Medidor de frecuencia

Un frecuencímetro es un instrumento que muestra la frecuencia de una señal eléctrica periódica . En el pasado se utilizaban varios tipos de frecuencímetros mecánicos, pero desde la década de 1970 han sido reemplazados casi universalmente por contadores de frecuencia digitales .

Una de las formas más básicas de medidor de frecuencia es el medidor de lengüeta vibrante o medidor de lengüeta sintonizado . Este consiste en una bobina de electroimán que lleva la señal colocada cerca del extremo de una lengüeta metálica sintonizada o un dispositivo tipo diapasón . A medida que la señal viaja a través de la bobina, crea un campo magnético con la frecuencia de muestra, que empuja y tira de la lengüeta, o de una pequeña pieza de metal o un imán conectado a ella. La lengüeta está diseñada para vibrar a una frecuencia particular, y si la señal en el imán está cerca de ella, comenzará a vibrar. ^[1] Se pueden colocar múltiples lengüetas en un solo electroimán a través de varias conexiones mecánicas y la frecuencia de la señal se puede determinar viendo qué lengüeta está vibrando más. ^[2]

Sistemas similares, los " receptores de lengüeta ", también se utilizaron en los primeros sistemas de control por radio ; cuando la lengüeta vibraba con suficiente amplitud, hacía que un contacto eléctrico se cerrara y activara los controles. ^[3]

Los sistemas más avanzados eran del tipo de deflexión , que se utilizaban habitualmente para medir frecuencias bajas, pero que podían utilizarse para frecuencias tan altas como 900 Hz. Hay dos tipos comunes: el frecuencímetro de resonancia BTH y el frecuencímetro Weston . Ambos utilizan la resonancia eléctrica para crear un campo magnético que mueva un puntero y difieren en su construcción exacta.

El medidor BTH, llamado así por la empresa industrial pesada británica Thomson-Houston , consiste en una bobina magnética conectada a la señal de entrada. Atravesando el centro del imán hay un núcleo de hierro que se extiende más allá del extremo de la bobina y está curvado y afilado aproximadamente como un sable . En el otro extremo del núcleo hay una segunda bobina que puede acercarse o alejarse de la bobina de entrada fija. Esta bobina móvil está conectada a un condensador para producir un circuito LC sintonizado a una frecuencia particular. ^[4]

Como el núcleo de hierro pasa a través de la bobina móvil y el núcleo es cónico, la inductancia del circuito LC cambia a medida que la bobina se acerca o se aleja de la bobina de entrada fija. Cuando se aplica una señal a la bobina de entrada, la bobina móvil ve una fuerza que se acerca o se aleja de la bobina de entrada y comienza a moverse hasta que la resonancia resultante del núcleo LC+ es la misma frecuencia que la señal de entrada. Normalmente, la bobina móvil está suspendida de un pivote sobre ella, por lo que el movimiento lineal a lo largo del núcleo hace que la bobina y un puntero adjunto giren sobre un dial. ^[5]

El medidor de frecuencia de Weston también utiliza circuitos sintonizados, pero en este caso es la inductancia relativa entre dos de estos circuitos la que crea los movimientos del medidor. El sistema utiliza bobinas con centros abiertos donde se coloca la parte móvil del medidor. Cada bobina tiene una pareja que está conectada eléctricamente de modo que el campo resultante entre ellas es uniforme como en un solenoide . Se utilizan dos de estas bobinas pareadas, dispuestas en ángulos rectos de modo que el conjunto resultante parezca una marca de almohadilla, #, cuando se ve desde un lado. ^[6]

Uno de los pares de bobinas está conectado a inductores y resistencias , mientras que el segundo no tiene inductores. Esto hace que la corriente en el lado del inductor cambie a medida que la frecuencia de la señal se aleja de la frecuencia base seleccionada, mientras que el campo en el segundo conjunto de bobinas no lo hace. Esto hace que las corrientes en los dos conjuntos de bucles varíen entre sí, y también el campo magnético resultante entre ellos. Un pequeño imán insertado en el centro abierto gira para alinearse con el campo resultante. ^[7]

Los primeros medidores que utilizaban pantallas mecánicas se limitaban a frecuencias del orden de 1000 Hz, aunque se conocían ejemplos de frecuencias superiores. Para las señales de radiofrecuencia , estos sistemas generalmente eran demasiado lentos para reaccionar, por lo que se introdujeron nuevos medidores.

El medidor de ondas de absorción es un sistema simple que consta de un único circuito LC sintonizable y un voltímetro o amperímetro independiente. El usuario sintoniza el circuito LC, normalmente a través de un condensador variable, hasta que el voltaje en el circuito cae repentinamente. Esto indica que el circuito LC local está sintonizado a una frecuencia igual a la de la señal probada, momento en el cual comienza a absorber la energía de la señal y hace que la corriente del circuito caiga.

Una forma única de medidor de ondas de absorción desarrollado en la década de 1960 para su uso con sistemas de microondas u otras fuentes de longitud de onda corta. A diferencia de otros diseños, el medidor de ondas de absorción de cavidad es de naturaleza mecánica. ^[8]

El sistema consiste en un recipiente cilíndrico con un pistón interno que se desplaza hacia arriba y hacia abajo dentro del cilindro. La posición normalmente se controla con un tornillo en la parte superior del dispositivo, o alternativamente, el propio cilindro forma un tornillo que lleva el pistón hacia arriba y hacia abajo mientras gira. A veces se las conocía como "máquinas de chicles" debido a su forma general. ^[8]

La señal que se va a probar se introduce a través de una guía de ondas en un lado del dispositivo, debajo del pistón, mientras que un detector de potencia de microondas se conecta a otra guía de ondas en el lado opuesto. A continuación, el usuario gira el control hasta que el voltaje de salida cae repentinamente. Esto ocurre cuando las dimensiones de la cavidad son un múltiplo exacto de la longitud de onda de microondas y comienza a resonar. Esto hace que parte de la señal se disipe en la cavidad, lo que reduce la salida. ^[8]

Un heterodino es una señal que se crea mediante la mezcla de otras dos señales. La salida es la diferencia de las dos señales, normalmente en una frecuencia muy diferente a la de las entradas. Un ejemplo sencillo de heterodino se utiliza para afinar pianos : se utiliza un diapasón para producir una frecuencia conocida y, a continuación, se fija la tecla correspondiente del piano. Las dos señales se mezclan y se puede oír un "whaa-whaa" o "golpe" audible a una frecuencia mucho más baja, a menudo unos pocos hercios. A continuación, se ajusta la cuerda del piano hasta que el golpe desaparece, lo que significa que las dos frecuencias son (casi) iguales.

El mismo sistema se puede utilizar para medir una frecuencia de radio desconocida. En este caso, el diapasón se sustituye por un pequeño transmisor de radio, el oscilador local (LO), sintonizado a una frecuencia cercana a la que se va a medir. Mientras estén relativamente cerca, la señal heterodina resultante será audible. El usuario puede entonces cambiar la frecuencia de su radio LO hasta que la señal audible desaparezca, de la misma manera que se afina un piano. La frecuencia desconocida es entonces igual a la de su LO, que normalmente se puede leer en el dial de sintonización. Alternativamente, la frecuencia de pulsación se puede introducir en uno de los medidores de frecuencia anteriores, lo que permite un ajuste preciso del sintonizador examinando el movimiento del dial.

• Receptor de lengüeta

• Bakshi, Uday; Bakshi, Ajay; Bakshi, Kshiteeja (2008). Mediciones eléctricas e instrumentos de medición. Publicaciones técnicas. ISBN 9788184314380.
• "El medidor de frecuencia HP 536A" (PDF) . Departamento de Física, Universidad de Toronto .