时间与频率测量技术学习教案

1、会计学1时间与频率时间与频率(pnl)测量技术测量技术第一页，共66页。国际上规定30kHz以下为甚低频、超低频段，30kHz以上每10倍频程依次划分为低、中、高、甚高、特高、超高等频段。音频:20Hz20kHz视频:20Hz10MHz射频:30kHz几十GHz在电子测量技术中，常以30kHz为界，其以下称为低频测量，其以上称为高频测量；还有一种划分方法是：以100kHz（或1MHz）为界，其以下称为低频测量，其以上称为高频测量。一般，正弦波信号(xnho)发生器是以后一种划分的。6.1 频段的划分频段的划分(hu fn)及常用测频方法及常用测频方法 第1页/共66页第二页，共66页。无源测频

2、法 ：利用电路的频率响应特性来测量频率的方法。无源测频法又分为谐振法和电桥法两种。谐振法用LC谐振回路，调节电容使其谐振频率与被测信号频率相同时，回路电流最大，通过电表指示其频率值。这种方法多用于高频频段的测量。电桥法因调节不便，误差较大(jio d)，已少使用。测量(cling)频率方法第2页/共66页第三页，共66页。 有源比较测频法 ：将被测频率与一个标准有源信号相比较的测量方法。 常用的有源比较测频法有拍频法、差频法和示波器测量法。 示波器法有两种测频方法，李萨育图形(txng)法和测周期法。前者当频率比较高时，示波器显示的波形难以稳定，所以该方法适用于低频测量。由于调节不便，已很少使

3、用。用宽频带示波器通过测量周期的方法获得被测信号的频率值，虽然误差较大，但对于要求不太高的场合是比较方便的。 第3页/共66页第四页，共66页。计数法 ：利用电子计数器测量频率的方法。实质上，这种方法仍然属于有源比较测频法，计数法中最常用、最广泛使用的测频方法是电子计数器测频法。电子计数器测频法是利用电子计数器显示单位时间内通过被测信号的周期个数来实现频率的测量，这是目前最好的测频方法，本章重点(zhngdin)介绍电子计数器测量频率和周期的方法。第4页/共66页第五页，共66页。6.2 电子电子(dinz)计数器的功能计数器的功能 作用是接受被测信号，并对它进行放大和整形，然后送入主门(闸门

4、)。整形常由施密特电路(dinl)完成。A通道用于传输被计数的信号，B、C通道传输闸门信号。产生各种控制信号，用于控制电子计数器各单元(dnyun)电路的工作。控制电路由若干门电路和触发器组成的时序逻辑电路构成。 标准时间信号由石英振荡器提供，作为电子计数器的内部时间基准。 电子计数器的基本组成 第5页/共66页第六页，共66页。测试性能：仪器所具备的测试功能，如测量频率、周期测试性能：仪器所具备的测试功能，如测量频率、周期等。等。测量范围：仪器在不同功能下的有效测量范围。对于不测量范围：仪器在不同功能下的有效测量范围。对于不同的功能，其含义同的功能，其含义(hny)是不同的。如测频时，被测信

5、是不同的。如测频时，被测信号的频率范围，一般用频率的上、下限值表示；而在测号的频率范围，一般用频率的上、下限值表示；而在测周时，测量范围常用周期的最大、最小值表示。周时，测量范围常用周期的最大、最小值表示。输入特性：电子计数器一般有输入特性：电子计数器一般有23个输入通道，测试不个输入通道，测试不同参数时，被测信号要经不同的通道输入仪器。输入特同参数时，被测信号要经不同的通道输入仪器。输入特性表明电子计数器与被测信号源相连的一组特性参数，性表明电子计数器与被测信号源相连的一组特性参数，需分别指出各个通道的特性。需分别指出各个通道的特性。 电子电子(dinz)计数器的主要技术指计数器的主要技术指

6、标标 第6页/共66页第七页，共66页。 输入耦合方式输入耦合方式(fngsh)：有：有AC和和DC两种方式两种方式(fngsh)，在低频和脉冲信号计数时宜采用，在低频和脉冲信号计数时宜采用DC耦合方式耦合方式(fngsh)。 输入灵敏度：指在仪器正常工作时输入的最小输入灵敏度：指在仪器正常工作时输入的最小电压，如通用电子计数器，电压，如通用电子计数器，A输入通道的灵敏输入通道的灵敏度一般为度一般为10100mV。 最高输入电压：指仪器所能允许输入的最大电最高输入电压：指仪器所能允许输入的最大电压。超过最高输入电压后仪器不能正常工作，压。超过最高输入电压后仪器不能正常工作，甚至会损坏。甚至会损

7、坏。 输入阻抗：包括输入电阻和输入电容。输入阻抗：包括输入电阻和输入电容。A输入输入通道分为高阻通道分为高阻(1M25pF)和低阻和低阻(50)两种两种。 输入(shr)特性第7页/共66页第八页，共66页。闸门时间和时标：由机内时标信号源所能提供的时闸门时间和时标：由机内时标信号源所能提供的时间标准信号决定。根据测频和测周的范围不同，可间标准信号决定。根据测频和测周的范围不同，可提供的闸门时间和时标信号有多种。提供的闸门时间和时标信号有多种。显示及工作方式显示及工作方式显示位数显示位数 可显示的数字位数。可显示的数字位数。显示时间显示时间 两次测量之间显示结果两次测量之间显示结果(ji gu

8、)的时间的时间，一般是可调的。，一般是可调的。显示器件显示器件 标明所用显示器的类型。标明所用显示器的类型。显示方式显示方式 有记忆和非记忆两种显示方式。记忆显有记忆和非记忆两种显示方式。记忆显示方式只显示最终计数的结果示方式只显示最终计数的结果(ji gu)，不显示正，不显示正在计数的过程；非记忆显示方式，能对计数过程的在计数的过程；非记忆显示方式，能对计数过程的值逐个显示出来。值逐个显示出来。输出：仪器可输出的时标信号种类、输出数码的编输出：仪器可输出的时标信号种类、输出数码的编码方式及输出电平。码方式及输出电平。第8页/共66页第九页，共66页。时基信号产生与变换时基信号产生与变换(bi

9、nhun)单元单元晶体振荡器产生 1 MHz的时间基准信号，经分频、倍频(bi pn)，形成从10 MHz到0.1 Hz以10为系列递降的一系列不同频率的机内标准时间信号。时基电路示意图时基电路示意图第9页/共66页第十页，共66页。6.3 电子计数器的测量电子计数器的测量(cling)原理原理电子计数器测量原理图示第10页/共66页第十一页，共66页。 频率：周期性信号在单位时间（1s）内变化(binhu)的次数，即 T单位时间； N周期性现象的重复次数。测量测量(cling)频率频率第11页/共66页第十二页，共66页。电子计数器测频原理电子计数器测频原理第12页/共66页第十三页，共66

10、页。被测信号经放大、整形后，形成重复(chngf)频率等于被测信号频率 fx 的计数脉冲，把它加至闸门的一个输入端。门控电路将时基信号变换为控制闸门的开启的门控信号。只有在闸门开通时间Ts内，被计数的脉冲才能通过闸门，并由十进制电子计数器对计数脉冲计数，设计数值为N，则 。即被测信号的频率为Ts是门控时间（闸门时间），门控信号由晶振分频而来；Kf是分频器的分频系数；fc为晶振的频率。第13页/共66页第十四页，共66页。第14页/共66页第十五页，共66页。第15页/共66页第十六页，共66页。第16页/共66页第十七页，共66页。第17页/共66页第十八页，共66页。差的影响。差的影响。第1

11、8页/共66页第十九页，共66页。第19页/共66页第二十页，共66页。第20页/共66页第二十一页，共66页。第21页/共66页第二十二页，共66页。第22页/共66页第二十三页，共66页。第23页/共66页第二十四页，共66页。第24页/共66页第二十五页，共66页。第25页/共66页第二十六页，共66页。第26页/共66页第二十七页，共66页。电子电子(dinz)计数器的测周功能计数器的测周功能测量周期的原理方框图 当fx较低时，利用计数器直接测频，误差将会大到不可允许的程度。所以，为了提高测量低频(dpn)时的准确度，可改成先测量周期，然后计算fx =1/Tx。第27页/共66页第二十

12、八页，共66页。被测信号经B输入通道整形，使其转换成相应的矩形波，加到门控电路，控制主门的开闭，主门导通的时间就正好(zhngho)等于被测信号的周期。晶振经分频后产生的时标脉冲同时送至主门的另一输入端，在主门开启的时间内对输入的时标脉冲计数，若计数值为N，测被测信号周期Tx（TxTs）为Ts是时标脉冲的周期，它由晶振分频而得到。第28页/共66页第二十九页，共66页。第29页/共66页第三十页，共66页。第30页/共66页第三十一页，共66页。第31页/共66页第三十二页，共66页。第32页/共66页第三十三页，共66页。越小，测量越准确。越小，测量越准确。第33页/共66页第三十四页，共6

13、6页。第34页/共66页第三十五页，共66页。通用电子计数器还可测量两个被测信号频率的比值。测量时，两个被比较的信号（设fAfB）分别加至 A、B输入通道。频率较低的信号fB加至B输入通道，经放大、整形后用作门控电路的触发信号，频率较高的fA加至A输入通道，经整形后变成重复(chngf)频率与fA相等的计数脉冲。主门的开通时间为TB=1/fb，在该时间内对频率为fa的信号进行计数，可得电子电子(dinz)计数器的其他功能计数器的其他功能频率(pnl)比测量 第35页/共66页第三十六页，共66页。为了提高测量准确度，还可将频率较低的信号的周期扩大，即将信号经分频器后再加至门控电路。当主门的开启

14、时间增大后，计数值随之增大，但由于显示(xinsh)器可进行小数点自动移位，显示(xinsh)的比值N不变。频率比的方框图 第36页/共66页第三十七页，共66页。累加计数(j sh) 累加计数是指在限定的时间内，对输入的计数脉冲进行累加。测量原理和测量频率是相同的，不过这时门控电路改为(i wi)人工控制。待计数脉冲经A通道输入，这时计数值就是累加计数。 累加计数测量原理图 第37页/共66页第三十八页，共66页。时时 间间 间间 隔隔第38页/共66页第三十九页，共66页。相位差 第39页/共66页第四十页，共66页。第40页/共66页第四十一页，共66页。自 校 第41页/共66页第四十

15、二页，共66页。第42页/共66页第四十三页，共66页。中界频率中界频率(pnl)的确定的确定1sxxckT fT f czsffkT1sxxcknT fmT f czsmffnkT第43页/共66页第四十四页，共66页。第44页/共66页第四十五页，共66页。第45页/共66页第四十六页，共66页。阶段类型应用20世纪30年代初期粒子计数器测量微观粒子数目、脉冲数20世纪50年代以来电子计数器测量频率、周期、时间间隔、电压、电流、电阻、相位近年来智能计数器计算计数器应用于工业生产自动化、自动控制和自动测量等6.5 电子电子(dinz)计数器的应用计数器的应用第46页/共66页第四十七页，共6

16、6页。提高提高(t go)测频性能的方法测频性能的方法多周期同步测量法多周期同步测量法 取样门控时间(shjin)是由计算机控制产生，在其控制下，同时打开主门A和主门B，使计数器A、B工作。实际计数的时间(shjin)由同步门控决定，它是被测信号周期的整数倍。计数器A计得被测信号周期Na，计数器B计得时标信号周期个数Nb，经计算机运算，得到被测频率在采样时间(shjin)内的平均值，在显示器上显示第47页/共66页第四十八页，共66页。型频率型频率(pnl)计数器简介计数器简介 E434BI型频率计数器原理方框图 第48页/共66页第四十九页，共66页。工作(gngzu)原理 第49页/共66

17、页第五十页，共66页。技术指标 第50页/共66页第五十一页，共66页。使用(shyng)方法 第51页/共66页第五十二页，共66页。6.6 其他其他(qt)测量时间和频率的方法测量时间和频率的方法第52页/共66页第五十三页，共66页。第53页/共66页第五十四页，共66页。第54页/共66页第五十五页，共66页。第55页/共66页第五十六页，共66页。( y u pn l)变化。变化。n（3）由于频率刻度不能分得无限）由于频率刻度不能分得无限细，人眼读数常常有一定误差。细，人眼读数常常有一定误差。第56页/共66页第五十七页，共66页。第57页/共66页第五十八页，共66页。第58页/共66页第五十九页，共66页。第59页/共66页第六十页，共66页。性、输入灵敏度、闸门时间和时标等。本章本章(bn zhn)小结小结第60页/共66