Мини-лекции. Гетеродинный частотомер. Волномер

   В осциллографических разговорах мы как-то незаметно применили МЕТОД СРАВНЕНИЯ. Ну, это когда на осциллографе наблюдаем (и сравниваем) две частоты: одну неизвестную с известной, образцовой. Вот теперь пришла пора сравнивать тоже самое, с той же целью, но другим способом!

   СПОСОБ АКУСТИЧЕСКИХ БИЕНИЙ. Если Вы когда-нибудь (в детстве) слышали летящий в небе самолёт с двумя винтовыми двигателями: ЛИ-2, всякие ИЛЫ... То возможно замечали какой звук издают двигатели, работающие как бы в унисон, но не очень?.. Обычный высокочастотный шум вращающихся винтов и? И слышим с какими-то медленными переливами тональности?.. Это и есть акустические биения двух частот. Частот вращающихся винтов с очень близкими звуковыми частотами. Вот такие переливы и используются в способе этих самых акустических биений.

   На рис1 Вы и видите наисложнейшую блок-схему измерения частот методом сравнения. Fx — неизвестная частота, а Fоб — известная, образцовая с местного генератора. А так-как способ акустический, то и частоты низкочастотного диапазона. Звуковые стало быть, слышимые нами (от 16 Гц и до 20000 Гц). Ну, это у кого-какой слух?! Телефон, это не мобильник и не домашняя вертушка, а всего лишь головной телефон или по-простому — наушники (хотя это и неправильно).

   Итак, пока частоты далеки друг от друга мы слышим два звука разной частоты. И лишь когда обе частоты совпадают мы слышим лишь звук одной частоты. А, если чуть-чуть не совпадают? Вот тут-то и появляется то самое самолётное переливание звуков. Разной скорости увеличение и уменьшение громкости. В нашем-то случае всё стерильно, а в самолётном частота не одна, а целый набор всякого-разного, отсюда и переливы не только громкости, но и тона.

   На практике же таким способом определяют частоты от 100 до 10000 Гц.

   СПОСОБ НУЛЕВЫХ БИЕНИЙ. Как Вы могли догадаться это определение (измерение) частот сверхультразвуковых, точнее радиочастот. То есть со звуком этот фокус так просто не получится. А как получится? Вот так, как показано на рис3,4. На рис3, простенькая блок-схема. На рис4, сложнее. Но принцип один и тот же... Вот только конечный результат может выглядеть по иному.

   Итак, мы имеем две радиочастоты: одна известная, образцовая [Fo], другая хрен её знает? Неизвестная [Fx], стало быть? И блок-схема почти как предыдущем способе. Даже «наухники» те же! Вот только между ними нелинейный элемент (диод, радиолампа, транзистор). И, что с того? А с того в нелинейном элементе возникают при смешивании наших Fo и Fx новые частоты! Это гармоники nFо и mFx (где n и m = 2, 3, 4...), сумма их частот Fо + Fx и разность Fо - Fx. Разность двух высоких частот и называется частотой биений Fб. Той самой, что на рис3а. Той к которой мы с самого начала и подползали! Вернёмся к блок-схеме рис3. Где: ГН-Fx — генератор неизвестной частоты Fx; ГН-Fо — генератор образцовой и очень известной частоты; НЭЛ — нелинейный элемент; Тлф — те самые «наухники».

   Немного сложнее блок-схема на рис5. Здесь названия элементов ближе к употребляемым в реальности. Так скажем ГПН — генератор с плавной настройкой. Для любого радиолюбителя, да и инженера тоже, это ГЕТЕРОДИН от греческого heteros «другой» + dynamis «сила»! Отчего и название частотомера — ГЕТЕРОДИННЫЙ. Его иногда ещё называли волномер. Хотя более точно так называется совсем другой прибор. Нелинейный элемент где смешиваются две частоты так называется СМЕСИТЕЛЬ — СМ. СТБП — стабилизированный Блок Питания, так ничего интересного?! ГКСТ — генератор с кварцевой стабилизацией. Да, это он контролирует точность настройки гетеродина, по мере надобности. УНЧ — само-собой усилитель низкой (звуковой) частоты. И наконец индикатор — ИНД. Здесь нет конкретного ответа?! Это могут быть те же «наухники» как в частотомере Ч4-1. Либо вольтметр или осциллограф. Вся сложность поймать то мгновение когда частоты Fо и Fx сравняются и Fб будет равно нулю!

   На рис2 показано как решается проблема определения нулей на слух. У нас имеется неизвестная частота Fx и плавно меняющаяся частота гетеродина Fо. При плавном приближении Fо к Fx частота биения будет приближаться звуковым частотам. И где-то менее 15000 Гц мы её услышим. Сближая частоты мы заставляем частоту биений Fб стремиться к нулю, так ещё к равенству Fо и Fx. И как только наступят нули — всё частоты совпали и мы по шкале образцового гетеродина определим частоту Fx! А так ли это? Нет! Мы же тугие на слух... В смысле частоты ниже 16 Гц мы не слышим! Если мы будем упорно крутить ручку гетеродина повышая его частоту, то? То перейдя нулевой рубеж наша Fб будет тоже повышаться, но уже Fб = Fо - Fx. Когда же она, Fб достигнет 16 Гц мы опять её услышим. Вот и получается что 16 до 16 Гц зона молчания или нулевой неслышимости — ЗОНА ZERO! Абсолютная ошибка достигнет 32 Гц. И как нам быть, а?

   Здесь нужно полагаться не на слух, а на вольтметр. Стрелка вольтметра при приближении Fб к нулю начнёт мелко дрожать, делать резкие отклонения и при Fо = Fx наконец успокоится! Всё, можно считывать показания со шкалы гетеродина. Осциллограф, тот же вольтметр, только вместо стрелки скакать будет луч, только и всего. А, что если только на слух как в Ч4-1? как добиться точности?

   В этом случае применяется вилочный способ рис2. Повышая Fо и тем самым понижая Fб мы останавливаемся на какой-то частоте точка 1. Далее повышая Fо и перейдя зону ZERO доходим до такой же частоты биений как и в точке 1. Обозначаем новую точку как 2. Как в первом, так и во втором случае отмечаем частоты гетеродина как Fо1 для точки 1 и Fо2 для точки 2. Затем по формуле рис2а находим искомую Fx. Это и будет та самая точка [а] в зоне ZERO! Вот пожалуй и всё о Ч4-1, использующий этот метод сравнения и способ нулевых биений.