电子测量技术频率时间与相位测量PPT学习教案

1、会计学1电子测量技术频率时间与相位测量电子测量技术频率时间与相位测量n是最高的。第1页/共47页nGHz内称射频。当然，电子测n量技术也有按30KHz（或100KHz）为界来划分，30KHzn以下为低频，30KHz以上为高频。第2页/共47页加以修正，修正n后称为第一世界时（记作UT1）。此外，地球的自转不稳n定，进行季节性、年度性变化校正，引出第二世界时（记n作UT2），其稳定度在310-8。而公转周期却相当稳定，n于是人们以1900回归年的31556925.9747分之一作为历书时n的秒（记作ET），其标准度可达110-9。第3页/共47页n之间跃迁所对应的9192631770个周期的持续

2、时间为一秒，n以此定出的时间标准称为原子时（记作AT），其准确度可n达10-13量级。n原子时比天文时和石英标准都稳定，这是由原子本身n结构及其运动的永恒性决定的。自1972年1月1日零时起，n时间单位秒由天文秒改为原子秒，使时间标准由实物基准第4页/共47页器结构简单，n制造、维护、使用均方便，而且准确度能满足大多数测量n的需要。因此，石英频率作为一种次级标准，已成为最常n用的频率标准。n最后还要指出，时间标准就是频率标准，这是因为频n率与时间互为倒数。第5页/共47页n2.n通过测量电路参数达到测量频率目的的方法有两种。n首先是电桥法，把被测信号作为交流电桥的电源，调节桥n臂参数使电桥平衡

3、，由平衡条件可得出被测频率的结果。第6页/共47页n用示波器来进行测量是非常直观的，下面介绍几种常n用方法。n(1)直接测量法测频率n用示波器直接测量频率已在第三章中讨论过，这里再n简要介绍一下。第7页/共47页n）。若使用了“X扩展”，则应除以扩展系数。n被测信号频率为：n（6-3）TXxxsT xxTf1第8页/共47页时标信号 ，此n信号加在示波管的控制栅极和阴极之间进行辉度调节。时n标信号周期远小于被测信号周期，则屏上显示的被测信号n波形明暗相间，这一明一暗正好是时标信号周期，从而被n测信号周期为：n（6-4）0nTTx第9页/共47页图形要明了直观.n (4)相位测量n示波器测量相位

4、差有下述测量方法:n a.单踪示波器法n将被测二信号先后接入Y输入进行显示，记住第一个第10页/共47页n操作也相对复杂些。nb.双踪示波器法n利用双踪示波器或双线示波器来测量信号的相位差非常方n便，第四章已作介绍，不再重述。360Txx第11页/共47页换环节变换成电压n，然后用电压表对电压进行测量，通过电压反映被测频率n。也有按“F/I”转换将频率转换成电流，通过测电流来反映n被测频率的。采用“F/V”集成电路做成的测频仪器，最高n可测几兆赫的频率。“F/V”变换法测频的优点，在于可连第12页/共47页拍频法n原理电路见图6-1所示。它将n被测频率信号与标准频率信n号通过线性电路进行迭加，

5、然n后把迭加结果在示波器上观察第13页/共47页原理电路见图6-2所示。n被测与标准信号送入非线n性电路进行混频，然后再n用示波器等来监测。混频n结果中有foffs，若fnfs，则fo0，输出直流 图 6-2 差频法测频率第14页/共47页化等突出优点，故已成为近n代频率测量的重要手段。所以，本章对电子计数器测量频n率等加以重点介绍。第15页/共47页计有周期信号的重复变化次n数N，则频率可写为：n（6-6）SxTNf第16页/共47页第17页/共47页而言，整形是将各种被测n波形整形成脉冲（如采用施密特电路）。n晶振：石英晶体振荡器，产生频率非常稳定的脉冲信第18页/共47页样的功能，只有在

6、门控信号n作用下才能开启，即在门控信号高电平期间脉冲通过闸门n进入计数器被计数。n此外，计数、译码、显示等电路是数字仪表所共性n的，这里不多述。第19页/共47页6-6n闸门的开启时间是可以改变的。如8位显示电子计数器n式频率计，取显示单位为KHz，设被测f=10MHz，若选闸n门时间T=1s，则显示10000.000KHz；若选T=0.1s，因闸门n开启时间小10倍，所计脉冲数也小10倍，则小数点右移一第20页/共47页n图6-4中各处信号的波形关系，可见图6-5 所示。图中n的被测信号为正弦波形，整形后只是在过零变正的瞬间产n生脉冲，而且一个周期只产生一个脉冲。第21页/共47页n准频率的

7、准确度。n1.计数误差n计数误差也叫量化误差或1个字误差，它是电子计n数器的固有误差，也是数字仪表特有的误差。ssTdTNdNfdfxx|)|(|)(dmaxTNssxxTdTNdNff第22页/共47页n倍相当时，产生1误差更为典型。在图6-5中，Ts与8 T相n当，无论t时刻是提前还是推迟均计数脉冲N =8。对图示tn时刻，若Ts约小于8 T，则计数脉冲N =7（即前后两个脉n冲不被计入）；若Ts约大于8 T，则计数脉冲N =9（即前n后两个脉冲被计入）。第23页/共47页1量化误差对测n频误差影响越小。从这点n讲，电子计数器测频适于测n高频频率。sxNTfNNdN11第24页/共47页n

8、（6-10）n可见闸门时间的准确度在数值上等于晶振 (标准频率)n的准确度，而符号相反。n综上，将式（6-9）、（6-10）代入式（6-8），得电子n计数器测频的最大误差为:ccSSSSTffTTTdT第25页/共47页n影响逐渐增大，并以fc/fc（图中以其绝对值510为例）n为极限，即测频准确度不可能优于fc/fc。通常，要求nfc/fc比N/N高一个数量级。需要再次强调的是，电子n计数器测频不适于测低频。)1(CCsxxxxxffTffdfff第26页/共47页n路所代替外，其余均相n同。因此，原理也是相同n的，只是控制闸门的信号n不是标准信号，而是被测n信号而已。接A、B输入信 图6-

9、7 电子计数器测频率比框图第27页/共47页n电子计数器的这种测量功能，在调试数字电路(如计数n器、分频器、倍频器等)时会用到，以测量输入输出信号间n的频率关系。NffBAmNffBA/第28页/共47页n是由人工手动使门控翻转来n打开和关闭闸门进行计数n的。 图6-8 电子计数器累计脉冲 第29页/共47页第30页/共47页度。所以，为了提高测量低n频时的准确度，就必须采用测量周期的方法 。第31页/共47页n主闸门进入计数器计数。第32页/共47页它的大小由n“时标选择”开关来选择。n若使用“周期倍率”时（倍率系数为m)，则有：nn即：（6-15）sxNTT sxTNmT/sxTmNT/第

10、33页/共47页n用周期倍率和时标，是为了扩展测量范围的。第34页/共47页n（6-17）n可见，量化误差的影响在被测周期T小（即频率高）n时大，这与测频时刚好相反。SSxxTdTNdNTdTSSxxTTNNTTCCSSffTT)1(CCsxxxfffTTT第35页/共47页n析时，利用图6-10的(b)来计算T，图中ab为A点的正弦n波切线。其斜率为：n而由图可得：22)(12sin12cosmBxmBxmxBxmxuuxUUTUtUTtUdtdutgBxtan1nUT 第36页/共47页21)(12mBmxnUUUTUTmnxUUTT21mnxUUTT22 图6-10 测周时的触发误差第3

11、7页/共47页2221)()(TTTnxxnTTTTT2221)()(mnUU21 图6-11 测周时的误差曲线 mnccsxxxUUfffTTT211第38页/共47页n应门控输出的一次开启时间，若10个周期则有(T)/10，n即有误差（T/10）/ T，影响就小10倍。此外，提高信噪比n（即增大Um/Un），也能减少触发误差的影响。第39页/共47页 图6-12 时间间隔的测量第40页/共47页n一电平，但极性选得不同，则可测脉冲宽度，如（d）图n所示。n当k断开时，B、B分别输入两个信号，调极性和电平n，可测量两个信号上升沿间的时间间隔，如（b）图所示.第41页/共47页n6.4.1 电路组成n电子计数器测相位的原理框图见图6-13所示。通道1和n通道2的特性似过零比较器，使被测信号由负向正通过零n点或由正向负通过零点时产生脉冲，加到门控电路。第42页/共47页信号。门控输出高电平期间闸门开启，时标信号通过闸门进入计数器被计数，再译码显示结果。n波形图见左图所示 。图6-13 电子计数器测相位原理框图 第43页/共47页n被测相位差：n（6-24）n这种方法，又叫瞬时值相位计数法，适于测低频信号n的相位差。当频率高时测量的准确度要降低， 因为