پايان نامه طراحي و ساخت شمارندة فرکانس تا يک گيگاهرتز فصل اول اندازه گيري فرکانس 1-1- ويژگي هاي دستگاه اندازه گيري اصولا عمل يا حاصل مقايسه يک کميت مفروض با يک استاندارد از پيش تعيين شده را ، اندازه گيري مي ناميم. براي اين که نتيجه عمل اندازه گيري که با اعداد بيان مي شود، معني داشته باشد، بايد اولا استانداردي که براي مقايسه به کار مي رود، دقيقا معلوم ومورد قبول عام واقع شده باشد. ثانيا روش استفاده شده براي اين مقايسه بايد قابل تکرار بوده و قادر به امتحان کردن دستگاه اندازه گيري باشيم به عبارت ديگر دستگاه به کار رفته و روش اندازه گيري بايد موجه باشد. هر دستگاه اندازه گيري داراي ويژگي ها و محدوديت هاي خاص خود است و براي انتخاب دستگاه اندازه گيري بايد کليه جوانب در نظر گرفته شود و با توجه به و يژگي هاي مورد نياز و قيمت دستگاه اندازه گيري بهترين انتخاب انجام شود. 1-گستره ي اندازه گيري: محدوده اي از تغييرات کميت تحت اندازه گيري که وسيله قادر به اندازه گيري آن مي باشد. 2-ريزنگري يا تفکيک پذيري: کوچکترين اندازه ي تغييرات کميت تحت اندازه گيري که مي تواند توسط دستگاه، اندازه گيري شود. 3-حساسيت: نسبت ميزان تغييرات خروجي به تغييرات کميت تحت اندازه گيري با بيشترين بودن حساسيت، اندازه گيري تغييرات کوچک کميت تحت اندازه گيري راحت تر است اما معمولا گستره ي اندازه گيري کم مي شود. 4-درستي: ميزان نزديکي مقدار قرائت شده با مقدار واقعي کميت معمولا با افزايش گستره ي اندازه گيري درستي کم ميشود(يا قيمت ها افزايش قابل توجه مي يابد) 5-دقت: نشان دهنده ي ميزان پراکندگي آماري مقادير اندازه گيري شده در چندين بار اندازه گيري يک کميت است. به عبارت ديگر ميزان عاري بودن اندازه گير از خطاي تصادفي ميزان دقت را نشان مي دهد. 2.473 2.472 2.563 2.475 2.425 2.479 دقت کمتر دقت بيشتر در شکل (1-1) نمايش مفهومي دقت و درستي مشاهده مي شود. دقت مناسب دقت نامناسب دقت مناسب درستي مناسب درستي نامناسب درستي نامناسب شکل 1-1-نمايش دقت و درستي 1-2- کاليبراسيون(برسنجيدن) مقايسه عملکرد دستگاه اندازه گيري با مرجع استاندارد (که در رده ي درستي بالاتري قرار دارد) جهت تعيين خطاي آن را کاليبراسيون گويند. به عبارت ديگر کاليبراسيون، کنترل دستگاه اندازه گيري به منظور اطمينان از عملکرد مناسب آن است. مرجع استاندارد مي تواند يک کميت يا دستگاه اندازه گيري باشد. 1-3- تنظيم دستگاه اندازه گيري معمولا در دستگاه هاي اندازه گيري امکان تنظيم ( به صورت محدود) گذاشته مي شود تا در مواردي که اندازه گير از حالت کاليبره خارج مي شود، عملکرد آن را اصلاح کنند. تنظيم مي تواند به صورت تنظيم شيب يا آفست باشد. 1-4- قسمت هاي مختلف دستگاه هاي اندازه گيري کار اکثر سيستم هاي اندازه گيري را مي توان در قالب سه مرحله ي اساسي قرار داد: 1-مرحله ي آشکارسازي و مبدل 2-مرحله ي مياني يا تغيير دهنده 3-مرحله ي نمايش، ثبت يا کنترل عناصري از قبيل مقاومت، سلف، خازن، ترموکوپل، کريستال، فتوسل و. به عنوان مبدل مورد استفاده قرار مي گيرد. مبدل يک پديده ي غير الکتريکي مانند فشار، دما، رطوبت ورا به يک کميت الکتريکي مثل ولتاژ، جريان و.تبديل مي کنند. مرحله ي مياني در يک دستگاه اندازه گيري مي تواند شامل قسمت هايي از قبيل چرخ دنده ها، لوله ي هيدروليکي، انواع و تقويت کننده ها، سيستم هاي انتقال وباشد. در برخي وسايل ممکن است نيازي به مرحله ي مياني ودر برخي موارد اين قسمت بسيار پيچيده باشد. مرحله ي نهايي مي تواند شامل قسمت هايي مثل عقربه واشل، لامپ اشعه کاتدي، ستون مايع، قلم متحرک وکاغذ مدرج، ضبط مغناطيسي و باشد. علاوه بر نمايش دهنده و ضبط کننده که در مرحله ي آخر وجود دارند، از خروجي اين بخش مي توان براي کنترل قسمت هاي ديگر استفاده کرد. در شکل (1-2 ) قسمت هاي مختلف يک دستگاه اندازه گيري به صورت کلي نمايش داده شده است.
شکل 1-2-قسمت هاي مختلف دستگاه اندازه گيري 1-5- اندازه گيري فرکانس يکي از مهم ترين کميت ها در سيستم هاي الکتريکي و الکترونيکي فرکانس مي باشد. در مدارات مخابراتي فرکانس سيگنال در قسمت هاي مختلف نقش مهمي را ايفا مي کند ودر مراحل مختلف مدولاسيون، دمدولاسيون و پخش بايد کنترل واندازه گيري شود. در سيستم هاي قدرت تغير فرکانس مي تواند باعث تغيير عملکرد سيستم شود، با افزايش فرکانس حجم هسته کاهش مي يابد ولي امکان دارد سيستم توانايي توليد گشتاور مورد نياز را از دست بدهد وهمچنين کاهش فرکانس مي تواند باعث به اشباع رفتن هسته و آسيب رسيدن به سيستم شود، بنابراين در سيستم هاي قدرت هم بايد فرکانس به طور دقيق اندازه گيري و کنترل شود. در سيستم هاي ابزار دقيق براي انتقال سيگنال با تبديل ولتاژ به فرکانس اثرات نويز را کاهش مي دهند. با توجه به موارد ومثال هاي فوق اهميت اندازه گيري فرکانس در سيستم ها بيش از پيش معلوم مي شود.با استفاده از اندازه گيري فرکانس مي توان کميت هايي مثل سرعت سيال را به طور غير مستقيم اندازه گيري نمود. 1-6- تقسيم بندي باندها وفرکانس ها فرکانس هاي راديويي مطابق جدول زير تقسيم بندي شده اند:
گستره ي فرکانسي |
نمادها |
3-30 KHz |
VLF(Very Low Frequency) |
30-300 KHz |
LF(Low Frequency) |
300-3000 KHz |
MF(Main Frequency) |
3-30 MHz |
HF(High Frequency) |
30-300 MHz |
VHF(Very high Frequency) |
300-3000 MHz |
UHF(Ultra high Frequency) |
3-30 GHz |
SHF(Super high Frequency) |
30-300 GHz |
EHF(Extra high Frequency) |
جدول 1-1-تقسيم بندي فرکانس ها امواج راديويي طيف وسيعي از فرکانس ها را در بر مي گيرند که بر حسب کاربرد طبق استاندارد هايي تقسيم بندي شده اند. با افزايش فرکانس سيگنال کاربرد هاي آن تخصصي تر و همچنين اندازه گيري فرکانس آن مشکل تر مي شود.
1-7- فرکانس متر هاو مدارات ارائه شده براي آن اصولا يکي از ابزار هاي مهم که در بخش هاي مهم سيستم هاي الکترونيکي و مخابراتي به کار گرفته مي شود، فرکانس متر مي باشد. اين ابزار مي تواند به صورت آنالوگ يا ديجيتال پياده سازي گردد، نکته ي مهم درپياده سازي اين ابزار توجه به محل استفاده و نيز محدوده ي فرکانسي مورد نظر مي باشد. امروزه عمدتا به دليل استفاده از مدارات ديجيتال ونيز پردازنده هاي با سرعت بالا در دستگاه هاي مختلف از فرکانس مترهاي ديجيتال استفاده مي شود وعملکرد اين دستگاه ها با بهبود سرعت اين پردازنده هاي ديجيتال روز به روز بهتر مي شود. اما هنوز در فرکانس هاي بالا اين ابزار ها ناکارآمد هستند و از ابزارهاي تبديل آنالوگ براي آشکارسازي فرکانسي استفاده مي شود. از تفاوت هاي فرکانس مترهاي ديجيتال و آنالوگ مي توان به نحوه ي عملکرد آنها اشاره نمود، در فرکانس متر هاي ديجيتال عمدتا به طور مستقيم و با توجه به لبه هاي پالس عمل سنجش فرکانسي انجام مي گيرد حال آن که در فرکانس مترهاي آنالوگ با تبديل فرکانس به کميت هايي مثل ولتاژ وجريان اين کار انجام مي شود. گاهي ترکيبي از هر دو روش در سيستم هاي اندازه گيري استفاده مي شود، بخشي از عمليات توسط سيستم آنالوگ ومابقي ديجيتال خواهد بود. فرکانس متر هاي ديجيتال نمي توانند فرکانس هاي بالا را اندازه بگيرند در حالي که فرکانس متر هاي آنالوگ براي فرکانس هاي در حد چندين گيگا هرتز قابل استفاده مي باشند.
1-7-1- فرکانس متر هاي آنالوگ اين ابزارها شامل يک بخش آشکار ساز مي باشند که در اين بخش سيگنال هاي با فرکانس بالا (از آنجا که بيشتر در فرکانس هاي مايکرويو کاربرد دارند) به يک ديود آشکارساز مي تابد واين ديود توان يا ولتاژ متناسب با آن فرکانس را ارائه مي دهد. معمولا اين ديود هاي آشکارساز از جنس کريستال سليکن که شامل سيم تنگستن نيز مي باشد تشکيل شده است،به همين دليل به آن ديود کريستالي نيز گفته ميشود. نوع ديگر اين ديودها avalanche-transit-time diodes مي باشد. اين ديودها ساختار متفاوتي با ديودهاي معمولي دارند، اين ديودها داراي چهار لايه مي باشند که به صورت شکل (1-3) مي باشند. شکل 1-3-ساختار کلي ديود براي آشنايي بيشتر با اين ديودها توضيحات مختصري در ادامه آورده شده است:
ديودهاي PIN: اين خانواده از ديودها به عنوان مقاومتي متغير در فرکانس هاي مايکروويوي کاربرد دارند. اين ديودها اين قابليت را دارند که بدون ايجاد اعوجاج در سيگنالهاي مايکروويوي مقاومت مسير خود را تغيير دهند که اين کار با تغيير جريان dc ديود انجام مي شود. از ويژگي مهم ديگر اين سري از ديودها، قابليت کنترل سيگنالهاي مايکروويوي با دامنه زياد مي باشد. بخش مياني آن تأثير زيادي در دوام آن و عدم ايجاد اختلال در امواج دريافتي خواهد داشت. در شکل (1-4) شماي کلي اين نوع ديود نشان داده شده است. شکل 1-4-شماي کلي ديود PIN شکل (1-5 ) مدار معادل ديود در حالت باياس مستقيم را نشان مي دهد. در اين حالت مقاومت R
S با جريان dc عبوري از ديود رابطه ي عکس دارد.
درباره این سایت