第5章 频率时间测量

第5章频率时间测量5.1概述5.2电子计数法测量频率5.3电子计数法测量周期5.4电子计数法测量时间间隔5.5典型通用电子计数器例5.6其他测量频率的方法习题五5.1概述（了解）5.2电子计数法测量频率一、电子计数法测频原理（掌握）若某一信号在T秒时间内重复变化了N次，则根据频率的定义，可知该信号的频率fx为(5.2-1)通常了取ls或其它十进制时间，如l0s，0.1s，0.0ls等等。图5．2-1(a)是计数式频率计测频的框图。它主要由下列三部分组成。图5.2—1计数式频率计框图、波形图图5.2—1计数式频率计框图、波形图(1)时间基准T产生电路。这部分的作用就是提供准确的计数时间T。(2)计数脉冲形成电路。这部分电路的作用是将被测的周期信号转换为可计数的窄脉冲。(3)计数显示电路。这部分电路的作用，就是计数被测周期信号重复的次数，显示被测信号的频率。

二、误差分析计算

电子计数测量频率方法引起的频率测量相对误差，由计数器累计脉冲数相对误差和标准时间相对误差两部分组成。因此，对这两种相对误差我们可以分别加以讨论，然后相加得到总的频率测量相对误差。5.3电子计数法测量周期周期是频率的倒数，即然电子计数器能测量信号的频率，我们会自然联想到电子计数器也能测量信号的周期。二者在原理上有相似之处，但又不等同，下面作具体的讨论。一、电子计数法测量周期的原理

晶振标准频率信号和输入被测信号的位置对调而构成。图5.3—1计数法测量周期原理框图由图5．3—2所示的波形图可得(5.3-1)当Tc为一定时，计数结果可直接表示为

Tx

值。图5.3—2图5.3—1中各点波形图5.3—2图5.3—1中各点波形二、电子计数器测量周期的误差分析

扩大待测信号的周期为mTx，这在仪器上称作为“周期倍乘”，通常取m为10i(i＝0，1，2…).例如上例被测信号周期Tx＝l0s，即频率为105Hz，若采用四级十分频，把它分频成10Hz(周期为105s)，即周期倍乘m=10000，这时测量周期的相对误差由此可见，经“周期倍乘”再进行周期测量，其测量精确度大为提高，但也应注意到，所乘倍数要受仪器显示位数及测量时间的限制。在测量周期时，被测信号经放大整形后作为时间闸门的控制信号(简称门控信号)，因此，噪声将影响门控信号(即了，)的准确性，造成所谓触发误差。图5.3—3触发误差示意图三、中界频率 对某信号使用测频法和测周法测量频率，两者引起的误差相等，则该信号的频率定义为中界频率，记为f0。

[例1]某电子计数器，若可取的最大的T、f0值分别为10s、100MHz，并取k=104，n=102，试确定该仪器可以选择的中界频率f0

。解：将题目中的条件代入式(5．3—21)，得所以本仪器可选择的中界频率。5.4电子计数法测量时间间隔一、时间间隔测量原理图5．4—1为测量时间间隔的原理框图。它有两个独立的通道输入，即A通道与B通道。一个通道产生打开时间闸门的触发脉冲，另一个通道产生关闭时间闸门的触发脉冲。对两个图5.4—1时间隔测量原理框图5.6其他测量频率的方法计数式频率计测量频率的优点是测量方便、快速直观，测量精确度较高；缺点是要求较高的信噪比，一般不能测调制波信号的频率，测量精确度还达不到晶振的精确度，且计数式频率计造价较高。因此，在要求测量精确度很高或要求简单经济的场合，还有时采用本节介绍的几种测频方法。一、直读法测频

1．电桥法测频电桥法测频即是利用电桥的平衡条件和被测信号频率有关这一特性来测频。交流电桥能够达到平衡，电桥的四个臂中至少有两个电抗元件，其具体的线路有多种形式。这里以常见的文氏电桥线路为例，介绍电桥法测频的原理。图5．6—1为文氏桥的原理电路。图中PA为指示电桥平衡的检流计，该电桥的复平衡条件为（5.6—1）图5.6—1文氏桥原理电路

2．谐振法测频谐振法测频就是利用电感、电容飞电阻串联、并联谐振回路的谐振特性来实现测频。图5.6—2是这种测频方法的原理电路图。其中图(a)为串联谐振测频原理图，图(b))为并联谐振测频原理图。两图中的电阻Rl、RC为实际电感、电容的等效损耗电阻，在实际的谐振法测频电路中并看不到这两个电阻的存在。图5.6—2谐振法测频原理电路图5.6—3谐振电路的谐振曲线

3．频率—电压转换法测量频率在直读式频率计里也有先把频率转换为电压或电流，然后用表盘刻度有频率的电压表或电流表指示来测频率。图5．6—4(a)是一种频率—电压转换法测量频率的原理框图。以测量正弦波频率fx为例看它的工作原理。首先把正弦信号转换为频率与之相等的尖脉冲uA，然后加于单稳多谐振荡器，产生频率为fx、宽度为、幅度为Um的矩形脉冲列如图5．6—4(乙)所示。这一电压的平均值