第七章频率和时间测量及仪器

•N
闸门开启期间十进制计数器的计数脉冲个数
•fx
•被测信号的频率
•T
•晶振信号周期
s
•Kຫໍສະໝຸດ Baidu
•分频次数
f
•
•为了使N值能直接表示fx：
•TX=1S •TX=0.1S
•N=100，000 •N=10，000
• 1 0 0. 0 0 0 •KHZ • 1 0 0 .0 0 •KHZ
•小数点自动向右移一位
•
* 时间与频率的原始基准 •一、天文时标 •1、世界时: •（根据地球自转确定的时间计量系统
•零类世）界时（UT0）•准确度10-6量级
•第一世界时（UT1）
•第二世界时（UT2）•准确度10-9量 级
•2、平太阳时：•(根据太阳计量时间的计时系统)
•二、原子时标(AT)
•
•* 时频测量的特点
•1、测量精度高 •（最高10-14 ） •2、应用范围广 •（从百分之一赫兹到1012赫兹以上
第七章频率和时间测量 及仪器
2020年7月8日星期三
•了解测频的方法、电子计数器的组成、 技术指标，理解其工作原理，掌握其使 用方法。
•* 教学目的：
•* 教学重点： •通用电子计数器的组成、测量原理 、测量误差的来源及减小措施，通用 电子计数器的使用方法、扩频方法， 数字相位计的工作原理。
•
7.1 概述
） •3、自动化程度高 •4、测量速度快
•
•* 频率测量的方法
•谐振法
•模拟法 •数字法
•无源测频法 •（直读法）
•电桥法 •频率—电压变换法
•比较法
•拍频法 •差频法 •示波法
•电容充放电 法
•电子计数器法
•李沙育图形法 •测周期法
•
•7.1.1 无源测频法
•1、谐振法：
•被测信号经互感M与LC串联谐振回路 •进行松耦合，改变可变电容C,使回路发生 •串联谐振。谐振时回路电流达到最大。
•电子计数器测周原理方框图
•KfTX=NTs/m=N/mfs •TX=N/mKffs=NTs/mKf •N=mKfTx/TS
•
• 由上述得知，通用电子计数器无 论测频还是测周，其测量方法的依据是 ：
• 闸门时间等于计数脉冲周期与 闸门开启时通过的计数脉冲个数之 积。
•
•7.3.3 测量频率比
• 两个输入信号加到电子计数器输入端,如果信号a 的频率大于信号b的频率
•
•1 •脉冲形 •成电路
•2
•5
•闸门
•十进制 •计数器
•1
•4
•门控
•2
•电路
•3
•3
•时基信号发生器
•4
•5
•电子计数器测频原理方框图
•时基T
•工作波形图
•
•NTX=N/fx=KfTs •被测信号经过m次倍频
•fx=N/ KfTs
•N= KfTs fx
•NT m=N/mfx=KfTs •fx=N/ m KfTs •N= mKfTs fx
•ux
•脉冲形成 •A •单稳态多谐振荡器 •B •积分 •U0
•
•7.1.2 比较法
•1、拍频法： •将被测信号与标准信号经线性元件 直接进行叠加来实现频率的测量。 通常只用于音频的测量。
•fx •~ •fs •~
•v
•耳机
•示波器
•拍频法测频原理图
•
•2、差频法：
•利用非线性器件和标准信号对被测 信号进行差频变换来实现频率的测 量。适用于高频段的测量。
•fx •~
•混频 •滤波放大器
•fs •~
•差频法测频原理
•V
•耳机
•
•7.2 电子计数器
•7.2.1 分类
•1、通用电子计数器 •2、频率计数器 •3、计算计数器 •4、时间计数器 •5、特种计数器
•
•7.2.2 基本组成
•f
•输入单元
x
•主门
•十进制电子计数器
•石英 •振荡器
•门控电路 •时标信号
•取R1= R2=R，C1=C2=C，则由f= ω/2 π 得 fx=1/2πRC
•
•fx
•R C •fx= ωx/2 π =1/ 2 π R1 R2 C1 C2
•
•3、频率—电压变换法 ：
•频率—电压变换法测频就是先把频率信号变换为 •电压或电流信号，然后用带有频率刻度的电压表或
•电流表直接得出被测频率。
•7.3.4 测量累加计数
• 累加计数是指在限定时间内，对输入信号重 复次数进行累加。其测量原理与测量频率相似， 不过此时门控电路由人工控制。
•fA
•fA=1/TA •放大整 •型电路A
•闸门
•S •启动
•终止
•门控 •电路
•计数显示
•测量累加计数原理方框图
•逻辑控制单元
•分频器
•与门1
•与门2
•与门3 •与门4
•10/1 •10/1 •10/1
•10/1
•1KHZ
•10/1 •10/1 •10/1
•100HZ
•10HZ
•1HZ
•0.1s •1s
•1HZ
•10ms
•10s
•+12v
•频率计数器组成方框图
•
•7.2.3 技术指标
•1、测试功能 •3、输入特性 •5、闸门时间和时标 •7、输出
•7.3.2 测量周期
• 被测信号控制门控电路输出门控信号 控制闸门的启闭，晶振信号经倍频后形成 计数脉冲，作为闸门的输入信号。
• 在未知的待测时间间隔内累计已知的标准时间脉冲 个数，实现周期的测量。
•
•fs=1/Ts
•晶振
•
倍频器（m）
•Ts/m
•闸门
•计数显示
•TX
•放大整 •TX• 分频器 •K•f TX •门控电路 •型电路 •（1/Kf）
•fx •~
•M •L •C
•v
•fx=f0=1/ 2π LC
•fx
•谐振法测频原理
•c
•
• 2、电桥法：
•平衡条件与频率有关的电桥都可以用来测量 •频率，电桥的频率特性应尽可能尖锐。常用的电
•桥有：文氏电桥、谐振电桥、双T电桥。
•fx •~
•C1
•R3
•R
1
•R2
•R4
•C2
•(R1+1/jωxc1)R4=R2/(1+j ωxc2 R2)R3
•2、测量范围 •4、测量准确度 •6、显示及工作方式
•
•7.3 通用电子计数器
•7.3.1 测量频率 • 被测信号经过放大整形，转变为
计数脉冲，作为闸门的输入信号。门 控电路输出的门控信号控制闸门的启 闭。在闸门开启期间计数电路对脉冲 进行计数。
• 在已知的标准时间内累计未知的待测输入信号的脉 冲的个数，实现频率的测量。
•则 ：
•信号b经B通道输入，对闸门进行控制；
信号a则经A通道输入，形成计数脉冲，
作为闸门的输入信号。
•
•fA
•fA=1/TA •放大整 •型电路A
•闸门
•计数显示
•fB
•放大整 •型电路B
•TB=1/fB •门控电路
•测量频率比原理框图
•Kf TB=N TA/m •fA/ fB=N/(mKf)
•