第七章频率和时间测量及仪器

1、 * 教学目的教学目的： * 教学重点教学重点： 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 7.1 概述概述 * 时间与频率的原始基准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） * 时频测量的特点时频测量的特点

2、 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 无源测频法无源测频法 1、谐振法：、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/ 2 LC c fx v fx M L 谐振法测频原理 C 2、电桥法、电桥法： 平衡条件与频率有

3、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/jxc1)R4=R2/(1+j xc2 R2)R3 取R1= R2=R，C1=C2=C，则由f= /2 得 fx=1/2RC R3 R4 C1 R1 R2 C2 fx RC fx fx= x/2 =1/ 2 R1 R2 C1 C2 3、频率、频率电压变换法：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 U0 7.1.2 比较法比较法 1、拍频法：、拍

4、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 fx fs 拍频法测频原理图 2、差频法：、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 fs fx 7.2 7.2 电子计数器电子计数器 7.2.1 分类分类 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 基本组成基本组成 +12v 1HZ 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/

5、1 10ms 0.1s1s 10s 1KHZ100HZ10HZ 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 1HZ 7.2.3 技术指标技术指标 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 7.3 通用电子计数器通用电子计数器 7.3.1 测量频率测量频率 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。

6、脉冲形 成电路 闸门 门控 电路 时基信号发生器 12 3 4 5 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 1 2 3 4 5 NTX=N/fx=KfTs fx=N/ KfTs N= KfTs fx NT m=N/mfx=KfTs fx=N/ m KfTs N= mKfTs fx 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 fx Ts Kf 为了使N值能直接表示fx： TX=1S N=100，000 1 0 0. 0 0 0 KHZ N=10，000 TX=0.1S 1 0 0 .0 0 KHZ 小数点自动向右

7、移一位 7.3.2 测量周期测量周期 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/mfs TX=N/mKffs=NTs/mKf N=mKfTx/TS 晶振 倍频器（m）闸门计数显示 fs=1/Ts Ts/m 放大整 型电路 分频器 （1/Kf） TX TX KfTX 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

8、.3 测量频率比测量频率比 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。 Kf TB=N TA/m fA/ fB=N/(mKf) 闸门计数显示 fA=1/TA 放大整 型电路B TB=1/fB 门控电路 fA 放大整 型电路A fB 测量频率比原理框图 7.3.4 测量累加计数测量累加计数 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A

9、S 启动 终止 测量累加计数原理方框图 7.3.5 测量时间间隔测量时间间隔 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/m 2、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/m TB 晶振 倍频 器（m） 闸门 计数显示 Ts Ts/m 触发器1TA 触发器2 S1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 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