Masurarea frecventei cu circuit rezonant

Masurarea frecventei cu circuit rezonant

Se bazeaza pe faptul ca un circuit LC (cu bobina si condensator) are frecventa oscilatiilor libere (de rezonanta) data de formula:

Aparatele indicatoare a frecventei care au in componenta circuite LC sunt prevazute cu sisteme care sa modifice parametrii L sau C (sau ambii) asa fel incat frecventa de rezonanta sa fie egala cu frecventa semnalului u, supus masurarii. in conditii de rezonanta tensiunea u_c la bornele condensatorului din figura 1,a atinge valoarea maxima in raport cu frecventa semnalului din primarul transformatorului.

Selectivitatea circuitului, exprimand variatia u_c a tensiunii de pe condensator, atunci cand frecventa semnalului de intrare este diferita de frecventa de rezonanta a circuitului, este cu atat mai mare cu cat factorul de calitate Q al circuitului , definit prin relatia (2), are o valoare mai mare, conform figurii 1.b:

Figura 1

Se impune cresterea selectivitatii circuitului pentru ca sa poata fi stabilit cu precizie maximul tensiunii de pe condensator, ceea ce asigura micsorarea erorii determinarii frecventei tensiunii u_t. in acest scop, se recurge la micsorarea rezistentei circuitului (conexiuni cu conductor de lungime minima si de sectiune mare), utilizarea de capacitati de calitate si la cuplarea slaba a circuitului oscilator cu generatorul de semnal a carui frecventa se determina (inductivitatea de cuplaj de valoare mica determina reflectarea in circuitul LC a unei rezistente mici).

Pentru a aduce la rezonanta circuitul, se modifica valoarea capacitatii condensatorului variabil C pana ce se obtine un maxim al valorii tensiunii indicate de voltmetrul notat V_c in figura 1. Axul condensatorului este cuplat mecanic cu acul indicator de pe scala de masura a valorii frecventei. Daca functia de variatie a capacitatii este liniara, scala de masura este

neliniara deoarece capacitatea este la numitorul expresiei frecventei de rezonanta); liniarizarea scalei de indicare a frecventei se face realizand constructiv condensatorul cu o variatie a capacitatii care sa compenseze neliniaritatea.

Cresterea clasei de precizie a aparatului, in conditiile scaderii impreciziei de stabilire a rezonantei circuitului LC (prin detectia indicatiei maxime a voltmetrului), pe langa masurile enuntate anterior, impune utilizarea de voltmetre electronice (cu impedanta mare de intrare) pentru masurarea tensiunii de pe condensator.

Uneori se recurge la notarea a doua valori de frecventa pentru care voltmetrul indica aceeasi tensiune (de-o parte si de alta a maximului) si se considera, ca frecventa a semnalului, media aritmetica a celor doua determinari. in aceste conditii clasa de precizie a aparatului este in domeniul 0,1 2.

Daca scara instrumentului este gradata in unitati ale lungimii de unda:

aparatul se intalneste sub numele de undametru.

Exista aparate de determinare a frecventei la care rezonanta circuitului este indicata de un microampermetru (minimul curentului), plasat in circuitul primar al transformatorului. Frecventmetrul cu aceasta constructie este 'cu absorbtie' si se intalneste sub numele de 'grip-dip-metru'.

Realizarea bobinei si condensatorului cu elemente de circuit discrete determina frecvente de oscilatie reproductibile de pana la 500 MHz. Pentru frecvente mai mari, valorile capacitatii si inductivitatii sunt foarte mici, ceea ce face necesar sa fie luate in calcul si valorile elementelor de circuit parazite (inductivitatile si capacitatile firelor de conexiune, capacitatile dintre terminalele elementelor) care sunt necontrolabile si variaza cu temperatura si umiditatea imprevizibil, motiv pentru care se limiteaza domeniul de utilizare a circuitelor oscilante pana la frecventa de 500 MHz. In cazul frecventelor mai mari se renunta la circuitele oscilante cu elemente de circuit discrete si se utilizeaza elemente de circuit distribuite (linii) sau cavitati rezonante.

Frecventmetrele realizate cu linii coaxiale (doua circuite fiind prezentate in figura 2) asigura o clasa de precizie de 0,05 pentru frecvente din domeniul 0,5 MHz, .,10 KHz.

Elementele din figura 2 reprezinta: a - linie coaxiala cu elemente de scurtcircuitare si b -linie coaxiala cu dioda IMPATT.

Elementele active de circuit din componenta oscilatoarelor cu linii coaxiale sau cu cavitati rezonante prezinta o caracteristica statica, avand o zona in care rezistenta echivalenta a caracteristicii statice este negativa (dioda IMPATT si dioda GUNN), ceea ce inseamna ca pot fi caracterizate, pe acel domeniu, prin rezistenta negativa R₀ si prin inductivitateaZ₀.

Conditiile de oscilatie se refera la anularea reactantei totale a circuitului (X₁ X_e= 0, unde X_e contine reactantele exterioare dispozitivului) si la egalarea partii rezistive a circuitului R_e de rezistenta negativa R₀.

Prima conditie determina frecventa de rezonanta, iar cea de-a doua impune restrictii privind componenta circuitului pentru ca acesta sa poata functiona in regim de generator de oscilatii.

In cazul frecventelor cu valori mai mari decat 10 GHz se utilizeaza aceleasi dispozitive semiconductoare dar se inlocuieste linia cu o cavitate rezonanta.

Cavitatea rezonanta, din figura 3.a, este de fapt un cilindru cu capac in interiorul caruia se gaseste un piston de acord actionat de un surub. Modificarea pozitiei pistonului determina modificarea frecventei de oscilatie a cavitatii rezonante, intr-o laterala a cilindrului este practicata o diafragma (de sectiune circulara sau dreptunghiulara) care asigura cuplarea la ghidul de unda in care se gaseste elementul activ de circuit (in cazul figurii 3.b - dioda IMPATT).

Frecventa de oscilatie a cavitatii depinde de temperatura si umiditatea gazului cuprins in cavitate, motiv pentru care se recurge la etansarea si la termostatarea incintei, in aceste conditii se obtine o stabilitate relativa a frecventei de 10ˉ⁵_S