项目四频率计的使用全

项目四频率计的使用数字频率计任务一、频率计面板及频率测量明确任务

1、了解频率测量的常用方法；2、了解数字频率计的电路组成；3、理解频率计的基本原理；4、掌握频率计（测量频率）的使用方法。操作示范（一）、频率概述：1、定义：物质在1秒内完成周期性变化的次数叫做频率，常用f表示，单位为赫兹，简称“赫”。每个物体都有由它本身性质决定的与振幅无关的频率，叫做固有频率。频率概念不仅在力学、声学中应用，在电磁学和无线电技术中也常用。交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数，叫做电流的频率。操作示范2.频率测量方法测量频率的方法有很多，按照其工作原理分为无源测频法、比较法、示波器法和计数法等。计数法在实质上属于比较法，其中最常用的方法是电子计数器法。电子计数器是一种最常见、最基本的数字化测量仪器。

操作示范（1）无源测频法主要包括谐振法、电桥法和频率-变换电压法等方法。

1）谐振法谐振法原理图如下：被测频率可用下式计算图1-1谐振法测频原理操作示范

2）电桥法凡是平衡条件与频率有关的任何电桥都可用来测频，但要求电桥的频率特性尽可能尖锐。测频电桥的种类很多，常用的有文氏电桥、谐振电桥和双T电桥等。文氏电桥振荡器典型电路组成如下图：操作示范图1-2文氏电桥振荡器典型电路组成半桥LLC谐振变换器图1-3半桥LLC谐振变换器操作示范双T电桥原理图图1-4双T电桥原理图操作示范

3）频率-电压变换法频率-电压变换法测频就是先把频率变换为电压或电流，然后以频率刻度的电压表或电流表来指示被测频率。图1-5为频率-电压变换法测正弦波频率原理框图。操作示范图1-5频率-电压变换法测正弦波频率原理框图操作示范（2）比较法：有源比较测频法主要包括拍频法和差频法。1)拍频法：拍频法是将被测信号与标准信号经线性元件（如耳机、电压表）直接进行叠加来实现频率测量的，其原理电路如图所示。拍频法通常只用于音频的测量，而不宜用于高频测量。2）差频法：差频法是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测量。高频段测频常用差频法测量。操作示范图1-6拍频法测频原理操作示范2）差频法

差频法是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测量，高频段测频常用差频法测量原理图如下：图1-7差频法测频原理操作示范（3）示波法：主要分为李沙育图形法和周期法。在示波器上根据李沙育图形或信号波形的周期个数进行测频。这种方法的测量频率范围从音频到高频信号皆可。操作示范操作示范（4）计数法：直接计数单位时间内被测信号的脉冲数，然后以数字形式显示频率值。这种方法测量精确度高、快速，适合不同频率、不同精确度测频的需要。电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。由于数字电路的飞速发展和集成电路的普及，计数器的应用十分广泛。利用电子技术器测量频率具有精度高，显示醒目直观，测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等一系列突出优点，所以该方法是目前最好的。操作示范（二）频率计：频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，拥有非常广泛的应用范围。图1-8频率计操作示范频率计主要由四个部分构成：输入电路、时基（T）电路、计数显示电路以及控制电路。主要构成如下：操作示范图1-9频率计主要构成输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，三角波。而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。所以在通过整形之前通过放大衰减处理。当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。当输入信号电压幅度较小时，若前级输入衰减为零时不能驱动后面的整形电路，则调节输入放大的增益，被测信号得以放大。操作示范时基和闸门电路：闸门电路是控制计数器计数的标准时间信号，被测信号的脉冲通过闸门进入计数器的个数就是由闸门信号决定的，闸门信号的精度很大程度上决定了频率计的频率测测量精度。当要求频率测量精度高时，应使用晶体振荡器通过分频获得。时基信号可由555定时器构成一个较稳定的多谐振荡器，经整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基准时间。被测信号通过闸门，作为计数器的时钟信号。操作示范操作示范计数显示电路：在闸门电路导通的情况下，开始计数被测信号中有多少个上升沿。在计数的时候数码管不显示数字。当计数完成后，此时要使数码管显示计数完成后的数字。图1-10时基产生电路和计数器显示电路操作示范控制电路：控制电路里面要产生计数清零信号和锁存控制信号。控制电路工作波形的示意图如图所示

图1-11控制电路工作波形示意图操作示范2、数字频率计测频率基本原理：测量频率的方法有很多，按照其工作原理分为无源测量法、比较法、示波器法和计数法等。计数法在实质上属于比较法，其中最常用的方法是电子计数器法。电子计数器是一种最常见、最基本的数字化测量仪器。数字计数式频率计能直接计数单位时间内被测信号的脉冲数，然后以数字形式显示频率值。这种方法测量精确度高、快速，适合不同频率、不同精确度测频的需要。电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。操作示范图1-12数字计数式频率基本原理图操作示范若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率fx。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s，则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s。闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数，所以被测频率fx=NHz。操作示范由于数字电路的飞速发展和集成电路的普及，计数器的应用十分广泛。利用电子技术器测量频率具有精度高，显示醒目直观，测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等一系列突出优点，所以该方法是目前最好的。操作示范3、频率计的面板：图1-13频率计面板显示操作示范（1）电源开关（POWER）：按下锁住时电源接通，弹起电源断开。（2）复位键（RESET）：按一下“RESET”键，所有显示数据清除、复零。（3）保持键（HOLD）：按下锁住时能记忆所显示数据。（4）显示器测试键（DISPLAYTEST）：按下该键检查显示器是否完好，正常时LED和所有小数点及溢出指示OVER灯全亮。（5）分辨率选择键（RESOLUTION）：根据测量需要选择合适的分辨力。（6）高频通道和超高频通道测量选择键（HF/UHF）：当测量频率在10Hz~60MHz范围时选择HF键，测量频率超过60MHz时应选择UHF键。操作示范（7）测量范围选择键（0MHz/60MHz）：当测量频率在10Hz~10MHz时选择10MHz，当测量频率在10MHz~60MHz时选择60MHz。（8）HF通道输入端口。（9）UHF通道输入端口。（10）八位LED显示窗。（11）溢出指示灯（VOER）:当计算器溢出时“OVER”灯亮。（12）闸门指示灯（GATE）：当计数器处于测量状态时“GATE”灯亮，在数据撤换时该灯熄灭。操作示范4、主要技术性能：频率测量：（1）HF：10Hz—10MHz；10MHz—60MHz；（2）UHF:20MHz—1200MHz；（3）测量误差：不超过；输入阻抗：HF：不小于1；UHF;50分辨率：（1）HF：10Hz~10MHz：100Hz、10Hz、1Hz、0.1Hz10MHz~60MHz：1KHz、100Hz、10Hz、1Hz；（2）UHF：10KHz、1KHz、100Hz、10Hz。操作示范（三）使用说明：1、频率计使用方法：频率计是采用数字电路制做成的能实现对周期性变化信号频率测量的仪器。频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。使用方法如下：（1）后面板输入220V10%50Hz电源，按下“POWER”键通电预热15分钟，可稳定工作。（2）将保持键“HOLD”处于释放状态，分辨力选择键“RESOLUTION”选择HF10Hz（UHF1KHz）档。（3）测量信号在10Hz—10MHz频段内时输入“HF”端，按下测量选择“HF”键及“10MHz”键，这时候“GATE”灯熄灭测量即告完毕，可从显示窗读出测量值。操作示范（三）使用说明：1、频率计使用方法：（4）测量信号在10MHz—60MHz频段内时输入“HF”端，按下测量选择“HF”键及“60MHz”键，这时候“GATE”灯熄灭测量即告完毕，可从显示窗读出测量值。（5）测量信号在60MHz—1200MHz频段内时输入“UHF”端，按下测量选择“UHF”键,这样便可完成UHF频率测量。（6）在测量速度要求较高的情况下分辨率选择键可选择HF100Hz（UHF10KHz），反之，在测量较低频率时为得到足够的测量精度可选择HF1Hz（UHF100Hz）或更大。（7）当不需要前次测量所显示数据时，可按一次“RESET”予以复位。（8）若对显示数据需要记忆时，可按下“HOLD”键锁住，需要新测量时要释放该键。操作示范在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。操作示范在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。操作示范（四）、实训1、明确任务使用多功能频率计捕捉到信号发生器产生的不同信号的频率变化。每小组在任务完成中要用到的电器元件：信号发生器一台、数字频率计一台、信号线若干。操作示范（四）、实训1、明确任务使用多功能频率计捕捉到信号发生器产生的不同信号的频率变化。每小组在任务完成中要用到的电器元件：信号发生器一台、数字频率计一台、信号线若干。操作示范2、操作实例利用信号发生器产生1MHz，峰值1V的正弦波，使用频率计测量频率。步骤为：1）准备工作：插电源，合理连接仪器。2）利用信号发生器产生1MHz，有效值1V的正弦波。3）参照频率计使用方法测频率。操作示范信号发生器数字频率计操作示范小组讨论，合作完成以下内容：1、阐述频率的定义、单位。

2、阐述频率计测量频率的基本原理。

3、说明频率计的基本构成。

4、正确使用频率计。合作学习小结：展示评价思考与提高：1、物质在（）秒内完成周期性变化的次数叫做频率，常用（）表示，单位为（），简称（）。2、测量频率的方法有很多，按照其工作原理分为（）、（）、（）和（）等。3、频率计主要由四个部分构成：（）、（）、（）以及（）。4、若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=（）。展示评价5、用计数器测频率，已知闸门时间和计数值N如下表所示，求各种情况下的fx=？T

10s

1s

0.1s

10ms

1ms

N

1000000

100000

10000

1000

100

fx

展示评价任务二、周期测量明确任务（一）、周期概述：1、定义：事物在运动、变化过程中，某些特征多次重复出现，其连续两次出现所经过的时间叫周期。如，正弦交流电完成一次循环变化所用的时间叫做周期，用字母T表示，单位为秒(s)。显然正弦交流电流或电压相邻的两个最大值(或相邻的两个最小值)之间的时间间隔即为周期。明确任务（一）、周期概述：2、周期测量：周期的测量即被测信号的相同特征的重复间隔时间测量。例如：信号的上升沿、下降沿。主要是利用频率计，在参考时钟驱动下，测量两次特征重复之间的时间。（二）、频率计：频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，拥有非常广泛的应用范围。图2-1频率计频率计主要由四个部分构成：输入电路、时基（T）电路、计数显示电路以及控制电路。主要构成如下：图2-2频率计主要构成操作示范输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，三角波。而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。所以在通过整形之前通过放大衰减处理。当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。当输入信号电压幅度较小时，若前级输入衰减为零时不能驱动后面的整形电路，则调节输入放大的增益，被测信号得以放大。操作示范时基和闸门电路：闸门电路是控制计数器计数的标准时间信号，被测信号的脉冲通过闸门进入计数器的个数就是由闸门信号决定的，闸门信号的精度很大程度上决定了频率计的频率测测量精度。当要求频率测量精度高时，应使用晶体振荡器通过分频获得。时基信号可由555定时器构成一个较稳定的多谐振荡器，经整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基准时间。被测信号通过闸门，作为计数器的时钟信号。操作示范计数显示电路：在闸门电路导通的情况下，开始计数被测信号中有多少个上升沿。在计数的时候数码管不显示数字。当计数完成后，此时要使数码管显示计数完成后的数字。图2-3时基产生电路和计数器显示电路操作示范控制电路：控制电路里面要产生计数清零信号和锁存控制信号。控制电路工作波形的示意图如图所示

图2-4控制电路工作波形示意图操作示范2、频率测量原理：频率为fx的被测信号经A通道放大整形后输往主门(闸门)。同时，晶体振荡器输出信号经分频器可获得各种时间标准(称时标)，闸门时间选择开关将所选时标信号加到门控双稳，再经门控双稳形成控制主门启闭的作用闸门时间T。则在所选T内主门开启，被测信号通过主门进入计数器计数。若计数器计数值为N，则被测信号的频率fx为：Fx=N×T操作示范图2-5频率测量原理操作示范3、周期测量原理：周期为Tx的被测信号经B通道处理后再经门控双稳输出作为主门启闭的控制信号，使主门仅在被测周期Tx时间内开启。同时，晶体振荡器输出经倍频和分频得到了一系列的时标信号，通过时标选择开关，所选时标即经A通道送往主门。在主门开启时间内，时标进入计数器计数。若所选时标为T0，计数器计数值为N，则被测信号的周期为：Tx=N×T0如果被测周期较短，可以采用多周期测量的方法来提高测量精度，即在B通道和门控双稳之间插入十进分频器，这样使被测周期得到倍乘即主门的开启时间得到了倍乘。若周期倍乘开关选为×，则计数器所计脉冲个数将扩展倍，所以被测信号的周期为：

操作示范图2-6周期测量原理操作示范（三）使用说明：以下以E312型数字频率计为例，说明周期测量的方法。1、仪器面板各旋钮的作用：操作示范图2-7E-312型数字频率计的面板框图操作示范（1）显示方式选择兼电源开关。（2）闸门指示氖灯。氖灯亮时，表示主门开启；不亮时，主门关闭。（3）显示时间旋钮。调节范围为0.5s～∞。（4）时标选择开关。共分五档，0.1µs、1µs、10µs、0.1ms、1ms。（5）倍乘及闸门时间选择开关。共分五档，1ms、10ms、0.1s、1s、10s；本开关也可作为测量周期和频率比时的倍乘选择开关，共分五档：操作示范（6）人工复零按钮。（7）停止-计数选择开关。工作方式选择开关置于计数A档时，由此开关控制计数器的起始和终止时间。（8）工作方式选择开关。具有8种功能，即计数A、外控时间间隔A/BC、频率比A/B、自校、频率A、时间间隔BC、时间B、周期B。（9）“+”“－”选择开关。可选择脉冲上升或下降沿触发。（10）A、B、C通道输入端。（11）输入衰减开关及旋钮。（12）输入电平（A）指示器。指示输入A通道信号幅度的大小，测量时应调节A通道输入衰减开关，使指针指示在表头中间“1”处。操作示范2、使用方法（1）接通电源，将仪器背面钮子开关拨至“内接”处，仪器预热1h，再将“显示方式兼电源开关”置于“记忆”或“不记忆”处，此时数码显示器亮，表明整机电源正常。（2）根据说明书对仪器的时基电路、门电路及计数器进行自校检查。（3）调节显示时间。当顺时针方向转动“显示时间”旋钮时，显示时间由短变长，当转至端点∞时，显示时间由自动复原转为人工控制（按下复原按钮，电路复原）。复原后门电路开启，闸门指示氖灯亮，重新开始计数。（4）记忆和不记忆显示。当开关置于“记忆”时，被测频率值稳定地显示在数码管上。当开关置于“不记忆”时，显示数字在闸门开启时计数，显示时间结束后复零，然后重新计数。操作示范3、测量周期:将“工作方式”开关置于“时间B”档，被测信号由“输入B输入；调节倍乘开关可以提高测量精度，因为倍乘越高，读数的有效位越多；时标