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文檔簡介

1、第七章 頻率和時間丈量及儀器主講:張作狀* 教學(xué)目的:* 教學(xué)重點(diǎn):了解測頻的方法、電子計數(shù)器的組成、技術(shù)目的,了解其任務(wù)原理,掌握其運(yùn)用方法。通用電子計數(shù)器的組成、丈量原理、丈量誤差的來源及減小措施,通用電子計數(shù)器的運(yùn)用方法、擴(kuò)頻方法,數(shù)字相位計的任務(wù)原理。7.1 概述* 時間與頻率的原始基準(zhǔn)一、天文時標(biāo)1、世界時:2、平太陽時:二、原子時標(biāo)(AT)第一世界時UT1第二世界時UT2零類世界時UT0準(zhǔn)確度10-6量級準(zhǔn)確度10-9量級(根據(jù)太陽計量時間的計時系統(tǒng))根據(jù)地球自轉(zhuǎn)確定的時間計量系統(tǒng)* 時頻丈量的特點(diǎn)2、運(yùn)用范圍廣3、自動化程度高4、丈量速度快1、丈量精度高最高10-14 從百分之一

2、赫茲到1012赫茲以上* 頻率丈量的方法模擬法無源測頻法直讀法比較法諧振法電橋法頻率電壓變換法拍頻法差頻法示波法數(shù)字法電容充放電法電子計數(shù)器法李沙育圖形法測周期法7.1.1 無源測頻法1、諧振法:被測信號經(jīng)互感M與LC串聯(lián)諧振回路進(jìn)展松耦合,改動可變電容C,使回路發(fā)生串聯(lián)諧振。諧振時回路電流到達(dá)最大。fx=f0=1/ 2 LCcfxvfxML諧振法測頻原理C 2、電橋法:平衡條件與頻率有關(guān)的電橋都可以用來丈量頻率,電橋的頻率特性應(yīng)盡能夠鋒利。常用的電橋有:文氏電橋、諧振電橋、雙T電橋。(R1+1/jxc1)R4=R2/(1+j xc2 R2)R3取R1= R2=R,C1=C2=C,那么由f=

3、/2 得 fx=1/2RCR3R4C1R1R2C2fxRCfxfx= x/2 =1/ 2 R1 R2 C1 C23、頻率電壓變換法:頻率電壓變換法測頻就是先把頻率信號變換為電壓或電流信號,然后用帶有頻率刻度的電壓表或電流表直接得出被測頻率。ux脈沖構(gòu)成A單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器B積分U07.1.2 比較法1、拍頻法:將被測信號與規(guī)范信號經(jīng)線性元件直接進(jìn)展疊加來實現(xiàn)頻率的丈量。通常只用于音頻的丈量。v耳機(jī)示波器fxfs拍頻法測頻原理圖2、差頻法:利用非線性器件和規(guī)范信號對被測信號進(jìn)展差頻變換來實現(xiàn)頻率的丈量。適用于高頻段的丈量。耳機(jī)混頻濾波放大器V差頻法測頻原理fsfx7.2 電子計數(shù)器7.2.1 分類

4、1、通用電子計數(shù)器2、頻率計數(shù)器3、計算計數(shù)器4、時間計數(shù)器5、特種計數(shù)器7.2.2 根本組成+12v1HZ與門4輸入單元主門十進(jìn)制電子計數(shù)器fx門控電路邏輯控制單元10/110/110/110/110ms0.1s1s10s1KHZ100HZ10HZ與門1與門2與門3時標(biāo)信號10/110/110/1石英振蕩器分頻器頻率計數(shù)器組成方框圖1HZ7.2.3 技術(shù)目的1、測試功能2、丈量范圍3、輸入特性4、丈量準(zhǔn)確度5、閘門時間和時標(biāo)6、顯示及任務(wù)方式7、輸出7.3 通用電子計數(shù)器7.3.1 丈量頻率 被測信號經(jīng)過放大整形,轉(zhuǎn)變?yōu)橛嫈?shù)脈沖,作為閘門的輸入信號。門控電路輸出的門控信號控制閘門的啟閉。在閘

5、門開啟期間計數(shù)電路對脈沖進(jìn)展計數(shù)。 在知的規(guī)范時間內(nèi)累計未知的待測輸入信號的脈沖的個數(shù),實現(xiàn)頻率的丈量。脈沖形成電路閘門門控電路時基信號發(fā)生器12345十進(jìn)制計數(shù)器電子計數(shù)器測頻原理方框圖時基T任務(wù)波形圖12345NTX=N/fx=KfTsfx=N/ KfTsN= KfTs fxNT m=N/mfx=KfTsfx=N/ m KfTsN= mKfTs fx被測信號經(jīng)過m次倍頻N 閘門開啟期間十進(jìn)制計數(shù)器的計數(shù)脈沖個數(shù)被測信號的頻率晶振信號周期分頻次數(shù)fxTsKf為了使N值能直接表示fx:TX=1SN=100,000 1 0 0. 0 0 0 KHZN=10,000TX=0.1S 1 0 0 .0

6、 0KHZ小數(shù)點(diǎn)自動向右移一位7.3.2 丈量周期 被測信號控制門控電路輸出門控信號控制閘門的啟閉,晶振信號經(jīng)倍頻后構(gòu)成計數(shù)脈沖,作為閘門的輸入信號。 在未知的待測時間間隔內(nèi)累計知的規(guī)范時間脈沖個數(shù),實現(xiàn)周期的丈量。KfTX=NTs/m=N/mfsTX=N/mKffs=NTs/mKfN=mKfTx/TS晶振 倍頻器m閘門計數(shù)顯示fs=1/TsTs/m放大整型電路 分頻器1/KfTXTXKfTX門控電路電子計數(shù)器測周原理方框圖 由上述得知,通用電子計數(shù)器無論測頻還是測周,其丈量方法的根據(jù)是: 閘門時間等于計數(shù)脈沖周期與閘門開啟時經(jīng)過的計數(shù)脈沖個數(shù)之積。7.3.3 丈量頻率比 兩個輸入信號加到電子

7、計數(shù)器輸入端,假設(shè)信號a的頻率大于信號b的頻率那么:信號b經(jīng)B通道輸入,對閘門進(jìn)展控制;信號a那么經(jīng)A通道輸入,構(gòu)成計數(shù)脈沖,作為閘門的輸入信號。Kf TB=N TA/mfA/ fB=N/(mKf)閘門計數(shù)顯示fA=1/TA放大整型電路BTB=1/fB門控電路fA放大整型電路AfB丈量頻率比原理框圖7.3.4 丈量累加計數(shù) 累加計數(shù)是指在限定時間內(nèi),對輸入信號反復(fù)次數(shù)進(jìn)展累加。其丈量原理與丈量頻率類似,不過此時門控電路由人工控制。閘門計數(shù)顯示fA=1/TA門控電路fA放大整型電路AS啟動終止丈量累加計數(shù)原理方框圖7.3.5 丈量時間間隔 控制閘門啟閉的是兩個或單個輸入信號在不同點(diǎn)產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖。觸發(fā)器的觸發(fā)電平與觸發(fā)極性選擇開關(guān)決議觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生。1、兩個輸入信號時,S1處于“單獨(dú)位置;起始脈沖TA,終止脈沖TB在正極性,50%電平處產(chǎn)生 。TAB=NTS/m2、一個輸入信號時, S1處于“公共位置;起始脈沖在正極性觸發(fā),終止脈沖在負(fù)極性觸發(fā),觸發(fā)電平均為50%。=NTS/mTB晶振倍頻 器m閘門計數(shù)顯示TsTs/m觸發(fā)器1TA觸發(fā)器2S1單獨(dú)公共起始觸發(fā)器終止觸發(fā)器門控電路丈量時間間隔原理框圖7.3.6 自檢 自檢過程與丈量頻率原理類似,不過自檢的計數(shù)脈沖與門控信號均為晶振信號經(jīng)

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