时间频率测量69887PPT学习教案

1、会计学1 时间频率测量时间频率测量69887 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。 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： 第1页/共119页 第2页/共119页 差频法 拍频法 示波法 电桥法 谐振法 比较法 直读法 李沙育图形法 测周期法 模拟法 频率测量方法 数字法 电容充放电法 电子计数器法 第3页/共119页 第4页/共119页 电子计数器概述电子计数器概述 第5页/共119页 第6页/共119页 7包括显示位数及显示方式等。 第7

2、页/共119页 第8页/共119页 第9页/共119页 第10页/共119页 转的季节性变化（影响自转速率） 作修正得到。准确度为3108。 n历书时（ET）：以地球绕太阳公转 为标准，即公转周期（1年）的31 556 925.9747分之一为1秒。参考 点为1900年1月1日0时（国际天文 学会定义）。准确度达1109。 于1960年第11届国际计量大会接受为“秒”的标准。 第11页/共119页 n-m 第12页/共119页 当于62万年1秒)，并仍在提高。 第13页/共119页 第14页/共119页 n 第15页/共119页 A AG GC C放放大大器器 温温度度控控制制 隔隔离离放放大

3、大器器 加加热热器器 传传感感器器 输输 出出 频频率率调调整整 晶晶体体电电路路 绝绝热热层层 第16页/共119页 第17页/共119页 第18页/共119页 第19页/共119页 0 1 2 x ff L C 0 1 2 x ff LC 第20页/共119页 R R3 3 R R4 4 R R1 1 R R2 2 C C1 1 C C2 2 f fx x 1 2 1 2 1 22 x x f RRCC x1 x2 j j C C 143 2 11 （R +）R （）R 1 R 第21页/共119页 312 214 RRC RCR 1x2 2x1 1 0RC RC 1212 1 22 x

4、x f R R C C 1 2 x f RC 第22页/共119页 xs fN f 第23页/共119页 第24页/共119页 与与 门门 T TA A T TB B T TA A T TB B A A B B C C 第25页/共119页 第26页/共119页 果）以数字方式显示出来。 n时基产生电路：产生机内时间、频 率测量的基准，即时间测量的时标 和频率测量的闸门信号。 n控制电路：控制协调整机工作，即 准备测量显示。 第27页/共119页 第28页/共119页 数字显示器 寄存器 十进制 计数器 A通道(放 大、整形) B通道(放 大、整形) 主 门 功能开关 闸门选择、周期倍乘 10

5、 10 10 10 10s(104) 1s(103 ) 100ms (102) 10ms(10) 1ms(1) 时标选择 1 2 3 4 5 33 2 1 1 2 4 4 5 时基部分 10 10 10 10 10 1ms 0.1ms 10us 1us 0.1us 10ns 控制时序电路 开门 锁存 复位 控制时序电路波形 第29页/共119页 第30页/共119页 序 号 计数端信号控制端信号测试功能计数结果 1内时钟（T0）内时钟（T）自检N=T/T0 2被测信号（fx）内时钟（T）测量频率（A）fxN/T 3内时钟（T0）被测周期（Tx）测量周期（B）TxNT0 4被测信号（fA）被测信

6、号（fB）测量频率比（A/B）fA/fB=N 5内时钟（T0）被测信号相应间隔 tB-C 测量时间间隔（A-B ） tB-C=NT0 6外输入（TA）被测信号相应间隔 tB-C 测量外控时间间隔B- C tB-C=NTA 7外待测信号（ Nx） 手控或遥控累加计数（A）NxN 8内时钟（秒信号 ） 手控或遥控计时 N（秒） 第31页/共119页 与与 门门 T TA A T TB B T TA A T TB B A A B B C C 第32页/共119页 第33页/共119页 第34页/共119页 第35页/共119页 第36页/共119页 准备期准备期 （ 复零，等待）复零，等待） 测量期

7、测量期 （开门，计数）（开门，计数） 显示期显示期 （关门，停止计数）（关门，停止计数） 第37页/共119页 T N f xs s N fNf T xs x s f .T T T N 第38页/共119页 T B 放 大 、 整放 大 、 整 形形 闸闸 门门 门控电路门控电路 计数计数 显示显示 A fx 分 频 电分 频 电 路路 时基时基Ts 第39页/共119页 BA AB Tf N Tf 第40页/共119页 1 0 A B fN f 10 10 BA AB Tf N Tf 第41页/共119页 0 x TNT 第42页/共119页 第43页/共119页 第44页/共119页 第4

8、5页/共119页 VB Vc 起起 始始 停停 止止 开 门 时开 门 时 间间 C (50% ) B (50% ) 起起 始始 停停 止止 开 门 时开 门 时 间间 VB Vc B(50%) C- (50%) (50%) B B + (50% ) C + (50%) (50%) C(90%) 闸 门 信闸 门 信 号号 关 门 信关 门 信 号号 开 门 信开 门 信 号号 B (10%) 第46页/共119页 2 21 tt 第47页/共119页 放大、放大、 整形整形 晶振晶振 放大、放大、 整形整形 闸闸 门门 计数器计数器 显示显示门控电路门控电路 分频电路分频电路 T0 Tx 0

9、 s T N T 第48页/共119页 3）中界频率；4）触发误差 第49页/共119页 第50页/共119页 12 x s N f Ttt 12 , sxxx TNTTttT 12 (1)(1) xsx NTTttNT 12 11 s x Ttt NN T 12 tt、 12 tt 第51页/共119页 第52页/共119页 第53页/共119页 xs xs ffN fNf N1N sc sc ff ff s sx x T NT f T 1 xc xsxc ff fT ff 第54页/共119页 第55页/共119页 1 xc xsxc ff fT ff xs fTNN N11 第56页/共

10、119页 6 6 101 1011 1 x x f f 第57页/共119页 由测周的基本表达式： 根据误差合成公式，可得： 式中， 和 分别为量化误差和时标周期误差。 由 (Tc为晶振周期，k为倍频或分频比)， 有： 而计数值N为： 所以， 0 0 T T N N T T x x xc Nk NT f 0 x TN T cc xxccxcc TfTkk TT fTT ff 1N NN 0 0 T T 0c TkT 0 0 cc cc TTf TTf 0 xxxc c TTT f N TkTk 第58页/共119页 cc xxccxcc TfTkk TT fTT ff 第59页/共119页 s

11、 x T N T 0 x T N T 0 sm m TT TT 0ms TTT 0 1 m s f TT 第60页/共119页 第61页/共119页 1 T xx TTT sin xmx vVt tan xB x vV dv dt tan n V T tan 第62页/共119页 22 )(1 2 sin1 2 cos m B x m Bxm x Bxmx vv x V V T V tV T tV dt dv tg Bx ta n2 nxn m VTV T V Bm VV 12 TT、 22 12 2 xn n m TV TTT V 第63页/共119页 第64页/共119页 101 10 n

12、 n sc f xc TT N TNTN N Tx Ts=10nTc Tc Nf fx fc/N fc 第65页/共119页 101 10 n n sc f xc TT N TNTN 1 f N N 1 c c f NTN 触触发发器器 主主门门 I I 时时钟钟f fc c 计计数数器器I I 定定标标器器 计计数数器器 I II I 主主门门 I II I 门门I II II I 时时基基分分频频器器 C T x T x c T N T 预预置置到到1 10 05 5N N c f N 10 n c T 第66页/共119页 第67页/共119页 0 000 xxx x s NNN ff

13、TN TN 第68页/共119页 12 TT、 12 TT、 12 TT、 12 TT、 第69页/共119页 10Tx T1 T2 10Tx Tx1 Tx10 T2 Tx A1 A1 Vn A2 A2 A9 A9 A10 A10 1 2 xnc xxcmc TVfk TmT fVfm 第70页/共119页 输输入入信信号号 起起始始 终终止止 时时钟钟脉脉冲冲 x T 1 T 0 T 2 T 第71页/共119页 0 12 01200 x NN TTTTN k 000 TN 0/k 第72页/共119页 整整形形、门门控控 C C 恒恒流流源源 1 kT 1 T 起起始始 控控制制信信号号

14、第73页/共119页 10 1 1 0 0 0 N T 20 2 1000 N T T 20 2 1000 N T 12 x00 ) 1000 NN TN （ 0 0 第74页/共119页 第75页/共119页 起起始始脉脉冲冲停停止止脉脉冲冲 输输入入信信号号 开开门门脉脉冲冲（Q Q1 1） ( (R R- -S S触触发发器器) ) 开开门门脉脉冲冲（Q Q2 2） ( (D D触触发发器器) ) 主主时时钟钟（F F0 01 1） 游游标标脉脉冲冲1 1（F F0 02 2） 游游标标脉脉冲冲2 2（F F0 02 2） x 0 1 12 2 3 34 45 56 67 78 89 9

15、 6 6 N N2 2= =6 6 N N0 0= =8 8 N N1 1= =4 4 T T0 01 1 T T0 02 2 T T0 02 2符符合合点点2 2 符符合合点点1 1 1 12 23 34 45 5 1 12 23 34 45 5 1 2 游标法示意图 12 、 11 011 02 N TN T 11020110 ()N TTNT 第76页/共119页 22020120 ()N TTNT 012001120 () x N TNNT 0101 00201 TT K TTT 0201 1 1TT K 0020101 1 TTTT K 0112 00112001 ()() x TN

16、N N TNNNT KK 01 012 () T N KNN K 第77页/共119页 第78页/共119页 12 1111 . n NNNN 12 1111 . n NNNN 11 xx xx Tf TfNn 1 1 n i i NN n 1/n 第79页/共119页 第80页/共119页 基基准准 振振荡荡器器 倍倍频频器器 1 10 0M MH Hz z 具具有有变变容容调调相相器器 的的1 10 0M MH Hz z回回路路 K K A AG GC C 放放大大器器 E E 齐齐纳纳 噪噪声声源源 5 50 00 0M MH Hz z 已已调调制制时时基基脉脉冲冲 5 50 0 第81

17、页/共119页 第82页/共119页 第83页/共119页 xsI fN ff 混频器混频器差频放大器差频放大器电子计数器电子计数器 谐波滤波器谐波滤波器谐波发生器谐波发生器 输入输入 f fx x f fI I f fs s 第84页/共119页 混频器 差 频 放 大 器 电 子 计 数 器 谐 波 滤 波 器 （YIG电调 滤波器） 谐波发生器 （阶跃恢复 二极管） 输入 fx fI 输入 fs 输出 Nfs 扫描捕 获电路 检波器 fI （fx-Nfs） 第85页/共119页 波上。 第86页/共119页 计数器再对差频信号fI=fx - Nfs=34 .567890MHz计数， 最后

18、显示为“12 34.567890”MHz。 n变频法特点：谐波Nfs幅度低，灵敏度低，但分 辨力高。 第87页/共119页 混 频 器 压控振荡器电子计数 器 鉴 相 器 fx-NfL fs fLNfL xLs fNff 第88页/共119页 第89页/共119页 00 后得到N。 n时基扩展器：为得到NfL的计数值， 将闸门时间扩展N倍后对fL计数， 其计数值相当于原闸门内对NfL计 数。 nfx的显示： 由fx=NfL+fs，将fs预置 后与NfL计数值显示。 n置换法特点：锁相环路增益高，灵敏度高，分辨 力较差。 第90页/共119页 第91页/共119页 0 0 , x f fff f

19、 第92页/共119页 第93页/共119页 201021 00000 21 ffffffff K fffff 第94页/共119页 ft 0 K f 第95页/共119页 1 2 1 () () () n ii i n i i fftt tt 11 111 ,12. nn ii ii ffttn nnn f f1 1 f f2 2 1 1天天 t f 21 0 ff K f f fm mi in n f fm ma ax x 1 1天天 t f maxmin 0 ff S f a图b图 第96页/共119页 m a xm in 0 ff S f 第97页/共119页 0 0 , x f ff

20、f f 00 ( )sin2( )v tAf tt ( ) t 0 ( )( ) ( ),( ) 2 tdt f tffft dt 00 ( )/2ft ff 第98页/共119页 00 ( )/2ft ff 0 00 ( ) ( ) f tff f t ff 2 2 1 00 1 1 n i i fn f f ffn 1 1 n i i ff n f 第99页/共119页 2 1 0 1 2 m ii i a ff fm 第100页/共119页 00 ( )/2 ( ) ft y t ff 2 0 ( )( ) jft Y fy t edt 第101页/共119页 计计 数数 器器 （ 1 1 ） 门门 控控 2 2 B B 计计 数数 器器 （ 2 2 ） A A 通通 道道 闸闸 门门 时时 间间 晶晶 振振 时时 标标 B B 通通 道道 门门 控控 1 1 A A a a b b K K 1 1 a a b b K K 2 2 1 12 2 3 3 4 4 第102页/共119页 第103页/共11