title>Frequentie meter


Frequentie meter


redbox.gif (41 octets)

Toch niet verwonderlijk dat we de frequentie waarop we uitzenden wensen te kennen. Bovendien is dit een vereiste door de overheid opgelegd. Niet alleen de frequentie van een zender maar ook andere onderdelen waar bv oslillatoren gebruikt worden kunnen we best maar kennen en meten.
Vroeger, (enkele jaren terug) was een degelijk toestel om met voldoende precisie frequenties te meten eerder zeldzaam maar zeker duur in de aanschaf. Veel radioamateurs moetsen zich dan ook beperken tot de meer eenvoudige types. (vb: vergelijking met publiek radio op lange golf uitzendend op preciese en gekende frequenties, of de minder nauwkeurige grid-dip) De techniek, vooral de IC geïntergreerde schakeling en LSI "larg scale intergration" werden betaalbaar en maken de productie van betaalbare toestellen mogelijk welke een paar jaar terug niet denkbaar waren.
U kan het ook zo zien: Binnen de laatste twintig jaar is men van de eenvoudige absorptie golfmeter "grid-dip" geëvolueerd naar digitale toestellen met alles erop en eraan. Met andere woorden: van de prehisorie naar het atoomtijdperk.

NB: Het principe van de absorptie frequentiemeter is eenvoudig . Met een parallel afgestemde kring maar regelbaar een te meten schakkeling belasten. De parallelkring afgestemd zijnde zal het te meten object maximaal belasten als deze op de exacte frequentie van dat object staat.
Het spreek voor zich dat het mechanisch deel: schaal, afstemmechanisme enz... geen eenvoudige zaak zijn (Wat men leest moet immers met de frequentie overeenstemmen om maar iets van de problemen te noemen)

Het is waar, frequentiemeters zijn zeker heel wat complexer geworden. Daarom zullen we ons tot de principes beperken. De microprocesser meestal aanwezig valt buiten dit bestek van studie.
De verschillende stappen bij een meting  :

Het resultaat dat we wensen te bekomen is een eenvoudig aflezen van de waarde in freqquentie. De manier waarop dit wordt getoond kan verschillend zijn. Er wordt digitaal gewerkt wat beperkingen zoals het in vorm stellen van signalen betekent. Zie hieronder. Een sinusvorm wordt naar een blokgolf omgezet.

  • Het op de ingang toegevoerde signaal kan zich over een grote bandbreedte uitspreiden. Het kan groot of klein in amplitude zijn. We starten dus met een geschikte versterker waarvan het gedrag over de ganse band constant en bekend is. Anders uitgedrukt, het te meten signaal wordt geschikt gemaakt en in vorm gebracht om daarna pas, gemeten te worden.
  • Na de versterking volgt het eigenlijk circuit dat een vierkantgolf aflevert. Hier gebeurt het in vorm brengen. Het zal wel duidelijk zijn dat om geteld te kunnen worden een vierkantgolf beter dan een sinusvorm is. De teller zelf zal alleen pulsen kunnen tellen. Zo een schakeling ziet U hieronder. Men doet beroep op de (gekende) Schmith-trigger

    De werkelijke schakeling zal wel ingewikkelder zijn dan wat getekend, dat spreekt voor zich.
  • OK, het te meten signaal is nu in een duidelijke geschikte vorm. We gaan nu over naar het principe van meten. Als we het aantal pulsen gedurende één (1) seconde gaan tellen wat hebben we dan, dacht U? Om dit te kunnen bereiken hebben we een tijdbasis nodig. Een signaal "hoog" gedurende 1 second laat de te meten pulsen werder door. Het aantal pulsen dat alzo doorgaat is natuurlijk "de frequentie". De schakeling hieronder maakt dat wel duidelijk. De "AND" poort laat enkel pulsen door als BEIDE niveau's op de ingangsklemmen hoog zijn, dat weet U toch nog. De tijdbasis om aan 1 seconde te komen maakt gebruik van een Xtal oscillator om tot een voldoende nauwkeurigheid te komen. In die tijdbasis zal natuurlijk digitale delers gebruikt worden om tot een zeer stabiel, precies 1 seconde signaal te komen.
    Te verwachten: als men over één seconde meet dan kan dat ook over een ander tijdsbestek. Stel eens als we over 10 seconden meten, dan gaan we als het ware tienmaal teveel pulsen tellen.. Simpel, deel dat aantal door de komma bij het aflezen één plaats naar links te verschuiven. Waarom zouden we dat nu doen. U moet het eens proberen om een frequentie gedurende tien seconden te gaan meten. Van een zeer laag frequent signaal vormen we nog een voldoende aantal pulsen om zinvol te gaan tellen. Vb: meet eens een signaal van 0,1 Hz. Onze tijdbasis zal niet weten wat doen.... Duidelijk? Om het wat inteligent uit te drukken, we doen een prescaling.

Nogmaals, de tijdbasis is samengesteld door een kwartz oscillator omdat de precisie belangrijk is en primeert. Het gaat om een referentie. De fout van de meting zal groter zijn als de frequentie verder van de ideale afwijkt. Verder vinden we een systeem om dat signaal onder de juiste vorm te brengen. Andere signalen, indien noodzakelijk kunnen meestal uit deze schakeling gehaald worden. Voor het meten van hogere frequentie signalen kan het zijn en is dat ook meestal zo, dat niet 1 seconde maar fracties van second wordt gebruikt. Weerom, prescaling.
  • We herhalen met andere woorden. Het in vorm geplaatste ingangssignaal en dit van de tijdbasis (beide nu blokvormig) worden aan een "AND" poort gevoerd. De digitale som van beiden vinden we op de uitgang. De tijdbasis wordt ook wel "CLOCK" genoemd. Op dit ogenblik wordt nog niks geteld zal U opmerken. We beschikken enkel over een pak blokjes gedurende 1 seconde. dit signaal gaan we verder bewerken.
  • Uw voelt het aan. We gaan snel gaan tellen. Een opeenvolging van "flipflops" ook wel cascade genoemd vormen delers. Technologisch wordt meestal per 10 delers gewerkt (we beschikken toch over tien vinger of tenen). Na elke deling door tien is er een uitgang. Daarna gaat dat signaal verder naar de volgende tiendeler.
Hiernaast ziet U nog een ingang namelijk "RESET". Elke deler mag hiervan genieten. Inderdaad moet na elke telling (gedurende de tijdbasis) de tellers in een toestand "nul" geplaatst worden. Stel dat we een aflezing van 123456 hebben dan is het toch logisch dat, om opnieuw te kunnen tellen zonder dat we een fout maken ALLE delers op "NUL" worden gebracht. Het is de tijdbasis die ons dit onontbeerlijk signaal eveneens zal bezorgen.

  • Zoals gezegd wordt op elke cyclus van de CLOCK een informatie geleverd overeenstemmend met het aantal pulsen aan de ingang afgeleid. Zonder verdere uitbouw hebben we daar niks aan want we zijn niet in staan de informatie te lezen. Er is nog werk. Het aantal pulsen moet onder een door de mens leesbare vorm geproduceerd worden. Het zou niet mooi zijn moesten we tijdens de telling al die cijfertjes voor onze neus zien dansen (hoewel ?). Een oplossing? ... ja, door gebruik van een geheugensysteem te maken. Het moet duidelijk zijn dat bij ELKE telbeurt eerst dat geheugen dient leeg gemaakt te worden. Bij elke telbeurt wordt dat geheugen telken male opgefrist met de actuele waarde. Hoe kan het nog anders, ook dit signaal wordt van de tijdbasis afgeleid. Zoals U merkt doet de tijdbasis wel veel werken en is dus belangrijk.
  • We hebben nu een getalwaarde overeenstemmend met de frequentie. Het volstaat deze waarden op een of ander wijze af te beelden of zichtbaar te maken. Elke tiendeler heeft meerdere uitgangen dit de gemeten waarde vertegenwoordigt. Een speciaal IC zal deze taak vervullen. Afhankelijk van de gebruikte "display" zal een decoder naar bijvoorbeeld een zevensegment display omzetten. De heden wat verouderde "NIXIE" buizen (neon) noodzaken een ander type decoder namelijk een omzetter naar directe cijfer code (tien). Van de teller worden tien lijnen waarvan steeds maar één lijn actief gemaakt en alzo het betreffende cijfer doen opgelicht. Natuurlijk bestaan er nog meer oplossingen voor dit probleem. het principe wordt nog steeds het best uitgelegd met die oudere technologie.
    Het totaal schema ziet U hieronder: bekijk het goed want het kan U helpen om wat hoger verteld beter te begrijpen.

Wat we tot op dit moment gezien hebben is eerder van ouder datum. Zoals reeds gezegd, de evolutie van laatste jaren vereenvoudigen nog het gebruik en opbouw van frequentie meters doordat massaal van "MICROCONTROLER" gebruik wordt gemaakt. Merk dat dit niet steeds het geval is. Modern als U bent, merkt U dat microprocessor de motor van de frequentiemeter geworden is. Deze techniek is totaal verschillend geworden dan voorheen. Het is DE programmeur die het meeste van het werk gaat doen. Hij tovert door wat codes te schrijven een toestel dat perfect doet wat ervan verwacht wordt, in mekaar. Het programma zal nadat alles perfect in orde is opgeladen worden naar de processor die op dat moment een gespecialiseerd toestel wordt. (een tovenaar niet?).
Blijkt dat het toestel nadien toch niet voldoet of ergens niet wat verwacht dan volstaat een herziening van het programma en opnieuw opladen om de zaak recht te zetten. Natuurlijk kan dit alleen maar met prototypes.
Ga maar wat shoppen. U ziet direct dat er toestellen bestaan in elke prijsklasse. Natuurlijk zullen de hoog geprijsden beter in kwalliteit zijn en meer mogelijkheden bieden. ('t is zoals met een auto). De karakteristieken van het toestel zijn mede bepalend voor de prijs. Ziet U hieronder:

  • "Affichage" 
    Aantal cijfers, afmeting en technologie : LCD/LED
  • Metingen
    Frequentie enkel of/en periode of/en impuls ...
  • Gevoeligheid
    Belangrijke factor want indien niet voldoende dan leest men niks zinnig af. VB:100 mV van DC tot en met 500 MHz geeft duidelijk aan waartoe het in staat is.
  • Nauwkeurigheid
    In ppm of "parts per million" voor een bepaald temperatuur gamma. (onderdelen per miljoen)
  • Temperatuur waarbij nog gebruikt kan worden.
    Het gamma wat nog kan.
  • Ingangsimpedantie van het toestel.
    In functie van het meetgamma (opgepast, hoog impeddant kan storingen gaan meten.
  • Maximum niveau op de ingang voordat beschadiging optreedt
  • Stroom verbruik en soort voeding (batterij , net of beiden.
  • Aansluitingen.....
Weet of herinner het je nog, dat elk toestel een belasting vormt op het te meten object en bijgevolg zich als dusdanig gedraagt. Het object waarop men meet wordt gestoord door die belasting. Wat we ook maar doen, dit kan men enkel met zorg benaderen door er rekening mee te houden. Zelfs kan het voorkomen dat die invloed van zulke aard is dat het object niet meer functioneert zoals was gepland. Een ander gevolg is het induceren van fouten. Men leest een frequentie af maar de lezing geeft de werkelijkheid niet weer (wat is men daar dan mee gediend). Laten we maar eerlijk zijn: een zelf gemaakt toestel riskeert het tegen een commercieel toetel te moeten afleggen. Wil dit nu zeggen: niks meer bouwen ? Neen maar beslis met kennis van zaken wanneer het loont om aan zelfbouw te doen. Of misschien toch voor het plezier ?.
  • Denk er ook aan dat een perfecte breedbandversterker niet bestaat. Het verloop van de versterking in functie van de frequentie kan nogal variëren. Het kan voorkomen dat een signal van een bepaald niveau toch niet wordt gelezen omdat dit nu juist wat te klein blijft om nog geteld te kunnen worden.
  • Als ons te meten signaal eveneens harmonische componenten bevat dan weet men niet goed wat er eigenlijk gemeten wordt. Afhankelijk van de niveau's en ook de frequentie zou wel eens een harmonische de belangstelling van het meettoestel genieten. Kennis van wat men doet is belangrijk en nooit blindelings conclusies trekken.
  • Is het afbeelden van het resultaat onstabiel of onrustig dan zou er wel eens str... aan de knikker kunnen zijn. Herzie Uw meetopstelling.
  • U wenst het toestel lagere tijd bruikbaar te houden ? Erken het nut van een condensator om het te meten signaal op de ingang van Uw toestel te brengen (in serie). Een niet opgemerkte DC spanning kan dure gevolgen hebben. Trouwens geldt dit ook voor alle meettoestellen. Opgepast om tevens het meetobject minimaal te beïnvloeden.
  • U zou het moeten uitproberen. Beluister het meetobject (tijdens ontvangst bijvoorbeeld) en sluit dan Uw meetprobe (zoals men dat noemt) aan en U zal verbaasd staan van wat er te horen zal zijn. Niet alleen ruis maar de frequentie zal je waarschijnlijk horen verschuiven. Bent U verbaasd, dan is het feit dat U digitaal meet U ontgaan.
  • Lukt het niet zo goed met een condesator als koppel element, gebruik dan een aangepast spoel. In sommige gevallen kan dit beter zijn, maar toch blijf je maar belasten.
Voor de zelfbouwers is er toch ook goed nieuws. Actueel is met de nu beschikbare onderdelen het niet meer zo moeilijk om vrij complexe toestellen te gaan bouwen. De prijzen van deze complexe componenten (LSI) zijn relatief laag en de kwaliteit hoog. De hoge integratie maakt veel bedrading overbodig wat het bekomen resultaat weer wat zekerder maakt. De grens tussen zelfbouw van grotere blokken en aankoop van afgewerkte toestellen is kleiner geworden. In veel gevallen is het kastwerk (afscherming, doosje...) het grote probleem (een radioamateur is dikwijls allergisch aan kastjes)

Toch nog een goede raad, laat je door ervaren OM's adviseren maar houd er dan wel rekening mee. Er zijn nog voldoende onderdelen als prescaler , stabiliteit ... waarvoor goede raad mogelijk geen goud meer, maar toch de moeite waard is.

Weet wat U doet. Bedenk dat meten weten betekend. Daarom is het belangrijk dat U een goede theoretische ondebouw hebt. Een onderbouw waaraan regelmatig aan gewerkt wordt om een goed niveau te behouden. 
U weet nu voldoende om U zich met een goede slaagkans aan zelfbouw van een complex toestel te gewagen.