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Frequenzzähler

Ein Frequenzzähler (zutreffender oft auch als Zähl-Frequenzmesser bezeichnet) ist ein elektronisches Messgerät, das die Grund-Frequenz des Wechselanteils einer elektrischen Spannung bestimmt.

Eine einfache Form von Frequenzzählern misst eine Frequenz dadurch, dass die Anzahl der Schwingungsperioden bzw. Impulse während eines definierten Zeitraumes – der so genannten Torzeit – gezählt werden.

Die Torzeit wird dazu so gewählt, dass der Zählerstand unmittelbar – nur ergänzt um Kommastellung und Einheit – als Messwert angezeigt werden kann. Dieser ist stets ein arithmetischer Mittelwert über die Dauer der Torzeit; Frequenzänderungen während dieser Zeit oder das Vorliegen eines nichtperiodischen Ereignisses werden nicht erkannt.

Häufig haben diese Messgeräte zusätzliche Funktionen wie eine hoch auflösende Zeitmessung. Sie werden dann als Universalzähler bezeichnet.

Wegen des sehr großen Umfangs möglicher Messbereiche und wegen der geringen Fehlergrenzen wird die Frequenzzählung heute der analogen Frequenzmessung vorgezogen. Meistens wird das Ergebnis in der Einheit Hz (pro Sekunde) angezeigt.

Zählschaltung mit Zusatzeinrichtungen, aber ohne Eingangsstufe und Zeitbasis

Ein konventioneller Frequenzzähler besteht aus folgenden Teilen:

  • Eingangsstufe und Trigger: Das zu zählende Signal wird ggf. verstärkt und in eine Abfolge von Rechteckimpulsen umgewandelt. Zähler für sehr hohe Frequenzen (über ca. 100 MHz) besitzen zusätzlich vorgeschaltete schnelle Frequenzteiler (Vorteiler).
  • Torschaltung: Das Rechtecksignal wird in einer UND-Schaltung mit dem Torsignal verknüpft.
  • Zählerkette: Ein digitaler dekadischer Ereigniszähler zählt die Anzahl der Impulse, die von der Torschaltung kommen. Je nach Anforderung an die Auflösung umfasst der Zähler meistens 4 bis 8 Dekaden.
  • Anzeige (Display): Der Zählerstand wird in Ziffernform angezeigt. Meistens besitzt die Anzeige einen Speicher, so dass der vorige Zählerstand so lange angezeigt wird, bis der nächste Messwert ermittelt ist.
  • Zeitbasis: Die Torzeit (umschaltbar in Schritten einer Zehnerpotenz, z. B. 0,01 s, 0,1 s, 1,0 s, 10 s) wird durch einen präzisen Quarzoszillator mit nachfolgendem, umschaltbarem Frequenzteiler erzeugt.
  • Ablaufsteuerung: Durch eine Steuerelektronik werden folgende Aktionen nacheinander durchgeführt:
  1. Zählerkette auf null stellen (Reset);
  2. Tor für die durch die Zeitbasis bestimmte Dauer öffnen und dann wieder schließen; während dieser Zeit Impulse zählen;
  3. Zählerinhalt in den Anzeigespeicher übernehmen.

Je höher der Zählerstand wird, desto genauer ist die Messung, desto länger dauert sie aber auch. Die Torzeit sollte zur Erzielung einer geringen relativen Quantisierungsabweichung bzw. hohen Auflösung so gewählt werden, dass die führende Ziffer größer null wird, aber nicht überläuft.

Bei langsamen Vorgängen wird vielfach statt der Frequenz deren Periodendauer gemessen und daraus die Frequenz als Kehrwert berechnet. Die Torzeit wird aus einer Anzahl von Perioden der unbekannten Frequenz gebildet. Die Anzahl ist vorzugsweise eine glatte Zehnerpotenz: 1, 10, 100 usw. Gezählt werden die Perioden des präzisen Quarzoszillators, die in die Torzeit passen.

Beispiel: Die Messung einer Frequenz von 50 Hz mit fünfstelliger Anzeige dauert 1000 s. Ein vom Quarzoszillator abgeleiteter Takt mit 1 MHz misst eine einzige 50-Hz-Periode fünfstellig mit einem Zählerstand 20.000 in 20 ms.

In einer Erweiterung dieses Prinzips wird jedes relevante Eingangsereignis mit einem relativen Zeitstempel versehen, wann das Ereignis eingetreten ist. Das Ergebnis ist ein Strom von Zeitstempeln, aus dem im Frequenzzähler weitere Messgrößen ausgerechnet werden können, neben der Periodendauer zum Beispiel Jitter oder statistische Daten. Die Zeitstempel werden von der Frequenzreferenz des Zählers abgeleitet.

Die Qualität eines Frequenzzählers wird auch durch seine analoge Eingangsstufe bestimmt. Aufgabe der Eingangsstufe ist es, ein schwaches Eingangssignal zu verstärken, ein starkes Eingangssignal abzuschwächen, das Triggerniveau für Ereignisse zu bestimmen, Störungen auszufiltern und eine konstante Eingangsimpedanz für die Signalquelle darzustellen.

Einfache Zähler besitzen keine analoge Eingangsstufe, sondern erwarten ein Rechteck-Eingangssignal in einem Logikpegel.

Die Fehlergrenze eines Frequenzzählers hängt von der Fehlergrenze der Zeitbasis, vom Fehler der Torschaltung (Schaltzeit), vom Fehler der Triggerschaltung und von der Anzahl der signifikanten Stellen ab. Typisch sind Werte von 10 bis 0,1 ppm. Zur Erhöhung der Genauigkeit kann manchmal eine externe Zeitbasis (hochgenaue Frequenz aus einem Quarzofen, DCF77 oder GPS-synchronisierten Oszillator) angeschlossen werden. Darüber hinaus sind Fehlmessungen bei der Frequenzmessung von Frequenzgemischen (nicht spektralreine Signale, Klänge usw.) möglich je nach Einstellung der Triggerschaltung.

Messung der Frequenz von elektrischen Signalen (Netzfrequenz, Niederfrequenz, Hochfrequenz von Oszillatoren und Funksendern). Zusammen mit Sensoren können auch die Frequenzen von mechanischen Schwingungen, Drehzahlen, Zeitspannen oder anderen physikalischen Vorgängen gemessen werden.

Frequenzzähler lassen sich häufig auch als Impuls- bzw. Ereigniszähler betreiben. Das Zähltor ist dann ständig offen und der aktuelle Zählerstand wird angezeigt.

Eine Sonderform des Frequenzzählers ist das elektronische Stimmgerät zum Stimmen von Musikinstrumenten. Diese Geräte besitzen ein eingebautes Mikrofon und rechnen die Frequenz in Tonhöhen um (z. B. Mikrotuner).

Digitale Vielfachmessgeräte (Tisch- und Handgeräte) und digitale Oszilloskope sind häufig mit einem Zählfrequenzmesser ausgerüstet und zeigen die Frequenz einer anliegenden Wechselspannung oder periodischen Impulsfolge mit an.

  • Agilent AN200: "Fundamentals of electronic frequency counters" [1] (PDF; 226 kB)

Frequenzzähler
frequenzzähler, messgerät, grund, frequenz, wechselanteils, einer, elektrischen, spannung, bestimmt, sprache, beobachten, bearbeiten, zutreffender, auch, zähl, frequenzmesser, bezeichnet, elektronisches, messgerät, grund, frequenz, wechselanteils, einer, elekt. Frequenzzahler Messgerat das die Grund Frequenz des Wechselanteils einer elektrischen Spannung bestimmt Sprache Beobachten Bearbeiten Ein Frequenzzahler zutreffender oft auch als Zahl Frequenzmesser bezeichnet ist ein elektronisches Messgerat das die Grund Frequenz des Wechselanteils einer elektrischen Spannung bestimmt Frequenzzahler oben mit vorgeschaltetem Funktionsgenerator unten Inhaltsverzeichnis 1 Frequenzmessung mit Torzeit 2 Frequenzmessung durch Zeitmessung 3 Analoge Eingangsstufe 4 Genauigkeit 5 Anwendung 6 Siehe auch 7 WeblinksFrequenzmessung mit Torzeit BearbeitenEine einfache Form von Frequenzzahlern misst eine Frequenz dadurch dass die Anzahl der Schwingungsperioden bzw Impulse wahrend eines definierten Zeitraumes der so genannten Torzeit gezahlt werden Die Torzeit wird dazu so gewahlt dass der Zahlerstand unmittelbar nur erganzt um Kommastellung und Einheit als Messwert angezeigt werden kann Dieser ist stets ein arithmetischer Mittelwert uber die Dauer der Torzeit Frequenzanderungen wahrend dieser Zeit oder das Vorliegen eines nichtperiodischen Ereignisses werden nicht erkannt Haufig haben diese Messgerate zusatzliche Funktionen wie eine hoch auflosende Zeitmessung Sie werden dann als Universalzahler bezeichnet Wegen des sehr grossen Umfangs moglicher Messbereiche und wegen der geringen Fehlergrenzen wird die Frequenzzahlung heute der analogen Frequenzmessung vorgezogen Meistens wird das Ergebnis in der Einheit Hz pro Sekunde angezeigt Zahlschaltung mit Zusatzeinrichtungen aber ohne Eingangsstufe und Zeitbasis Ein konventioneller Frequenzzahler besteht aus folgenden Teilen Eingangsstufe und Trigger Das zu zahlende Signal wird ggf verstarkt und in eine Abfolge von Rechteckimpulsen umgewandelt Zahler fur sehr hohe Frequenzen uber ca 100 MHz besitzen zusatzlich vorgeschaltete schnelle Frequenzteiler Vorteiler Torschaltung Das Rechtecksignal wird in einer UND Schaltung mit dem Torsignal verknupft Zahlerkette Ein digitaler dekadischer Ereigniszahler zahlt die Anzahl der Impulse die von der Torschaltung kommen Je nach Anforderung an die Auflosung umfasst der Zahler meistens 4 bis 8 Dekaden Anzeige Display Der Zahlerstand wird in Ziffernform angezeigt Meistens besitzt die Anzeige einen Speicher so dass der vorige Zahlerstand so lange angezeigt wird bis der nachste Messwert ermittelt ist Zeitbasis Die Torzeit umschaltbar in Schritten einer Zehnerpotenz z B 0 01 s 0 1 s 1 0 s 10 s wird durch einen prazisen Quarzoszillator mit nachfolgendem umschaltbarem Frequenzteiler erzeugt Ablaufsteuerung Durch eine Steuerelektronik werden folgende Aktionen nacheinander durchgefuhrt Zahlerkette auf null stellen Reset Tor fur die durch die Zeitbasis bestimmte Dauer offnen und dann wieder schliessen wahrend dieser Zeit Impulse zahlen Zahlerinhalt in den Anzeigespeicher ubernehmen Je hoher der Zahlerstand wird desto genauer ist die Messung desto langer dauert sie aber auch Die Torzeit sollte zur Erzielung einer geringen relativen Quantisierungsabweichung bzw hohen Auflosung so gewahlt werden dass die fuhrende Ziffer grosser null wird aber nicht uberlauft Frequenzmessung durch Zeitmessung BearbeitenBei langsamen Vorgangen wird vielfach statt der Frequenz deren Periodendauer gemessen und daraus die Frequenz als Kehrwert berechnet Die Torzeit wird aus einer Anzahl von Perioden der unbekannten Frequenz gebildet Die Anzahl ist vorzugsweise eine glatte Zehnerpotenz 1 10 100 usw Gezahlt werden die Perioden des prazisen Quarzoszillators die in die Torzeit passen Beispiel Die Messung einer Frequenz von 50 Hz mit funfstelliger Anzeige dauert 1000 s Ein vom Quarzoszillator abgeleiteter Takt mit 1 MHz misst eine einzige 50 Hz Periode funfstellig mit einem Zahlerstand 20 000 in 20 ms In einer Erweiterung dieses Prinzips wird jedes relevante Eingangsereignis mit einem relativen Zeitstempel versehen wann das Ereignis eingetreten ist Das Ergebnis ist ein Strom von Zeitstempeln aus dem im Frequenzzahler weitere Messgrossen ausgerechnet werden konnen neben der Periodendauer zum Beispiel Jitter oder statistische Daten Die Zeitstempel werden von der Frequenzreferenz des Zahlers abgeleitet Analoge Eingangsstufe BearbeitenDie Qualitat eines Frequenzzahlers wird auch durch seine analoge Eingangsstufe bestimmt Aufgabe der Eingangsstufe ist es ein schwaches Eingangssignal zu verstarken ein starkes Eingangssignal abzuschwachen das Triggerniveau fur Ereignisse zu bestimmen Storungen auszufiltern und eine konstante Eingangsimpedanz fur die Signalquelle darzustellen Einfache Zahler besitzen keine analoge Eingangsstufe sondern erwarten ein Rechteck Eingangssignal in einem Logikpegel Genauigkeit BearbeitenDie Fehlergrenze eines Frequenzzahlers hangt von der Fehlergrenze der Zeitbasis vom Fehler der Torschaltung Schaltzeit vom Fehler der Triggerschaltung und von der Anzahl der signifikanten Stellen ab Typisch sind Werte von 10 bis 0 1 ppm Zur Erhohung der Genauigkeit kann manchmal eine externe Zeitbasis hochgenaue Frequenz aus einem Quarzofen DCF77 oder GPS synchronisierten Oszillator angeschlossen werden Daruber hinaus sind Fehlmessungen bei der Frequenzmessung von Frequenzgemischen nicht spektralreine Signale Klange usw moglich je nach Einstellung der Triggerschaltung Anwendung BearbeitenMessung der Frequenz von elektrischen Signalen Netzfrequenz Niederfrequenz Hochfrequenz von Oszillatoren und Funksendern Zusammen mit Sensoren konnen auch die Frequenzen von mechanischen Schwingungen Drehzahlen Zeitspannen oder anderen physikalischen Vorgangen gemessen werden Frequenzzahler lassen sich haufig auch als Impuls bzw Ereigniszahler betreiben Das Zahltor ist dann standig offen und der aktuelle Zahlerstand wird angezeigt Eine Sonderform des Frequenzzahlers ist das elektronische Stimmgerat zum Stimmen von Musikinstrumenten Diese Gerate besitzen ein eingebautes Mikrofon und rechnen die Frequenz in Tonhohen um z B Mikrotuner Digitale Vielfachmessgerate Tisch und Handgerate und digitale Oszilloskope sind haufig mit einem Zahlfrequenzmesser ausgerustet und zeigen die Frequenz einer anliegenden Wechselspannung oder periodischen Impulsfolge mit an Siehe auch BearbeitenDigitale Messtechnik ZahlerWeblinks BearbeitenAgilent AN200 Fundamentals of electronic frequency counters 1 PDF 226 kB Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Frequenzzahler amp oldid 174902583, wikipedia, wiki, deutsches

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