В радиолюбительской практике широкое применение нашли так называемые конденсаторные частотомеры, принцип работы которых основан на определении среднего значения тока, возникающего при заряде и разряде эталонного конденсатора, который перезаряжается под воздействием переменного или пульсирующего напряжения.
Принцип измерения частоты с использованием этого метода демонстрируется схемой и графиком, представленными на рисунке 18. Когда переключатель SA находится в положении, указанном на схеме, конденсатор C моментально заряжается до уровня напряжения источника питания GB. При переключении подвижного контакта в другое положение заряженный конденсатор разряжается через микроамперметр и резистор Rогр. Этот резистор служит для ограничения тока в цепи разряда до значения, безопасного для микроамперметра. При регулярном и достаточно быстром переключении подвижного контакта из одного положения в другое, эталонный конденсатор будет циклически заряжаться от батареи и разряжаться через микроамперметр с той же частотой.
Чем выше частота этих переключений, тем менее заметны колебания стрелки измерительного прибора, и она показывает среднее значение тока 1ср, проходящего через него (на графике рисунка 18,б это значение обозначено штриховкой).
На рисунке 19 представлена схема упрощенного варианта конденсаторного частотомера. В нем p-n-p транзистор VT, функционирующий в режиме переключения (как электронный ключ), выполняет роль переключателя, который автоматически, с частотой f* измеряемого переменного напряжения, подключает эталонный конденсатор Собр либо к источнику питания частотомера – батарее GB, либо к микроамперметру РА.
Поскольку начальное напряжение смещения на базу транзистора отсутствует, в исходном состоянии транзистор закрыт, и ток в его коллекторной цепи практически отсутствует. Во время отрицательных полуволн переменного напряжения измеряемой частоты fx транзистор открывается. В этот момент сопротивление участка эмиттер-коллектор транзистора стремится к нулю, и эталонный конденсатор через диод VD1 подключается к источнику питания и заряжается до его напряжения. Во время положительных полуволн входного напряжения транзистор закрывается. В эти промежутки времени сопротивление участка эмиттер-коллектор становится высоким, и эталонный конденсатор разряжается через диод VD2, микроамперметр РА и резистор R2. Микроамперметр показывает средний ток импульсов разряда эталонного конденсатора, проходящий через него. При увеличении частоты входного переменного напряжения (при неизменной емкости эталонного конденсатора) угол отклонения стрелки микроамперметра от нулевой отметки шкалы увеличивается.
С эталонным конденсатором емкостью 0,2 мкФ с помощью такого частотомера можно измерять частоту переменного или пульсирующего тока в диапазоне примерно от 20 до 200 Гц. Если использовать конденсатор с емкостью в 10 раз меньшей (0,02 мкФ), то диапазон измеряемых частот составит от 200 до 2000 Гц, а с конденсатором, емкость которого в 100 раз меньше (2000 пФ), – от 2 до 20 кГц. Таким образом, для измерения частоты сигналов звукового диапазона необходимо дополнить прибор трехпозиционным переключателем, который позволит подключать в зарядную цепь эталонные конденсаторы с соответствующей емкостью.
Конденсаторный метод измерения частоты также реализован в частотомере, входящем в состав описываемой нами радиолюбительской лаборатории.