频率和时间测量及仪器

1
脉冲形 成电路
2
闸门
4 门控 电路
5
十进制 计数器
1
2 3
时基T
3
时基信号发生器
4 5 电子计数器测频原理方框图
工作波形图
NTX=N/fx=KfTs fx=N/ KfTs 被测信号经过m次倍频
NT m=N/mfx=KfTs
fx=N/ m KfTs N= mKfTs fx
N= KfTs fx
N
fx Ts Kf
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。
4.3.3 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
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
放大整 型电路B TB=1/fB
fs=1/Ts 晶振 TS 倍频器（m） 分频器 （1/Kf）
Ts/m
Байду номын сангаас
闸门
计数显示
Kf Ts
门控电路
自检原理框图
NTS/m=KfTs
N=mKf
总结：
*频率和时间测量概述
*电子计数器概述 *通用电子计数器的应用
4.1 概述 * 基本概念
1、时间有两个含义：
“时刻”：即某个事件何时发生； “时间间隔”：即某个时间相对于某一时刻持续了多久。
2、频率的定义：周期信号在单位时间（1s）内的变化次数（周期数）
如果在一定时间间隔T内周期信号重复变化了N次，则频率可表达为： f＝N/T 3、时间与频率的关系：可以互相转换。
闸门开启期间十进制计数器的计数脉冲个数
被测信号的频率 晶振信号周期 分频次数
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
1 0 0 .0 0
KHZ
KHZ
小数点自动向右移一位
4.3.2 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。
fx
输入单元 主门
十进制电子计数器
门控电路 时标信号
逻辑控制单元
与门1 分频器 石英 振荡器
与门2
与门3
与门4
10/1
10/1
10/1
10/1
1KHZ
10/1
100HZ
10/1
10HZ
10/1
1HZ 1HZ
0.1s 10ms
1s 10s
+12v
频率计数器组成方框图
4.2.3 技术指标
1、测试功能 2、测量范围
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
~
R3 R4 R2
C1
R1
C2
(R1+1/jωxc1)R4=R2/(1+j ωxc2 R2)R3 取R1= R2=R，C1=C2=C，则由f= ω/2 π 得 fx=1/2πRC
3、输入特性
4、测量准确度
5、闸门时间和时标 7、输出
6、显示及工作方式
4.3
通用电子计数器
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。
4.3.1 测量频率
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。
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
放大整 型电路
倍频器（m）
TX 分频器 （1/Kf）
Ts/m
闸门
计数显示
TX
Kf TX
门控电路
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
计数显示
fB
门控电路
测量频率比原理框图
Kf TB=N TA/m fA/ fB=N/(mKf)
4.3.4 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 S
启动 终止
闸门
计数显示
门控 电路
=NTS/m
晶振
TA 单独 S1 TB
Ts
倍频 器（m）
触发器1
Ts/m
闸门
起始 触发器 终止 触发器
计数显示
公共 触发器2
门 控 电 路
测量时间间隔原理框图
4.3.6 自检
自检过程与测量频率原理相似，不过自检的计数脉冲与门控 信号均为晶振信号经倍频和分频后产生的时标和时基信号。原理 上不存在量化误差。
fx
RC
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。
ux
脉冲形成
A
单稳态多谐振荡器
B
积分
U0
4.1.2 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。
* 频率测量的方法 无源测频法
谐振法 电桥法 频率—电压变换法 拍频法
（直读法）
模拟法
比较法
差频法 示波法 李沙育图形法
电容充放电法 数字法
测周期法
电子计数器法
4.1.1 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。 M fx ~ L C v fx=f0=1/ 2π LC fx
示波器
fx
~
fs
~
耳机
v
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
fs
滤波放大器
~
差频法测频原理
V
耳机
4.2
电子计数器
4.2.1 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
4.2.2 基本组成
测量累加计数原理方框图
4.3.5 测量时间间隔
控制闸门启闭的是两个（或单个）输入信号在不同点产生的 触发脉冲。触发器的触发电平与触发极性选择开关决定触发脉冲 的产生。 1、两个输入信号时，S1处于“单独”位置；起始脉冲TA， 终止脉冲TB在正极性，50%电平处产生 。
TAB=NTS/m 2、一个输入信号时， S1处于“公共”位置；起始脉冲在 正极性触发，终止脉冲在负极性触发，触发电平均为50%。