Генераторы качающейся частоты применяют главным образом для настройки резонансных усилителей и фильтров, особенно с большой шириной полосы. Известны генераторы качающейся частоты, применяемые в телевизионной технике, которые перекрывают полосу частот от 0 до 1000 МГц.

Существуют два способа получения прямоугольных колебаний. Первый основан на формировании прямоугольного колебания из синусоидального. Синусоидальное колебание от встроенного или внешнего генератора подвергается последовательно усилению и ограничению для получения соответствующей формы.

Другой способ получения прямоугольного колебания основывается на непосредственной генерации колебания с формой, близкой к прямоугольной, в схеме мультивибратора. Получаемое после ограничения и усиления напряжение и представляет собой выходное колебание генератора.

Генераторы прямоугольных колебаний используются прежде всего для возбуждения импульсных схем и испытаний усилителей в динамическом режиме. Частотный диапазон генераторов прямоугольных колебаний простирается от 10–20 Гц до нескольких сотен килогерц. Крутизна фронта прямоугольного колебания составляет обычно 0,1–1 мкс.

Генераторы импульсов являются источниками прямоугольных или пилообразных импульсов, длительность которых значительно меньше периода повторения импульсов. Частота повторения импульсов лежит обычно в пределах диапазона звуковых частот. Крутизна фронтов импульсов, как правило, регулируемой длительности, составляет 50 не — 1 мкс.

Генераторы импульсов обеспечивают напряжения положительной и отрицательной полярностей, а также регулировку амплитуды в пределах от 1 мВ до 100 В с помощью делителя напряжения.

Измерения частоты могут выполняться различными методами. Выбор метода измерений зависит от диапазона измеряемых частот, а также от требуемой точности измерений. К наиболее известным методам измерений относятся резонансный метод, метод сравнения частоты с частотой другого генератора, а также методы, основанные на счете импульсов.

Для калибровки и проверки частотомеров используются источники высокостабильных эталонных частот, так называемые эталоны (стандарты) частоты, выполняемые в большинстве случаев на основе кварцевых генераторов.

Абсорбционный частотомер является самым простым прибором для измерения частоты. Принцип действия этого прибора иллюстрирует рис. 13.4.

Рис. 13.4. Принцип действия сорбционного частотомера

Приближение катушки частотомера к цепи, излучающей энергию в виде электромагнитной волны, вызывает возбуждение в резонансном контуре электродвижущей силы, которая достигает максимального значения при настройке этого контура в резонанс на измеряемой частоте. Перестройка контура осуществляется дискретно сменой или переключением катушек или плавно с помощью переменного конденсатора. Индикатором, обнаруживающим резонанс, является чаще всего магнитоэлектрический прибор с чувствительностью, соответствующей чувствительности полупроводникового диода. При максимальном отклонении стрелки прибора отсчет частоты осуществляется по шкале, расположенной на оси переменного конденсатора.

Прибор позволяет проводить измерения в широком диапазоне частот (5·10⁴—1·10⁸ Гц). Однако точность измерений невысока и составляет обычно 0,25—2 %.

В гетеродинном частотомере измеряемая частота f_x определяется путем сравнения с эталонной частотой f₀. Измерения осуществляют методом получения нулевых биений. На вход смесителя подаются одновременно два высокочастотных сигнала f₀ и f_x (рис. 13.5).

Если частоты f₀ и f_x близки по значению, то разностная частота на выходе смесителя может лежать в диапазоне звуковых частот, и ее будет слышно в наушниках. Измерение сводится к установлению равенства частот f₀ = f_x при нулевых биениях f₀ — f_x = 0, характеризующихся пропаданием звука в наушниках.

В гетеродинный частотомер обычно встраивают кварцевый калибратор, который позволяет контролировать шкалу генератора и значительно увеличивать точность измерения, лежащую в пределах 10^-4—10^-5

К недостаткам гетеродинного частотомера относится погрешность в определении частоты, следующая из получения нулевых биений из-за гармоник сигналов с частотами f₀ и f_x.

Рис. 13.5. Структурная схема гетеродинного частотомера

В настоящее время широко используется цифровое измерение частоты, которое обеспечивает быстроту и точность измерения. Частота как дискретная величина идеально подходит для измерения цифровым методом. Принцип действия цифрового частотомера основывается на подсчете импульсов за определенное время.

Структурная схема цифрового частотомера, действующего на принципе счета импульсов, сформированных из измеряемого колебания с частотой f_x за стандартный временной интервал Т_изм, представлена на рис. 13.6.

Рас 13.6. Структурная схема цифрового частотомера

Колебание, частота которого должна быть измерена, после усиления, если оно необходимо, превращается в последовательность импульсов с той же самой частотой f_x. Внутренний эталон частоты (кварцевый генератор) совместно со схемами деления, которые одновременно обеспечивают регулировку частоты индикации, а также формирующей схемой генерирует последовательность эталонных импульсов f_эт. Эталонные импульсы запускают схему управления, которой обычно является стробирующая схема. Задачей этой схемы является задание стандартного времени измерений Т_изм, в течение которого вентиль открыт. Во время открывания вентиля на счетчик подаются импульсы с измеряемой частотой f_x. Число подсчитанных импульсов за время Т_изм указывает непосредственно на цифровых индикаторах счетчика значение измеряемой частоты f_x в единицах частоты[30]. Частотомер также снабжен схемой сброса, которая перед отпиранием вентиля устанавливает счетчик в нулевое положение.

В настоящее время максимальная частота, измеряемая непосредственно с помощью счетчика, не превышает 250 МГц. Расширение частотного диапазона возможно путем использования на входе гетеродинных приставок, понижающих измеряемую частоту. Они позволяют расширить диапазон цифровых частотомеров до 1000 МГц.

Точность измерений с помощью цифрового частотомера составляет 10^-5—10^-8 и зависит от измеряемой частоты (чем меньше частота, тем ниже точность), а также времени измерения (чем оно дольше, тем выше точность).

Вольтметры, приборы для измерения напряжения, относятся к группе основных измерительных приборов. В настоящее время применяют вольтметры разных типов, которые отличаются входным сопротивлением, частотным диапазоном, типом индикатора и принципом работы.