第七章频率和时间测量及仪器

*教学目的：*教学重点：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。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*时间与频率的原始基准一、天文时标1、世界时:2、平太阳时：二、原子时标(AT)第一世界时（UT1）第二世界时（UT2）零类世界时（UT0）准确度10-6量级准确度10-9量级(根据太阳计量时间的计时系统)（根据地球自转确定的时间计量系统）*时频测量的特点2、应用范围广3、自动化程度高4、测量速度快1、测量精度高（最高10-14）（从百分之一赫兹到1012赫兹以上）*频率测量的方法模拟法无源测频法（直读法）比较法谐振法电桥法频率—电压变换法拍频法差频法示波法数字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。fx=f0=1/2πLCcfx~vfxML谐振法测频原理C2、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。(R1+1/jωxc1)R4=R2/(1+jωxc2R2)R3取R1=R2=R，C1=C2=C，则由f=ω/2π得fx=1/2πRC~R3R4C1R1R2C2fxRCfxfx=ωx/2π=1/2πR1R2C1C23、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U07.1.2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。~~v耳机示波器fxfs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。耳机~~混频滤波放大器V差频法测频原理fsfx7.2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+12v1HZ与门4输入单元主门十进制电子计数器fx门控电路逻辑控制单元10/110/110/110/110ms0.1s1s10s1KHZ100HZ10HZ与门1与门2与门3时标信号10/110/110/1石英振荡器分频器频率计数器组成方框图1HZ7.2.3技术指标1、测试功能2、测量范围3、输入特性4、测量准确度5、闸门时间和时标6、显示及工作方式7、输出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。脉冲形成电路闸门门控电路时基信号发生器12345十进制计数器电子计数器测频原理方框图时基T工作波形图12345NTX=N/fx=KfTsfx=N/KfTsN=KfTsfxNTm=N/mfx=KfTsfx=N/mKfTsN=mKfTsfx被测信号经过m次倍频N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fxTsKf为了使N值能直接表示fx：TX=1SN=100，000100.000KHZN=10，000TX=0.1S100.00KHZ小数点自动向右移一位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。KfTX=NTs/m=N/mfsTX=N/mKffs=NTs/mKfN=mKfTx/TS晶振倍频器（m）闸门计数显示fs=1/TsTs/m放大整型电路分频器（1/Kf）TXTXKfTX门控电路电子计数器测周原理方框图由上述得知，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。KfTB=NTA/mfA/fB=N/(mKf)闸门计数显示fA=1/TA放大整型电路BTB=1/fB门控电路fA放大整型电路AfB测量频率比原理框图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。闸门计数显示fA=1/TA门控电路fA放大整型电路AS启动终止测量累加计数原理方框图7.3.5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/m2、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%。=NTS/mTB晶振倍频器（m）闸门计数显示TsTs/m触发器1TA触发器2S1单独公共起始触发器终止触发器门控电路测量时间间隔原理框图7.3.6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。NTS/m=KfTsN=mKf晶振倍频器（m）闸门计数显示fs=1/TsTs/m分频器（1/Kf）TSKfTs门控电路自检原理框图总结：*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