第8章电量测量电路

1、作用：作用：实现频率、相位和脉冲幅值、脉宽的测量。实现频率、相位和脉冲幅值、脉宽的测量。 8.1 频率测量频率测量 8.2 相位测量相位测量 8.3 脉冲参数测量脉冲参数测量被测量信号被测量信号放大整形放大整形S计数器计数器fxf显示器显示器控制器控制器分频器分频器晶体振荡器晶体振荡器f0 N计数器电路计数器电路主闸门开启时间：主闸门开启时间：T0 = 1/ f0 = k / f 计数结果：计数结果：N = T0 fx被测信号频率：被测信号频率： fx= N / T0=Nf / kN 8.1 频率频率(周期周期)测量测量 8.1.1 计数器法计数器法 主要由时基发生器主要由时基发生器(晶体振荡

2、器和分频器晶体振荡器和分频器)、门控电路、门控电路(主闸门和控制电路主闸门和控制电路)、计数器组件、计数器组件(计数器和显示器计数器和显示器)组成。组成。问题：为什么要进行分频？问题：为什么要进行分频？温度温度传感器传感器检波器检波器触发器触发器电源电源振荡器振荡器振荡器振荡器压电晶体压电晶体恒恒温温室室加加热热器器AC频频率率调调整整自动增益控制自动增益控制外部频率标准外部频率标准至十进制除法至十进制除法器组件和逻辑器组件和逻辑控制电路控制电路恒温室恒温室恒温控制恒温控制热敏热敏电阻电阻输出振输出振荡电路荡电路 将晶体振荡器输出频率进行多级除将晶体振荡器输出频率进行多级除10的计算，作为闸的

3、计算，作为闸门控制电路的输入信号，控制闸门开启时间。门控制电路的输入信号，控制闸门开启时间。 如：晶体振荡器输出频率如：晶体振荡器输出频率f =5MHz，闸门时间设置选分，闸门时间设置选分频器第频器第3级，则时基发生器输出频率级，则时基发生器输出频率f0=510610-3=5kHz，闸，闸门开启时间门开启时间T0=1/f0=1/(5103)=0.2ms。主闸门开启时间主闸门开启时间T0越长，计数越长，计数N就越多，相对误差就越小。就越多，相对误差就越小。1. 量化误差：量化误差：门控信号与被测信号不同步，会产生门控信号与被测信号不同步，会产生1 1个个数字的计数误差，由此产生的频率测量误差为数

4、字的计数误差，由此产生的频率测量误差为xx0 x1ffT f T0 相同频率的被测信号，在主闸门打开时间内，两种极相同频率的被测信号，在主闸门打开时间内，两种极端情况计数脉冲不同，存在端情况计数脉冲不同，存在1个数字的计数误差。个数字的计数误差。2. 标准频率误差：标准频率误差：由时基电路所引起的时基由时基电路所引起的时基误差误差0 xx0ffff 通常要求时基误差比量化误差小一个数量级，所以在误通常要求时基误差比量化误差小一个数量级，所以在误差分析中不用考虑时基误差。差分析中不用考虑时基误差。1cm6个周期为个周期为7.93cm，时基信号为，时基信号为0.1ms/cm，则信号频率为：，则信号

5、频率为：fx=显示读数显示读数/时基率时基率= / (0.110-3)=7.566kHz67.93 在示波器的水平和垂直输在示波器的水平和垂直输入端分别施加频率相同、相位入端分别施加频率相同、相位差差的正弦信号，即的正弦信号，即XYBAO00sinX=Xt 基准信号基准信号00sin()Y=Yt+ 被测信号被测信号2000cos1() sin XY=YX/XX由由Lissajuos图形得：图形得： arcsin(/)A B 0 xff 当当X与与Y存在微小频差时，存在微小频差时，Lissajuos图形将周期性变化，图形将周期性变化，变化周期变化周期=两信号频率差的倒两信号频率差的倒数。数。设频

6、差为设频差为f0 ，重复变化，重复变化n次所用时间为次所用时间为T，则，则XYBAO为了提高测量精度，可将频差倍增后在进行比较。为了提高测量精度，可将频差倍增后在进行比较。被测信号被测信号YX基准振荡器基准振荡器差频倍增器差频倍增器V H0/fn T x00fff xx11/ffTNfN被测量信号被测量信号放大整形放大整形S计数器计数器fxf显示器显示器控制器控制器晶体振荡器晶体振荡器N计数器电路计数器电路 低频信号频率测量时，将图低频信号频率测量时，将图8-1中的被测量信号与晶体中的被测量信号与晶体振荡器交换位置，且去掉分频器，为什么？振荡器交换位置，且去掉分频器，为什么？ 当被测量信号频率

7、较低时，则在主闸门开启的时间内，当被测量信号频率较低时，则在主闸门开启的时间内，无脉冲或较少脉冲进入计数器，使之无法测量、误差较大。无脉冲或较少脉冲进入计数器，使之无法测量、误差较大。8.2 相位测量相位测量8.2.1 直读法直读法causT1C1VD1VD2C2R1R2RPuoT2us1+edbus2+uc+uc要求：要求：Ucm=UsmUUUs1s2s电容电容C1和和C2两端电压分别为：两端电压分别为：UU +UUU1cs1cs UUUUU2cs2cs- UUUU221mcmsmsm(cos )(sin ) UUUU222mcmsmsm(cos )(sin ) UsU1UcU2-Us 8.

8、2.1.1 相敏检波法相敏检波法8.2.1.1 相敏检波法相敏检波法当当Ucm=Usm时时UU1mcm2cos2 UU2mcm2sin2 在在 时，输出时，输出uo为：为：0uk UUkUkUo1m2mcmcm()2(cossin)2 2sin()2242 在在 与与 时，输出时，输出uo相同，故鉴相器不能鉴别相相同，故鉴相器不能鉴别相位超前与滞后，只能鉴别相位大小。位超前与滞后，只能鉴别相位大小。0 0 工作范围：工作范围： ，在，在 附近，鉴相器线性好。附近，鉴相器线性好。/ 2/ 2 / 2 causT1C1VD1VD2C2R1R2RPuoT2us1+edbus2+uc+uc u1u2经

9、放大整形成两个矩形波电压经放大整形成两个矩形波电压b1b2，b1b2相加后相加后送入均值电压表检波器，检波电流的均值送入均值电压表检波器，检波电流的均值合成电压的合成电压的宽度宽度 ，即，即DD1(1)22k UIk U dt kD 检波系数；检波系数；U 相加电路输出合成电压。相加电路输出合成电压。 8.2.1 直读法直读法8.2.1.2 脉冲变换法脉冲变换法脉冲形成及脉冲形成及限幅电路限幅电路u1b2相加电路相加电路脉冲形成及脉冲形成及限幅电路限幅电路b1u2均值电压表均值电压表U8.2 相位测量相位测量8.2.2 计数器法计数器法放大整形放大整形通道通道1u1门控电路门控电路u2主闸门主

10、闸门通道通道2计数器计数器标准脉冲发生器标准脉冲发生器u1u2f0双稳态双稳态触发器触发器 u1u2经放大整形成后输出两个正脉冲经放大整形成后输出两个正脉冲 ， 使门控使门控电路的双稳态触发器翻转，打开计数器闸门，标准脉冲信电路的双稳态触发器翻转，打开计数器闸门，标准脉冲信号发生器输出频率为号发生器输出频率为f0的脉冲通过主闸门进入计数器计数。的脉冲通过主闸门进入计数器计数。 使门控电路的双稳态触发器翻转复原，关闭计数器闸门，使门控电路的双稳态触发器翻转复原，关闭计数器闸门，计数器停止计数，计数结果为：计数器停止计数，计数结果为：Nft0u1u2u1u28.2.2 计数器法计数器法tT2360

11、 0360360tfNNTf 缺点：测量结果缺点：测量结果 与被测信号的频率与被测信号的频率f 有关。有关。 若将通道若将通道1和和2并联，并将并联，并将u1或或u2加到输入端，当加到输入端，当u1或或u2第一次正跳变时，计数器开始计数；当第一次正跳变时，计数器开始计数；当u1或或u2第二次正跳变第二次正跳变时，计数器停止计数。则计数结果时，计数器停止计数。则计数结果M=f0/f，所以，所以NM360 放大整形放大整形通道通道1u1门控电路门控电路u2主闸门主闸门通道通道2计数器计数器标准脉冲发生器标准脉冲发生器u1u2f0双稳态双稳态触发器触发器8.2 相位测量相位测量8.2.3 比较法比较

12、法u1u2已定度已定度移相器移相器相位相位平衡平衡指示器指示器 通过调节移相器使通过调节移相器使u1和和u2相位达到平衡，并用相位相位达到平衡，并用相位平衡指示器指示，移相器的平衡指示器指示，移相器的相位增量为相位增量为u1和和u2的相位差。的相位差。UiUoRC0 / 2 相位滞后，调节相位滞后，调节范围：范围：UiUoRC0 / 2 相位超前，调节相位超前，调节范围：范围：UiUoRCRC0 相位超前和滞后，相位超前和滞后，调节范围：调节范围：8.3 脉冲参数测量脉冲参数测量8.3.1 脉冲参数的定义脉冲参数的定义Abdcftrtf90%50%10%Mt Mb A脉冲幅度，脉冲幅度，A=M

13、t-Mb ；tr上升时间；上升时间；tf 下降时间；下降时间；d 脉冲预冲；脉冲预冲；b 脉冲上冲；脉冲上冲；c 衰减振荡幅度；衰减振荡幅度；e 脉冲顶部倾斜；脉冲顶部倾斜；Aw 脉冲顶部不平坦度。脉冲顶部不平坦度。f 脉冲下冲；脉冲下冲； 脉冲宽度；脉冲宽度； T 脉冲周期；脉冲周期； /T 脉冲占空比脉冲占空比； 8.3.2 脉冲参数测量方法脉冲参数测量方法8.3.2.1 脉冲幅值测量脉冲幅值测量1. 峰值检波法测量脉冲幅值峰值检波法测量脉冲幅值uiuoucR1VD2CN1- -+N2- -+VuRR2u- -VD1同相型峰值检波电路同相型峰值检波电路(P142图图5-25) 当输入信号未

14、达到最大值时，输出信号跟踪输入信号变当输入信号未达到最大值时，输出信号跟踪输入信号变化；当输入信号从最大值下降时，输出信号保持在最大值。化；当输入信号从最大值下降时，输出信号保持在最大值。 当当 ui uo时，时，N1(反相加法器反相加法器)输出输出uo10，VD1断，断，VD2通，通，C充电，充电，uo跟踪跟踪ui变化变化采样过程；采样过程； 当当 ui uo时，时，N1(反相加法器反相加法器)输出输出uo10.7V时，时，V和和VD1导通，导通，C1充电，使之在充电，使之在脉冲持续期间脉冲持续期间tk内充电至内充电至Um。同时。同时G1工作，工作，VD2导通，导通，C2也充电至也充电至Um ，即，即Uc2Uc1=Um； 当当Ui下降沿下降沿比较电平时，比较电平时，N1输出高电平，经输出高电平，经脉冲形成电路产生正脉冲触发门控电路翻转成高电平，主脉冲形成电路产生正脉冲触发门控电路翻转成高电平，主闸门打开，十进制计数器开始计数；闸门打开，十进制计数器开始计数； 当输入信号下降沿当输入信号下降沿 比较电平时，比较电平时，N2输出高电平，经输出高电平，经脉冲形成电路产生正脉冲触发门控电路翻转成低电平，主脉冲形成电路产生正脉冲触