Diesen Text habe ich eigentlich für eine andere Zielgruppe geschrieben, aber ist vielleicht ja hier von Interesse.
Die nachfolgenden Ausführungen sind für den Hobbyisten gedacht und sind auch so geschrieben. Der Fachmann mag streckenweise schmunzeln und/oder Manches vermissen. Vielleicht wird dem interessierten Bastler und Restaurator aber hierdurch ein leichterer Zugang zur Rundfunktechnik ermöglicht.
„Warum heißt der Frequenzzähler nicht Frequenzmesser?“
Es heißt: Spannungsmesser, Strommesser, Leistungsmesser u.s.w. Das Messgerät für Frequenzen nennt man Frequenzzähler. Warum ist das so …. kann man Frequenzen zählen? Natürlich kann man Frequenzen zählen; auf der Skala meines SABA Schwarzwald sind eine ganze Reihe abgedruckt. Das Messgerät, um das es hier geht, misst jedoch die Frequenz. Daher ist die Bezeichnung „Zähler“ hier irreführend bzw. nicht ganz korrekt. Schauen wir uns das mal genauer an!
Unter „Frequenz“ versteht man allgemein die Anzahl irgendwelcher Vorgänge in einem bestimmten Zeitraum. Bei der Herzfrequenz zählt man die Herzschläge pro Minute. Auch das Tempo von Musikstücken kann man in bpm (beats per minute) angeben. In der Physik nimmt man meist die Zeiteinheit 1 s (1 Sekunde).
Wenn man in der Rundfunktechnik von „Frequenz“ spricht, meint man immer die Anzahl der elektromagnetischen Schwingungen in einer Sekunde. Zu Ehren des deutschen Physikers H.Hertz nennt man eine Schwingung pro Sekunde 1 Hz. 1000 Schwingungen pro Sekunde sind somit 1000 Hz bzw. 1 kHz (Kilohertz). Der Langwellensender Donebach sendete auf 153 kHz. Von seiner Antenne wurden also in einer Sekunde 153 000 Schwingungen abgestrahlt.
Unser Frequenzzähler würde in diesem Fall 153 000 anzeigen. Er zählt also doch, und zwar die Anzahl der Schwingungen.
Wie ist nun ein solcher Frequenzzähler (im angelsächsischen Sprachraum nennt man ihn counter) aufgebaut und was muss beim Betrieb beachtet werden?
Eine wesentliche Baugruppe ist ein Zähler (Abb.1). Er besteht aus integrierten Schaltkreisen; sein interner Aufbau und seine Arbeitsweise sind hierzu zunächst nicht von Bedeutung.
Abb.1
Abb 1.JPG (Größe: 6,25 KB / Downloads: 608)
Für uns ist wichtig zu wissen, dass der Zähler am Eingang (links) Rechteckpulse erhält. Die Anzahl der Rechteckpulse wird in einem bestimmten Zeitraum, z.B. 1 s, gezählt und mit der Anzeige angezeigt.
Unser Zähler kann nur Rechtecksignale zählen. Weiterhin muss die Spannung dieser Rechtecksignale genügend groß sein …. mehrere Volt. In der Praxis haben wir es auch oft mit sehr kleinen Spannungen zu tun, deren Frequenz gemessen werden soll. Daher sitzt direkt hinter der Eingangs-BNC-Buchse zunächst ein Verstärker, um die (meist) geringe Eingangsspannung anzuheben. Danach kommt eine Baugruppe, die aus dem meist sinusförmigen Eingangssignal eine frequenzgleiche Rechteckspannung erzeugt. Diese Rechteckspannung wird dann dem Zählerbaustein zugeführt (Abb.2).
Abb.2
Die Frequenz der Rechteckspannung entspricht der Frequenz der Sinusspannung … die wir ja messen möchten. Um die Frequenz in Hertz zu bekommen, dürfen wir nur eine Sekunde lang zählen. Um dies zu gewährleisten, wird vor den Zählereingang ein elektronischer Schalter angeordnet. Dieser Schalter (Abb.3) wird für genau eine Sekunde geschlossen und danach wieder geöffnet. Die Anzahl der Rechteckpulse wird danach auf der Anzeige dargestellt; diese Zahl entspricht der Frequenz in Hertz.
Abb.3
Damit es schneller geht, könnte man den Schalter auch nur eine Zehntelsekunde (0,1 s) schließen und die Anzeige dann mit 10 multiplizieren. Dazu später mehr.
Dieser elektronische Schalter wird Tor genannt und die Zeit, in der er geschlossen ist, nennt man Torzeit. Diese Zeit ist oft am Gerät einstellbar. Mittlerweile findet man jedoch häufiger die entsprechenden englischen Begriffe auf der Frontplatte: Gate und gate- bzw. measurement time.
In Blockschaltbildern werden die Zusammenhänge auch oft anders dargestellt (Abb.4). Der Schalter (das Tor) wird nicht gezeichnet und die Torsteuerung erfolgt über einen weiteren Anschluss (unten links) am Zähler. Sobald dieser zusätzliche Eingang eine Gleichspannung erhält, zählt der Zähler seine Eingangspulse.
Abb.4
Es ist jetzt klar, dass das Tor möglichst genau für 1 s „auf bleibt“. Anderenfalls werden zu viel oder zu wenig Pulse gezählt. Der genauen Einhaltung dieser Torzeit kommt also besondere Bedeutung zu, sonst erhalten wir nur „Hausnummern“.
Die Torzeit wird durch die so genannte Zeitbasis bestimmt. Die Zeitbasis ist meist ein Quarzoszillator der temperaturstabilisiert ist. Man wählt hier eine relativ hohe Quarzfrequenz (oft 10 MHz), da diese Quarze temperaturstabiler sind. Oft wird dieses Teil dann als TCXO bezeichnet. Erfahrungsgemäß kann sich hinter der Abkürzung TCXO sowohl ein temperaturkompensierter als auch ein temperatur-geregelter Oszillator oder aber ein echter Quarzofen mit seiner konsequenten Wärmeisolation verbergen. Das C könnte somit auch die Worte Compensated (kompensiert) oder Controlled (geregelt) symbolisieren.
Heutige TCXOs im SMT-Gehäuse haben so geringe Driften, dass sie in ppb (parts per billion; billion meint im amerikanischen Milliarde, 1 ppm = 1.000 ppb) angegeben werden.
Abb.5
Bei vielen Zählern lässt sich die Torzeit umschalten. Werte von 10 s, 1 s, 0,1 s und 0,01 s sind durchaus üblich. Bei einfacheren Geräte gibt es nur zwei Möglichkeiten: normal (1 s) und fast (0,1 s). Je größer die Torzeit, umso genauer wird das Ergebnis; hier muss man oft einen Kompromiss schließen …. wie so oft im Leben.
Bei modernen Zählern gibt es meist zwei Eingänge:
einen Eingang mit einer Eingangsimpedanz wie bei einem Oszilloskop für Frequenzen bis höchstens 100 MHz und
einen zweiten Eingang mit 50-Ohm-Impedanz für höhere Frequenzen.
Viele Zähler besitzen einen Einstellknopf für die Triggerschwelle am Eingang. Man kann damit einen Spannungswert einstellen, welchen das Messsignal überschreiten muss, um gezählt zu werden. Damit verbessert man die Störsicherheit.
Die nachfolgenden Ausführungen sind für den Hobbyisten gedacht und sind auch so geschrieben. Der Fachmann mag streckenweise schmunzeln und/oder Manches vermissen. Vielleicht wird dem interessierten Bastler und Restaurator aber hierdurch ein leichterer Zugang zur Rundfunktechnik ermöglicht.
„Warum heißt der Frequenzzähler nicht Frequenzmesser?“
Es heißt: Spannungsmesser, Strommesser, Leistungsmesser u.s.w. Das Messgerät für Frequenzen nennt man Frequenzzähler. Warum ist das so …. kann man Frequenzen zählen? Natürlich kann man Frequenzen zählen; auf der Skala meines SABA Schwarzwald sind eine ganze Reihe abgedruckt. Das Messgerät, um das es hier geht, misst jedoch die Frequenz. Daher ist die Bezeichnung „Zähler“ hier irreführend bzw. nicht ganz korrekt. Schauen wir uns das mal genauer an!
Unter „Frequenz“ versteht man allgemein die Anzahl irgendwelcher Vorgänge in einem bestimmten Zeitraum. Bei der Herzfrequenz zählt man die Herzschläge pro Minute. Auch das Tempo von Musikstücken kann man in bpm (beats per minute) angeben. In der Physik nimmt man meist die Zeiteinheit 1 s (1 Sekunde).
Wenn man in der Rundfunktechnik von „Frequenz“ spricht, meint man immer die Anzahl der elektromagnetischen Schwingungen in einer Sekunde. Zu Ehren des deutschen Physikers H.Hertz nennt man eine Schwingung pro Sekunde 1 Hz. 1000 Schwingungen pro Sekunde sind somit 1000 Hz bzw. 1 kHz (Kilohertz). Der Langwellensender Donebach sendete auf 153 kHz. Von seiner Antenne wurden also in einer Sekunde 153 000 Schwingungen abgestrahlt.
Unser Frequenzzähler würde in diesem Fall 153 000 anzeigen. Er zählt also doch, und zwar die Anzahl der Schwingungen.
Wie ist nun ein solcher Frequenzzähler (im angelsächsischen Sprachraum nennt man ihn counter) aufgebaut und was muss beim Betrieb beachtet werden?
Eine wesentliche Baugruppe ist ein Zähler (Abb.1). Er besteht aus integrierten Schaltkreisen; sein interner Aufbau und seine Arbeitsweise sind hierzu zunächst nicht von Bedeutung.
Abb.1
Abb 1.JPG (Größe: 6,25 KB / Downloads: 608)
Für uns ist wichtig zu wissen, dass der Zähler am Eingang (links) Rechteckpulse erhält. Die Anzahl der Rechteckpulse wird in einem bestimmten Zeitraum, z.B. 1 s, gezählt und mit der Anzeige angezeigt.
Unser Zähler kann nur Rechtecksignale zählen. Weiterhin muss die Spannung dieser Rechtecksignale genügend groß sein …. mehrere Volt. In der Praxis haben wir es auch oft mit sehr kleinen Spannungen zu tun, deren Frequenz gemessen werden soll. Daher sitzt direkt hinter der Eingangs-BNC-Buchse zunächst ein Verstärker, um die (meist) geringe Eingangsspannung anzuheben. Danach kommt eine Baugruppe, die aus dem meist sinusförmigen Eingangssignal eine frequenzgleiche Rechteckspannung erzeugt. Diese Rechteckspannung wird dann dem Zählerbaustein zugeführt (Abb.2).
Abb.2
Die Frequenz der Rechteckspannung entspricht der Frequenz der Sinusspannung … die wir ja messen möchten. Um die Frequenz in Hertz zu bekommen, dürfen wir nur eine Sekunde lang zählen. Um dies zu gewährleisten, wird vor den Zählereingang ein elektronischer Schalter angeordnet. Dieser Schalter (Abb.3) wird für genau eine Sekunde geschlossen und danach wieder geöffnet. Die Anzahl der Rechteckpulse wird danach auf der Anzeige dargestellt; diese Zahl entspricht der Frequenz in Hertz.
Abb.3
Damit es schneller geht, könnte man den Schalter auch nur eine Zehntelsekunde (0,1 s) schließen und die Anzeige dann mit 10 multiplizieren. Dazu später mehr.
Dieser elektronische Schalter wird Tor genannt und die Zeit, in der er geschlossen ist, nennt man Torzeit. Diese Zeit ist oft am Gerät einstellbar. Mittlerweile findet man jedoch häufiger die entsprechenden englischen Begriffe auf der Frontplatte: Gate und gate- bzw. measurement time.
In Blockschaltbildern werden die Zusammenhänge auch oft anders dargestellt (Abb.4). Der Schalter (das Tor) wird nicht gezeichnet und die Torsteuerung erfolgt über einen weiteren Anschluss (unten links) am Zähler. Sobald dieser zusätzliche Eingang eine Gleichspannung erhält, zählt der Zähler seine Eingangspulse.
Abb.4
Es ist jetzt klar, dass das Tor möglichst genau für 1 s „auf bleibt“. Anderenfalls werden zu viel oder zu wenig Pulse gezählt. Der genauen Einhaltung dieser Torzeit kommt also besondere Bedeutung zu, sonst erhalten wir nur „Hausnummern“.
Die Torzeit wird durch die so genannte Zeitbasis bestimmt. Die Zeitbasis ist meist ein Quarzoszillator der temperaturstabilisiert ist. Man wählt hier eine relativ hohe Quarzfrequenz (oft 10 MHz), da diese Quarze temperaturstabiler sind. Oft wird dieses Teil dann als TCXO bezeichnet. Erfahrungsgemäß kann sich hinter der Abkürzung TCXO sowohl ein temperaturkompensierter als auch ein temperatur-geregelter Oszillator oder aber ein echter Quarzofen mit seiner konsequenten Wärmeisolation verbergen. Das C könnte somit auch die Worte Compensated (kompensiert) oder Controlled (geregelt) symbolisieren.
Heutige TCXOs im SMT-Gehäuse haben so geringe Driften, dass sie in ppb (parts per billion; billion meint im amerikanischen Milliarde, 1 ppm = 1.000 ppb) angegeben werden.
Abb.5
Bei vielen Zählern lässt sich die Torzeit umschalten. Werte von 10 s, 1 s, 0,1 s und 0,01 s sind durchaus üblich. Bei einfacheren Geräte gibt es nur zwei Möglichkeiten: normal (1 s) und fast (0,1 s). Je größer die Torzeit, umso genauer wird das Ergebnis; hier muss man oft einen Kompromiss schließen …. wie so oft im Leben.
Bei modernen Zählern gibt es meist zwei Eingänge:
einen Eingang mit einer Eingangsimpedanz wie bei einem Oszilloskop für Frequenzen bis höchstens 100 MHz und
einen zweiten Eingang mit 50-Ohm-Impedanz für höhere Frequenzen.
Viele Zähler besitzen einen Einstellknopf für die Triggerschwelle am Eingang. Man kann damit einen Spannungswert einstellen, welchen das Messsignal überschreiten muss, um gezählt zu werden. Damit verbessert man die Störsicherheit.
Grüße aus dem Odenwald,
Werner
Lesen gefährdet die Dummheit!
Werner
Lesen gefährdet die Dummheit!