电子测量与仪器课件 第七章 频率和时间测量及仪器1
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1、第 7 章 频 率 和 时 间 测 量 及 仪 器 1 第第7章章 频率和时间测量及仪器频率和时间测量及仪器7.1 概述概述时间时间:含意有二，时刻和时间间隔含意有二，时刻和时间间隔周期周期:在相等在相等时间间隔时间间隔内重复发生的现象称为周期现象，内重复发生的现象称为周期现象，该时间间隔称为周期。该时间间隔称为周期。频率频率:描述周期现象最重要的物理量，周期信号在单位时描述周期现象最重要的物理量，周期信号在单位时间内变化的次数间内变化的次数通常用电子计数器测量时间和频率。通常用电子计数器测量时间和频率。计数法在实质上属于比较法，比较法是利用已知的标准的计数法在实质上属于比较法，比较法是利用已
2、知的标准的参考频率同被测频率进行比较而测得被测信号的频率。参考频率同被测频率进行比较而测得被测信号的频率。第 7 章 频 率 和 时 间 测 量 及 仪 器 2 7.1.1 无源测频法无源测频法 (直读法）直读法）主要包括谐振法、电桥法和频率主要包括谐振法、电桥法和频率-变换电压法等方法。变换电压法等方法。 1. 谐振法谐振法 图图7.1所示为谐振法测频基本原理所示为谐振法测频基本原理图。被测信号经互感图。被测信号经互感M与与LC串联谐振串联谐振回路进行松耦合，改变可变电容器回路进行松耦合，改变可变电容器C，使回路发生串联谐振。谐振时回路电流使回路发生串联谐振。谐振时回路电流I达到最大。被测频
3、率达到最大。被测频率fx可用下式计算可用下式计算: （7-1）式中，式中，f0为谐振回路的谐振频率，为谐振回路的谐振频率，L、C分别为谐振回路谐振电分别为谐振回路谐振电感和谐振电容。感和谐振电容。 VLCMfx图图7.1 谐振法测频原理谐振法测频原理LCff210 x第 7 章 频 率 和 时 间 测 量 及 仪 器 32. 电桥法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、谐振电桥和双用的有文氏电桥、谐振电桥和双T电
4、桥电桥频率频率-电压变换法测频就是先把频率变换为电压或电流，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。图然后以频率刻度的电压表或电流表来指示被测频率。图7.2(a)为频率为频率-电压变换法测正弦波频率原理框图。首先把正弦信号电压变换法测正弦波频率原理框图。首先把正弦信号变换为频率与之相等的尖脉冲变换为频率与之相等的尖脉冲uA，然后加至单稳多谐振荡器，然后加至单稳多谐振荡器，产生频率为产生频率为fx、宽度为、宽度为、幅度为、幅度为Um的矩形脉冲列的矩形脉冲列uB(t)，如图，如图7.2(b)所示所示第 7 章 频 率 和 时 间 测 量 及 仪 器
5、 4脉冲形成脉冲形成单稳多谐振荡器单稳多谐振荡器积分积分ux(fx)ABUoUoUmuBtttuxuATxTxTx(b)(a)图图7.2 频率频率-电压变换法测频原理图电压变换法测频原理图第 7 章 频 率 和 时 间 测 量 及 仪 器 5 可见，当可见，当Um、一定时，一定时，Uo指示就构成频率指示就构成频率电压变换电压变换型直读式频率计，电压表直接按频率刻度。该频率计最高频型直读式频率计，电压表直接按频率刻度。该频率计最高频率可达几兆赫。率可达几兆赫。 x0 xmBxo)(1TfUdttuTU第 7 章 频 率 和 时 间 测 量 及 仪 器 67.1.2 比较法比较法有源比较测频法主要
6、包括拍频法和差频法。有源比较测频法主要包括拍频法和差频法。1.拍频法拍频法拍频法是将被测信号与标准信号经线性元件（如耳机、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，其原理电路如图电压表）直接进行叠加来实现频率测量的，其原理电路如图7.3所示。所示。 V耳机耳机fsfx(a)示波器示波器(b)图图7.3 拍频法测频原理拍频法测频原理第 7 章 频 率 和 时 间 测 量 及 仪 器 7当两个音频信号逐渐靠近时，耳机中可以听到两个高低不当两个音频信号逐渐靠近时，耳机中可以听到两个高低不同的音调。当这两个频率靠近到差值不到同的音调。当这两个频率靠近到差值不
7、到46Hz时，就只能听时，就只能听到一个近于单一音调的声音，这时，声音的响度作周期性的变到一个近于单一音调的声音，这时，声音的响度作周期性的变化，再观察电压表，会发现指针在有规律地来回摆动，示波器化，再观察电压表，会发现指针在有规律地来回摆动，示波器上则可得到如图上则可得到如图7.3(b)所示的波形。拍频法通常只用于音频的测所示的波形。拍频法通常只用于音频的测量，而不宜用于高频测量。量，而不宜用于高频测量。第 7 章 频 率 和 时 间 测 量 及 仪 器 82.差频法差频法高频段测频常用差频法测量。差频法是利用非线性器件和高频段测频常用差频法测量。差频法是利用非线性器件和标准信号对被测信号进
8、行差频变换来实现频率测量的，其工作标准信号对被测信号进行差频变换来实现频率测量的，其工作原理如图原理如图7.4所示。所示。fx和和fs两个信号经混频器混频和滤波器滤波后两个信号经混频器混频和滤波器滤波后输出二者的差频信号，该差频信号落在音频信号范围内，调节输出二者的差频信号，该差频信号落在音频信号范围内，调节标准信号频率，当耳机中听不到声音时，表明两个信号频率近标准信号频率，当耳机中听不到声音时，表明两个信号频率近似相等。似相等。 fxV混频混频滤波放大滤波放大fs图图7.4 差频法测频原理差频法测频原理耳机耳机第 7 章 频 率 和 时 间 测 量 及 仪 器 97.2 电子计数器概述电子计
9、数器概述7.2.1 分类分类按其测试功能的不同，电子计数器分为以下几类：按其测试功能的不同，电子计数器分为以下几类：（1）通用电子计数器）通用电子计数器（2）频率计数器）频率计数器（3）计算计数器）计算计数器（4）特种计数器）特种计数器第 7 章 频 率 和 时 间 测 量 及 仪 器 107.2.2 基本组成基本组成：A输入通道输入通道闸门闸门十进制计数显示十进制计数显示门控电路门控电路逻辑控制电路逻辑控制电路B输入通道输入通道测频测频累加计数累加计数测时间测时间倍频器倍频器晶振晶振分频器分频器时标选择时标选择标准时间产生电路标准时间产生电路闸门时间选择闸门时间选择人工触发人工触发功能功能变
10、换变换图图7.5 通用电子计数器的组成框图通用电子计数器的组成框图第 7 章 频 率 和 时 间 测 量 及 仪 器 117.2.3 主要技术指标主要技术指标 1.测试功能测试功能 2.测量范围测量范围 3.输入特性输入特性（1）输入耦合方式：有）输入耦合方式：有AC和和DC两种方式两种方式（2）触发电平及其可调范围）触发电平及其可调范围（3）输入灵敏度）输入灵敏度（4）最高输入电压）最高输入电压（5）输入阻抗（输入阻抗包括输入电阻和输入电容）。）输入阻抗（输入阻抗包括输入电阻和输入电容）。4. 测量准确度测量准确度 第 7 章 频 率 和 时 间 测 量 及 仪 器 125.闸门时间和时标闸
11、门时间和时标闸门时间和时标由标准时间电路产生的信号决定。可以提闸门时间和时标由标准时间电路产生的信号决定。可以提供的闸门时间和时标信号有多种。供的闸门时间和时标信号有多种。6.显示及工作方式显示及工作方式（1）显示位数）显示位数（2）显示时间）显示时间（3）显示器件）显示器件（4）显示方式）显示方式7.输出输出输出是指仪器可输出的时标信号种类、输出数码输出是指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。的编码方式及输出电平。第 7 章 频 率 和 时 间 测 量 及 仪 器 137.3 通用电子计数器通用电子计数器7.3.1 测量频率测量频率周期性信号在单位时间内重复的次数称为频率
