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Warum heißt der Frequenzzähler nicht Frequenzmesser?
#1
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 
.jpg   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!
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#2
@Werner

Hast dir Mühe gegeben, danke dafür. 

Ich habe mir das früher so gemerkt, dass es ein Tor mit bestimmter Breite gibt und wer dieses passiert, wird gezählt.

Idea Smiley18 Idea
Gruß aus dem Kreis Siegburg vom Hans-Jürgen
"Groß ist ein Mann, wenn er Kind bleibt"

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#3
Danke Werner für diese physikalisch/mathematische Erklärung des Zählers/Counters.
Meist nimmt man die Bauteile hin, ohne die genaue Funktionsweise zu kennen.

Doch zum wirklichen Designen einer Schaltung sollte man die Funktion des Bauteils
wirklich und nicht nur empirisch kennen.

Gruß
Wilhelm
Niemandes Herr, Niemandes Knecht,
so ist es gut, so ist es recht

von Fallersleben
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#4
Hallo zusammen,
ja die russischen Zähler haben es uns vorgemacht. Je geringer die Torzeiten, je höher konnten Frequenzen gemessen werden. Dazu haben die Jungs nicht nur den Quarzgenerator mit einem "Ofen stabil beheizt", sondern auch die Teilerstufen. Das ist Frequenzzählung. Innerhalb einer festen Zeit die Impulse zu zählen.
Ein Frequenzmesser hat nur die momentane Frequenz angezeigt (Zeigerzungenanzeige). Bei dieser Anzeige war wirklich nur die momentane Frequenz (auch sehr ungenau)  zu sehen (ließ sich also nicht genau bestimmen). Komm nicht mehr auf die genaue Bezeichnung dieser Anzeigen (war aber auch nur für Netzspannung (Sinus)) halbwegs brauchbar.
Früher (DDR-Zeiten) wurde das noch mit berücksichtigt. Viel Stromverbrauch hatte auch einen Spannungseinbruch und somit auch einen Einbruch der Frequenz verursacht.
Somit konnten auch einige Arbeiten nicht unter realistischen Bedingungen erfolgen. 
Naja, lang ists her.
LG aus Schwerin, Holger
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#5
Holger ich denke Du meinst das Teil.

Zungenfrequenzmesser
Gruß aus dem Kreis Siegburg vom Hans-Jürgen
"Groß ist ein Mann, wenn er Kind bleibt"

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#6
(20.12.2021, 18:37)Werner schrieb: „Warum heißt der Frequenzzähler nicht Frequenzmesser?“

Er wird durchaus auch Frequenzmesser genannt und als solcher gehandelt. Als Beispiel:


https://www.directindustry.de/prod/rohde...47669.html
https://telemeter.info/de/messtechnik/la...uenzmesser


Und das betrifft nicht nur Geräte, die nach der reziproken Messmethode arbeiten, also tatsächlich so etwas wie die Zeit zwischen zwei Flanken eines Signals messen. Die Frequenz ist dann der Kehrwert und wird durch das Gerät berechnet und angezeigt. Ein Vorteil ist das man keine komplette Torzeit abwarten muss um einen Frequenzwert mit hoher Auflösung zu bekommen, sondern nur eine Periode des Signals. Dadurch bekommt man schneller einen neuen Messwert  und auch Änderungen in der Frequenz mit, die während der Torzeit eines herkömmlichen Zählers vorkommen können und von diesen Zählern so nicht als Frequenzänderung erfasst werden.

Ich denke der Begriff "Zähler" kommt deshalb so oft vor, weil diese Geräte damals als TTL-Gräber mit Zähler-ICs massenweise nachgebaut worden. Jedes Elektronikblatt hatte in den 70er/80er Jahren doch pro Jahr gefühlt mindestens zwei Zähler als Selbstbauprojekt publiziert.

Also der Begriff "Messer" ist durchaus auch bei diesen einfachen Zählschaltungen wiederzufinden und wird so breit angewandt.

Gruß
Bernhard
Ansprechpartner für Umbau oder Modernisierung von Röhrenradios mittels SDR,DAB+,Internetradio,Firmwareentwicklung. 
Unser Open-Source Softwarebaukasten für Internetradios gibt es auf der Github-Seite! Projekt: BM45/iRadio (Google "github BM45/iRadio")
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#7
Einem aufmerksamen Leser fiel ein Fehler auf:

" einen Eingang mit einer Eingangsimpedanz wie bei einem Oszilloskop für Frequenzen bis mindestens 100 MHz und
einen zweiten Eingang mit 50-Ohm-Impedanz für höhere Frequenzen."

Statt des fettgedruckten "mindestens" muss es "höchstens" heißen.

Sorry!
Grüße aus dem Odenwald,

Werner



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#8
Ich hab das oben in Deinem Beitrag entsprechend geändert Werner.
~~~Es gibt nichts Gutes, außer man tut es (Erich Kästner)~~~
Die einzige, falsche Entscheidung die du treffen kannst ist, keine Entscheidung zu treffen.
Ich bin nicht DICK, ich bin nur zu KLEIN für mein Gewicht  Big Grin
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#9
Es gibt auch noch Frequenzähler wie HP  5360A/5370B, der  anders als Tor-Zähl-Verfahren arbeitet.
"Rezipoke Frequenzmessung"

Reziproke Frequenzmessung nutzt Tatsachen: Frequenz = 1/ Periodedauer.

z.b.  50 Hz hat 20ms Periodedauer.
Referenzfrequenz 1Mhz füllt Zähler in 20ms Periodedauer mit 20.000 Impuls.
In dieser Fall wurde Zähler mit Referenzfrequenz 1Mhz gezählt und Eingangssignal 50Hz steuert Tor zur Zähler.

Dann liest "Computer" Zählerstand aus und rechnet mit 1.000.000(Referenz) / gezählte Impuls  20.000  ins Ergebnisse um: 50,000
Rechnet euch bitte aus, wenn  gezählte Impuls 20.001 statt 20.000 ist.  (Lösung: 49,9975 Hz )
Ihr habt gemerkt, dass mit reziproker Frequenzmessverfahren mit kurze Torzeit schon  Ergebnisse mit 3-4 Stelle neben Komma bekommt. Ohne  auf 100 Sekunden warten zu müssen, damit man Ergebnisse mit 2(ja, nur zwei ) Stelle neben Komma bekommt.

Alles super ? Leider nein:  Jitter und Phasenrauschen verfälscht Messergebnisse erheblich.  (deshalb wird Messergebnisse in HP Frequenzzähler gemittelt  bzw. Messergebnisse aus  Tor-Zählverfahren und reziproke Verfahren zusammengewürfelt )
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#10
Vielen Dank für die Ergänzung, Matt. Das reziproke Verfahren wollte ich ursprünglich auch noch beschreiben, habe es dann aber gelassen. Meine Zielgruppe möchte wirklich nur eine ungefähre Ahnung von der Funktion eines Counters bekommen. Auch anderes Spielzeug, wie z.B. Vorteiler usw. habe ich weggelassen. Wenn der Text zu lang ist, sinkt die Motivation zum Lesen. Smiley21
Grüße aus dem Odenwald,

Werner



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#11
Anton: Vielen Dank für deine schnelle Reaktion!

Leider gibt es noch einen weiteren Fehler: Im Satz über Abb.5 steht u.a. ...... billion meint im amerikanischen Million ....

Das ist natürlich Unfug. Im angelsächsischen Sprachraum bedeutet "billion" Milliarde. (Danke Eric!)

Es kommt hier immer wieder zu Verwechselungen und Missverständnissen. Daher empfieht mittlerweile die Internationale Norm ISO 31 auf die Einheiten ppm, ppb und ppt zu verzichten.
Grüße aus dem Odenwald,

Werner



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#12
(20.12.2021, 18:37)Werner schrieb: „Warum heißt der Frequenzzähler nicht Frequenzmesser?“
[...]
Unser Frequenzzähler würde in diesem Fall 153 000 anzeigen. Er zählt also doch, und zwar die Anzahl der Schwingungen.
Der letzte Satz müsste um "pro Zeiteinheit" ergänzt werden. Würde er stetig Schwingungen zählen, so würde er es so lange tun, wie ihn Schwingungen erreichen: so wäre es ein Schwingungszähler.

Dann eine Analogie:
Der Streckenzähler misst den Weg. Misst er den Weg pro Zeit, so wäre es kein Geschwindigkeitszähler, sondern ein Geschwindigkeitsmesser. Daher tue mich nach wie vor schwer mit dem Begriff 'Frequenzzähler'.

Die Ausführungen zur Torzeit fand ich sehr aufschlussreich, darüber hatte ich mir noch nie Gedanken gemacht. Danke dafür!
Gruß
Martin
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#13
(22.12.2021, 08:54)Werner schrieb: Leider gibt es noch einen weiteren Fehler: Im Satz über Abb.5 steht u.a.  ...... billion meint im amerikanischen Million ....

Habe ich im Text oben geändert.
~~~Es gibt nichts Gutes, außer man tut es (Erich Kästner)~~~
Die einzige, falsche Entscheidung die du treffen kannst ist, keine Entscheidung zu treffen.
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#14
Klar, sollte man nicht päpstlicher, als der Pabst sein und wir alle kennen den Frequenzzähler als das, was er ist!
Trotzdem; Frequenzmesser ist eigentlich korrekter, die Frequenz ist ja schon Schwingungs/Impuls zu Zeiteinheit verknüpft.
Man misst tatsächlich die Frequenz oder man zählt die Schwingungen/Impulse, egal, ob man Zeittorzählung oder Impulslängenmessung macht.
Hochinteressantes und treffendes Thema ... der Praktiker bekommt jetzt dadurch nicht schlaflose Nächte ...
Viele Grüsse, Micha

Ich wohne am deutschen Elbkilometer 358 westelbisch ... und genieße die Natur ... die Röhrentechnik zeigt, dass sich der Strom nur von Minus nach Plus bewegt ... und damit die echte technische Stromrichtung erkennbar macht ... dem Praktiker sind jedoch die irren Halbleiterstrompfeile egal








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#15
man könnte sich darauf einigen, ein Gerät nur dann als Frequenzmesser zu bezeichnen wenn der Vorgang analog, also ohne einen Zählvorgang, zum Ergebnis führt. Hier wurde ja schon ein Zungenfrequenzmesser gezeigt, der beruht auf der mechanischen Resonanz von Metallzungen.
Resonanz ist da schon der Weg zum Ziel, in dem Sinne kann es auch ein Radio sein :-) Da findest du den Träger auf der eingestellten Frequenz ..
Ein derart aufgebautes Frequenzmessgerät ist das Rohde&Schwarz WEN, da fehlt eigentlich nur der Lautsprecher.
Übrigends ein lustiges Trio:
Frequenz anzeigen durch Tuning auf die Resonanz, WEN
L anzeigen durch Tuning auf die Resonanz, LARU, LRT
C anzeigen durch Tuning auf die Resonanz, KARU, KRT

Man kann eine Frequenz auch verifizieren durch Vergleich mit einer weiteren, indem man beide dem X+Y vom Oszilloskop zuführt,
oder durch Frequenzspektrumanalyse, vereinfacht auch durch FFT.
Im niederfrequenten Bereich kommt man auch mit einem Frequenz-Spannungswandler ganz gut zurecht (IC = LM331)
wenn die Welt untergeht sieht man es zuerst auf dem Oszilloskop
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#16
Ein Frequenzmesser arbeitet nach dem Resonanzprinzip. Im einfachsten Falle kurbelst du ihn in die Resonanz und liest dann auf der Kurbelskala die Frquenz ab. Das machz zB jedes Radio so, und wenns den wirklich als Frequenzmesser angeschafft werden soll fällt mir sofort der WEN von Rohde&Schwarz ein.
Lg Martin
wenn die Welt untergeht sieht man es zuerst auf dem Oszilloskop
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#17
Hallo Leute, ich habe bisher nur mitgelesen.
Nun kommt mein Beitrag dazu.
Ich besitze und benutze seit etlichen Jahren ein damals neu gekauftes Gerät und bin damit auch zufrieden.

   

   

Es steht deutlich "Multi-Funktion Counter" drauf. Also kein "Frequenz-Messer".
Es gibt zwei Betriebsarten:

- Eine Zeitbasis öffnet ein Tor und schließt es wieder und in dieser Zeit werden die Schwingungen gezählt.
- Das Eingangsignal öffnet ein Tor und schließt es wieder und es wird die zeitliche Länge der Schwingung gemessen.

Dann gibt es umschaltbare Torzeiten und somit wählbare Anzahl der Stellen nach dem Komma. 
Und es gibt einen Selbsttest sowie die Funktion "Wert halten" und "Zurücksetzen"

Nachteilig ist: 
- Die Eingangsspannung muss einen gewissen Mindestwert haben, darf aber je nach gewähltem Bereich nicht zu groß sein.
- Das Messgerät belastet die Signalquelle kapazitiv, verstimmt also jeden Oszillator.
- Der Betrieb zum Auszählen von Taktsignalen in Digitalschaltungen geht problemlos.
- Sender-Puffer und Endstufen sind auch kein Problem, ebenso erregte Sendeantennen. Da genügt eine Messschnüre frei in Luft.

Gruß Manfred
Wozu Fortschritt, wenn früher doch alles besser war?
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#18
ein Verfahren über das man nie plaudert hat sich still und leise bei vielen von uns eingeschlichen.
Dabei wird die Frequenz aus dem Abstand zweier Amplituden ermittelt, von Zählen kann keine Rede sein.
Viele DSO (Digitaloszis) machen das so. Deswegen gehen sie auch nicht sehr genau damit um, es kommt zu Abweichungen.

lG Martin
wenn die Welt untergeht sieht man es zuerst auf dem Oszilloskop
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#19
Hallo Martin, da hast Du völlig Recht.
Man darf nicht einfach mit den Messspitzen im Gerät herumstochern sondern muss den Messangriff durchdenken und vorbereiten.
Und hier hakt es!
Ein frequenzmoduliertes Signal gibt niemals stehende Werte.
Bei Amplitudenmodulation ist das ebenso.
Es ist noch ein Einton-Signal erforderlich. Dann kann man Frequenzen auszählen.
Und die Zeitmessung, also Zeit von Amplitude zu Amplitude braucht man sinnvoll im NF-Bereich.
Das ist wichtig beim Einstellen von Zeitkonstanten, Verzögerungszeiten usw.
Wer mal ein Funkgerät SEG 15 D in die Finger bekommen hat, der kann das bestätigen.
Hier wird die Frequenzaufbereitung nicht über Digitalteiler sondern über Monoflops realisiert.
Und die müssen für ein korrektes Ergebnis genaue und konstante Rückfallzeiten haben.
Nur mal so als Beispiel für die Anwendung der Zeitmessung.
Gruß Manfred
Wozu Fortschritt, wenn früher doch alles besser war?
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#20
Moin!
Eine weitere Variante wurde noch nicht erwähnt:

Eingang->Impulsformer->Monoflop->Tiefpass->Drehspulmeßwerk

Wird üblicherweise für den Frequenzbereich zwischen 10 und 200 Hz verwendet.
Millionenfach gebaut.
Es gibt sogar Spezial-ICs dafür, von denen manche inzwischen ziemlich gesucht sind.
Besser bekannt als "Drehzahlmesser".
Gruß Gerrit
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