ما هو عداد التردد الرقمي وعمله Digital Frequency Meter

يمكن تمثيل الإشارة الكهربائية في شكل موجة جيبية، حيث يكون لكل موجة حافة موجبة وحافة سالبة والمعلمات الأساسية لقياس قوة الموجة هي السعة والتردد، حيث تُعد السعة هي أقصى اهتزاز قادم  من موضع توازن لموجة جيبية ويكون التردد هو مقلوب الفترة الزمنية.

ما هو مقياس التردد الرقمي Digital Frequency Meter؟

مقياس التردد الرقمي “Digital Frequency Meter”: هو أداة إلكترونية يمكنها قياس حتى القيمة الأصغر للتردد حتى “3 أرقام عشرية” من الموجة الجيبية وعرضها على شاشة العداد، كما يقوم بحساب التردد بشكل دوري ويمكنه القياس في نطاق الترددات بين “104 هرتز” إلى “109 هرتز”، حيث يعتمد المفهوم بأكمله على تحويل الجهد الجيبي إلى نبضات مستمرة أي “01 ثوانٍ” و”1.0 ثوانٍ” و”10 ثوانٍ” على طول اتجاه واحد.

كما يُعد مقياس التردد الرقمي هو أداة للأهداف العامة تظهر تردد إشارة كهربائية دورية بدقة تصل إلى ثلاث منازل عشرية، كما يجد عدد الأحداث التي تكون داخل التذبذبات خلال فترة زمنية معينة، ومع اكتمال فترة الضبط المسبق يتم إعادة تعيين القيمة في شاشة العداد على الشاشة والعداد إلى الصفر، فهناك أنواع مختلفة من الأدوات التي تعمل بتردد ثابت أو متغير.

ولكن إذا تم تشغيل أي مقياس تردد بترددات مختلفة عن النطاق المحدد، فقد يتم تنفيذه بشكل غير طبيعي، ولقياس الترددات المنخفضة عادةً ما يتم استعمال عدادات من نوع الانحراف، وكما يدل انحراف المؤشر على مقياس التغيير في التردد، أمّا أدوات نوع الانحراف من نوعين، حيث أحدهما عبارة عن دوائر رنين كهربائي، والآخر مقياس نسبة.

كما يمكن قياس التردد باعتماد أنواع مختلفة من عدادات التردد؛ مثل نوع الانحراف الذي يمكنه قياس التردد في نطاق الترددات المنخفضة إلى “900 هرتز”، ومقياس تردد “Weston” الذي لا يكون عادةً من نمط الانحراف، ويمكنه قياس التردد في النطاق من “10 هرتز ” إلى “100 هرتز”، والتقدم مقياس التردد المسمى مقياس التردد الرقمي، والذي يمكنه قياس القيمة التقريبية للتردد في شكل رقم ثنائي حتى “3 أرقام عشرية”، وكذلك يعرض على العداد، وميزة هذه الأنواع من أجهزة قياس التردد هي أنّها يمكن أن تقيس القيمة المنخفضة للتردد.

ما هو مبدأ التشغيل لمقياس التردد الرقمي؟

يحتوي مقياس التردد على جهاز صغير يحول الجهد الجيبي للتردد إلى قطار من النبضات أحادية الاتجاه وتردد إشارة الإدخال هو العدد المعروض، بمتوسط ​​فترة عد مناسبة من “0.1 ثوانٍ” أو “1.0 ثوانٍ” أو “10 ثوانٍ”، وهذه الفترات الثلاث تكرر نفسها بالتتابع، وعند إعادة تعيين وحدات العد الحلقي تمر هذه النبضات عبر بوابة قاعدة الوقت ثم تدخل في البوابة الرئيسية، والتي تفتح لفترة زمنية معينة.

تمنع بوابة القاعدة الزمنية نبضة الحاجز من فتح البوابة الرئيسية أثناء الفاصل الزمني للعرض، كما تعمل البوابة الرئيسية كمفتاح عندما تكون البوابة مفتوحة، ويسمح للنبضة بالمرور، أمّا عند إغلاق البوابة لا يُسمح للنبضات بالمرور ممّا يعني إعاقة تدفق النبضات، حيث يتم تشغيل البوابة بواسطة قلاب البوابة الرئيسية، أمّا عداد إلكتروني عند ناتج البوابة يحسب عدد النبضات التي مرت عبر البوابة أثناء فتحها.

عندما تتلقى البوابة الرئيسية “flip-flop” نبضة الحاجز التالية، تنتهي فترة العد، ويتم إغلاق نبضات الحاجز، كما يتم عرض القيمة الناتجة على شاشة العرض التي تحتوي على وحدات عد الحلقة لدوائر بمقياس العشر، وكل وحدة تقترن بمؤشر رقمي يوفر العرض الرقمي، حيث عند تشغيل مولد النبض لإعادة الضبط، تتم إعادة تعيين عدادات الحلقة تلقائياً ويبدأ نفس الإجراء مرة أخرى.

كما يتراوح نطاق مقياس التردد الرقمي الحديث من 10⁴ هيرتز إلى 10⁹ هرتز، كما تتراوح احتمالية الخطأ النسبي في القياس بين 10^-9 هيرتز إلى 10^-11 هرتز وحساسية 10^-2 فولت.

كيفية بناء عداد التردد الرقمي:

المكونات الرئيسية لمقياس التردد الرقمي هي:

• مصدر تردد غير معروف، حيث يستخدم لقياس القيمة غير المعروفة لتردد إشارة الإدخال.

• مكبر الصوت، حيث يقوم بتضخيم الإشارات منخفضة المستوى إلى إشارات عالية المستوى.

• “Schmitt Trigger”، حيث أنّ الغرض الرئيسي من مشغل “Schmitt” هو تحويل الإشارة التماثلية إلى إشارة رقمية في شكل قطار نبضي، ويُعرف أيضاً باسم “ADC” ويعمل بشكل أساسي كدائرة مقارنة.

• والبوابة، حيث يتم الحصول على المخرجات الناتجة من “AND gate” فقط عند وجود المدخلات عند البوابة، كما يتم توصيل أحد طرفي البوابة “AND” بمخرج “Schmitt Trigger”، ويتم توصيل طرف آخر بقلب.

• العداد، حيث يعمل على أساس فترة الساعة التي تبدأ من “0”، حيث يتم أخذ مدخل واحد من ناتج بوابة “AND”، كما يتم إنشاء العداد من خلال العديد من الدوائر المتتالية.

• المذبذب البلوري، وعندما يُعطى التيار المستمر لمذبذب بلوري أي تردد “1 ميجاهرتز”؛ فإنّه يولد موجة جيبية.

• المحدد المعتمد على الوقت، حيث اعتماداً على المرجع، يمكن تبديل الفترة الزمنية للإشارات كما يتكون من مذبذب على مدار الساعة يعطي قيمة دقيقة، كما يُوفر ناتج مذبذب الساعة كمدخل لمشغل “Schmidt” الذي يحول الموجة الجيبية إلى سلسلة من الموجة المربعة من نفس التردد، حيث يتم إرسال هذه النبضات المستمرة إلى عقد مقسم التردد الذي يكون في سلسلة متصلة واحداً تلو الآخر، وحيث يتكون كل عقد فاصل من عقد عداد ويتم تقسيم التردد على “10”، كما يقدم كل مقسم تردد لعقد مخرجات خاصة باستخدام مفتاح محدد.

• دائرة “Flip Flop”، حيث يوفر إنتاجاً بناءً على المدخلات.

ملاحظة:“ADC” هي اختصار لـ “Analog to Digital Converter”.

مبدأ عمل عداد التردد الرقمي:

عندما يتم تطبيق إشارة تردد غير معروفة على العداد، فإنّها تنتقل إلى مكبر للصوت مما يضخم الإشارة الضعيفة، كما يتم تطبيق الإشارة المضخمة على مشغل “Schmitt” الذي يمكنه تحويل الإشارة الجيبية المدخلة إلى موجة مربعة، وينتج المذبذب أيضاً موجات جيبية على فترات زمنية دورية، والتي يتم تغذيتها على مشغل “شميت”، حيث يحول هذا الزناد موجة “sin” إلى موجة مربعة، والتي تكون على شكل نبضات مستمرة، حيث تساوي نبضة واحدة قيمة موجبة وأخرى سلبية لدورة إشارة واحدة.

يتم إعطاء النبضة الأولى التي يتم إنشاؤها كمدخلات إلى بوابة التحكم في الوجه بالتحكم في وضع التشغيل والبوابة، والناتج من هذه القيمة العشرية لعدد البوابة “AND”، وبالمثل عندما تصل النبضة الثانية يتم فصل البوابة والبوابة، وعندما تصل النبضة الثالثة يتم تفعيل البوابة “AND” ويتم إظهار النبضات المستمرة المقابلة لفاصل زمني محدد وهي القيمة العشرية على شاشة العداد.

معادلة عداد التردد الرقمي:

يمكن حساب تردد الإشارة غير المعروفة بالصيغة التالية:

F = N / t

حيث أنّ “F” هي تردد الإشارة غير المعروفة، و”N” هي عدد القيم التي يعرضها العداد، أمّا “t” هو الفاصل الزمني بين بداية وتوقف البوابة.

مزايا عداد التردد الرقمي:

• استجابة تردد جيدة.

• حساسية عالية.

• تكلفة الإنتاج منخفضة.

عيوب عداد التردد الرقمي:

• لا تقيس القيمة الدقيقة.

تطبيقات مقياس التردد الرقمي:

• يمكن اختبار المعدات مثل الراديو باستخدام مقياس تردد رقمي.

• يمكنه قياس المعلمات مثل الضغط والقوة والاهتزازات وما إلى ذلك.