Laboratorium Miernictwa Elektronicznego 2
Temat: Pomiar częstotliwości, czasu i fazy
Grupa E3Q3S1 Zespół: Kamil Syzdoł Tomasz Soluch

1. Cyfrowy pomiar częstotliwości

1.1 Zastosowanie częstościomierza-czasomierza cyfrowego typ U2000A

Ćwiczenie to polegało na pomiarze częstotliwości za pomocą cyfrowego częstościomierza-czasomierza U2000A. Pomiary dokonywano dla różnych czasów otwarcia bramki.

Tabela pomiarowa:

tB	fx	Hz	5	50	500	5000	50000	500000	5000000
tB=0,1s	fw	kHz	0,005	0,05	0,5	5	50	500	5000
	δn	kHz	0,02	0,05	0,50	5,01	50,00	500,00	5000,35
	δf	-	0,5	0,2	0,02	0,00199601	0,0002	0,00002	1,9999E-06
tB=1s	fw	-	0,5000003	0,2000003	0,0200003	0,00199631	0,0002003	0,0000203	2,2999E-06
	δn	kHz	0,006	0,050	0,501	5,007	50,000	500,003	5000,032
	δf	-	0,16666667	0,02	0,00199601	0,00019972	0,00002	2E-06	2E-07
tB=10s	fw	-	0,16666697	0,0200003	0,00199631	0,00020002	0,0000203	2,3E-06	5E-07
	δn	kHz	0,0062	0,0500	0,5001	5,0069	50,0003	500,0029	5000,0320
	δf	-	0,01612903	0,002	0,00019996	1,9972E-05	2E-06	2E-07	2E-08
1 x Tx	Tw	-	0,01612933	0,0020003	0,00020026	2,0272E-05	2,3E-06	5E-07	3,2E-07
	fw p	µs	199999,4	19999,9	1999,9	199,9	20,0	2,0	0,2
	δn	Hz	5E-06	5E-05	0,00050003	0,0050025	0,05	0,5	5
	δT	-	5E-07	5E-06	5,0003E-05	0,00050025	0,005	0,05	0,2
10 x Tx	Tw	-	0,0030008	0,0030053	0,0030503	0,00350055	0,0080003	0,0530003	0,2030003
	fw p	µs	199999,66	19999,99	1999,99	199,99	19,99	2,00	0,22
	δn	Hz	5E-06	5E-05	0,0005	0,00500025	0,05002501	0,5	4,54545455
	δT = δfw p	-	5E-08	5E-07	5E-06	5,0003E-05	0,00050025	0,005	0,04545455

Przykładowe obliczenia:

δn=1/n=1/501=0,00199601

δf=δn+δtb=0,00199601+3*10^-7=0,00199631

δT=δn+δTw+δB=0,05002501+3*10^-7+(0,003/10)=0,00050025

Wykres δf =F(f) dla t_B=0,1s

Wykres δf =F(f) dla t_B=1s

Wykres δf =F(f) dla t_B=10s

Wykres δT =F(f) dla 1xT_x

Wykres δΤ =F(f) dla 10xT_x

Z pomiarów oraz wykresów można zauważyć, że dla pomiaru częstotliwości błąd maleje wraz ze wzrostem częstotliwości(ilość impulsów zbliża się do zapełnienia licznika). Aby zwiększyć dokładność pomiaru należy wydłużyć czas otwarcia bramki.
Dla pomiaru okresu sytuacja ta jest odwrotna, wraz ze wzrostem częstotliwości błąd pomiaru maleje. Zwiększenie czasu otwarcia bramki także zmniejsza błąd pomiaru.

1.2. Zastosowanie częstościomierza-czasomierza cyfrowego typ HM8123

fx	fw	δn	δf	Wynik pomiaru
Hz	Hz	-	-	Hz
5	5,9999437	2*10^-8	2,2*10^-7	5,9999437 ± 0,000001
50	50,000138	2*10^-8	2,2*10^-7	50,000138 ± 1*10^-11
500	500,00025	2*10^-8	2,2*10^-7	500,00025 ± 1,1*10^-4
5k	5,0000047k	2*10^-8	2,2*10^-7	5,0000047k ±1,1*10^-6
50k	50,000059k	2*10^-8	2,2*10^-7	50,000059k ± 1,1*10^-5
500k	500,00061k	2*10^-8	2,2*10^-7	500,00061k ± 1,1*10^-4
5M	5,0000063M	2*10^-8	2,2*10^-7	5,0000063M ± 1,1*10^-6

Przykładowe obliczenia:

δn=1/n=1/59999437=2*10^-8

δf=(1/n)+ δtb=2*10^-8+2*10^-7=2,2*10^-7

2. Pomiar przedziałów czasu

tix	us	5000	1000	500	100	50	10	5	1	0,5	0,1
Dt	...s/dz	2ms	0,5ms	0,2ms	50us	10us	2us	1us	0,2us	0,2us	0,2us
L	dz	2,6	2,1	2,6	2,1	5	5	4,9	5	2,4	0,5
ti(osc.)	...s	5,2ms	1,05ms	520us	105us	50us	10us	4,9us	1,01us	0,48us	0,1us
δt(osc.)	-	0,06846	0,0776190	0,068461	0,07761	0,05	0,05	0,05040	0,05	0,0716	0,23
tiw	us	500000ms	1,0000003ms	499,9995us	99,9995us	49,9995us	9,99945us	4,95025us	990,03ns	495,02ns	99,540ns
δt(cz.c.)	-	0,0030005	0,0030004	0,0030005	0,0030013	0,0030023	0,0030013	0,00300232	0,003010401	0,003020501	0,003010346

t_i(osc.)=L*Dt=2,6*2ms=5,2[ms]

δt_(osc.)=δL+δDt=(0,1/2,6)+3%=0,0846

δ_t(cz.c.)= δn+δTw+δB =(1/500000)+(3*10^-7)+(0,003/1)=0,0030005

Wykres δ_t(cz.c.)=f(t_ix)

Wykres δ_t(osc.)=f(t_ix)

3. Metody oscyloskopowe pomiaru czasu i częstotliwości.

3.1 Metoda pośrednia(pomiar okresu).

fx=10kHz
n
Dt
L
ΔL
δL
T
δT
f=1/T
δf=δT

Przykładowe obliczenia:

δ_L =0,1/5,3=1,89% T=L*D_t=5,3*20uS=0,2ms δ_T = δ_L+δ_Dt =1,89%+3%=4,89%

3.2 Metoda porównawcza (figur Lissajous)

fw:fx	1:1	2:1	1:2	2:3	3:2
OSCYLOGRAM
fw	5,84kHz	11,686212kHz	2,9226000kHz	3,905kHz	8,7885kHz
fx	5,84kHz	5,841306kHz	5,8452kHz	5,8575kHz	5,859kHz
fw/fx	1	2	0,5	0,666	1,5

f_x=$\ \frac{1}{\frac{\text{fw}}{\text{fx}}}*fw = \frac{1}{2}*11,686212kHz = 5,841306kHz$

4. Pomiary kąta przesunięcia fazowego

	Metoda oscyloskopu dwukanałowego	Metoda figur Lissajous	Częstościomierz
f	l1	l2	φos
kHz	dz	dz	(^o)
160	0,6	6,2	34,84
180	0,7	6,2	40,64
200	0,7	6,2	40,64
220	0,6	6,2	34,84

Przykładowe obliczenia:

φ_os =l1/l2*360^o=34,84^o

φ _fL =arcsin(B/A)=arcsin(1,6/2,9)=33,4^o

5. Pomiary współczynnika wypełnienia D

D ustawione na generatorze	Oscyloskop	Częstościomierz
	ti	Ti
%	ms	ms
15	0,026	168us
35	60us	0,17ms
55	92us	0,17ms
75	124us	0,17ms
95	158us	0,17ms

Przykładowe obliczenia:

D=t_i/T_i=168us/26us=0,1529=15,29%

D_obliczone=t_i/T_i=25,2236/166,667383=15,13%