj

ą

c  na  bie

żą

co 

stosowne notatki. 
 

Zadanie 1 

 
 

Dokonaj ogl

ę

dzin cz

ę

sto

ś

ciomierza - czasomierza. Zapoznaj si

ę

 ze skróco- 

nym  opisem  technicznym  przyrz

ą

du.  Na  tej  podstawie  odpowiedz  pisemnie  na 

nast

ę

puj

ą

ce pytania. 

 
1. Jaki zakres pomiarowy cz

ę

stotliwo

ś

ci ma przyrz

ą

d na wej

ś

ciu A ? 

2. Jaki zakres pomiarowy cz

ę

stotliwo

ś

ci ma przyrz

ą

d na wej

ś

ciu B ? 

3. Jakie czasy otwarcia bramki ma do wyboru u

ż

ytkownik cz

ę

sto

ś

ciomierza ? 

4. Które z wej

ś ć

 przyrz

ą

du słu

ż

y do pomiaru okresu? 

5. Jaka jest rola wej

ś

cia C przyrz

ą

du? 

6. Jakie maksymalne napi

ę

cia doprowadzi

ć

 mo

ż

na do wej

ś ć

 A i B ? 

7. Jak mierzy si

ę

 czas (przedział czasu) omawianym przyrz

ą

dem 

 
 

Zadanie 2 

1. Wł

ą

cz  napi

ę

cie  zasilaj

ą

ce  przyrz

ą

d.  Wł

ą

cz  cz

ę

stotliwo

ś ć

  1Hz  przyciskiem 

znaj-  duj

ą

cym  si

ę

  w  sekcji  „cz

ę

stotliwo

ś

ci  wzorcowe”.  Wł

ą

cz  czas  otwarcia 

bramki  równy  10 s  przyciskiem  znajduj

ą

cym  si

ę

  w  sekcji  „cz

ę

sto

ś

ciomierz”. 

Pokr

ę

tło  „odczyt”  ustaw  w  poło

ż

eniu  „

”  i ka

ż

dy pomiar inicjuj przyciskiem 

background image

 

Ć

wicz. Nr 23  Cz

ę

sto

ś

ciomierz cyfrowy 

12

„kasowanie”.  Przeł

ą

cznik  „pami

ę ć

”  (z  tyłu  przyrz

ą

du)  pozostaw  w  poło

ż

eniu 

„wył”.  Obserwuj  przebieg  procesu  pomiarowego  składaj

ą

cego  si

ę

  trzech 

etapów: 

I) zliczania 

impulsów 

(POMIAR), 

II) wy

ś

wietlania 

wyniku 

(POMIAR),  III kasowania stanu licznika (GOTOWE). 

2. Zapisz  wynik  pomiaru  w  kHz.  Wyja

ś

nij,  w  jakich  odst

ę

pach  czasu  pojawiaj

ą

 

si

ę

 na wy

ś

wietlaczu kolejne cyfry. 

3. Czy przyrz

ą

d mo

ż

e w obserwowanym przypadku pełni

ć

 rol

ę

 czasomierza? 

4. Jaki zakres pomiarowy ma przyrz

ą

d w tym przypadku? 

5. Jakie parametry wyznaczaj

ą

 powy

ż

szy zakres? 

6. Od jakiego bloku funkcjonalnego zale

ż

y dokładno

ś ć

 czasomierza? 

 

Zadanie 3 

 

Wykonaj  polecenia  z  punktów  1-4  Zadania  2,  lecz  dla  cz

ę

stotliwo

ś

ci  10 Hz. 

Jakim  jednostkom  czasu  odpowiadaj

ą

  cyfry  pojawiaj

ą

ce  si

ę

  na  ostatniej  i 

przedostatniej pozycji wy

ś

wietlacza? 

 

Zadanie 4 

 

Jak w Zadaniu 3, lecz dla cz

ę

stotliwo

ś

ci 100 Hz. 

 

Zadanie 5 

 

ą

cz cz

ę

stotliwo

ś ć

 1 MHz, zmierz j

ą

 kolejno przy wszystkich czasach otwarcia 

bramki. Przy jakich czasach otwarcia bramki pomiar jest niemo

ż

liwy i dlaczego? 

 

Zadanie 6 

 

ą

cz  cz

ę

stotliwo

ś ć

  1  Hz,  zmierz  j

ą

  kolejno  przy  wszystkich  czasach  otwarcia 

bramki. Przy jakich czasach otwarcia bramki pomiar jest niemo

ż

liwy i dlaczego? 

 

Zadanie 7 

 

Ustal  do

ś

wiadczalnie,  co  najmniej  jak

ą

  warto

ś ć

  powinna  mie

ć

    cz

ę

stotliwo

ś ć

 

spo

ś

ród o

ś

miu dost

ę

pnych w cz

ę

sto

ś

ciomierzu, aby przy czasie otwarcia bramki 

równym 0,01 s, na wy

ś

wietlaczu pojawił si

ę

 wynik ró

ż

ny od zera. 

 

background image

 

Ć

wicz. Nr 23  Cz

ę

sto

ś

ciomierz cyfrowy 

13

Zadanie 8 

 

Przył

ą

cz do cz

ę

sto

ś

ciomierza generator (np. typu PW-11), nastaw na nim cz

ę

sto- 

tliwo

ś ć

 sygnału sinusoidalnego 5 kHz. Nast

ę

pnie zmierz: 

 

a) t

ę

 cz

ę

stotliwo

ś ć

 przy czterech czasach otwarcia bramki, notuj

ą

c wszystkie 

cyfry wyniku 

b) okres oraz dziesi

ę ć

 okresów tego sygnału 

 

Zadanie 9 

 

Zmierz  cz

ę

stotliwo

ś ć

  napi

ę

cia  sieciowego  oraz  okres  i  dziesi

ę ć

  okresów  tego 

napi

ę

cia po obni

ż

eniu jego warto

ś

ci do ok. 50 V przy pomocy autotransformatora 

laboratoryjnego. 
 
Uwaga: Ten punkt 

ć

wiczenia powinien by

ć

 wykonany pod 

ś

cisłym nadzorem 

prowadz

ą

cego 

ć

wiczenie. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

Ć

wicz. Nr 23  Cz

ę

sto

ś

ciomierz cyfrowy 

14

3. Pytania i zadania kontrolne 

 

1. Wyja

ś

nij  w  oparciu  o  zamieszczone  w  instrukcji  schematy  blokowe  zasad

ę

 

działania cz

ę

sto

ś

ciomierza o działaniu bezpo

ś

rednim i po

ś

rednim 

2. Wyja

ś

nij zasad

ę

 działania układu formuj

ą

cego UF 

3. Omów zasad

ę

 działania bramki logicznej typu AND 

4. Jak

ą

 rol

ę

 w cz

ę

sto

ś

ciomierzu pełni przerzutnik bistabilny? 

5. Jakie bloki funkcjonalne zawiera w sobie blok GIW? 
6. Wyprowad

ź

 równania pomiaru dla obydwu rodzajów cz

ę

sto

ś

ciomierzy 

7. Podaj definicj

ę

 bezwzgl

ę

dnego i wzgl

ę

dnego bł

ę

du kwantowania w czasie dla 

obydwu rodzajów cz

ę

sto

ś

ciomierzy 

8. Opisz zasad

ę

 pomiaru czasu (przedziału czasu) omawianym przyrz

ą

dem 

 
 
 
 
 

4. Literatura 

 

1. Chwaleba A. i inni  Metrologia elektryczna WNT, Warszawa 1994 
2. Bogdan T.  Multimetry cyfrowe   WKiŁ, Warszawa 1976 
3. Sowi

ń

ski A. Cyfrowa technika pomiarowa WKiŁ, Warszawa 1976 

4. Bad

ź

mirowski K. i inni Cyfrowe systemy pomiarowe WNT, Warszawa 1979