頻率與時間的測量課件

第6章頻率與時間測量

6.1頻率與時間測量的特點與方法6.2通用電子計數(shù)器6.3等精度時間/頻率測量6.4EE3376型可程控通用計數(shù)器簡介6.1頻率與時間測量的特點與方法6.1.1頻率與時間測量的特點：頻率：周期信號在單位時間（1s）內(nèi)變化的次數(shù)，單位是Hz周期：出現(xiàn)相同現(xiàn)象的最小時間間隔。

特點：（1）時頻測量具有動態(tài)性質(zhì)。 （2）測量精度高。 （3）測量范圍廣。 （4）頻率信息的傳輸和處理比較容易。6.1.2頻率測量的方法（1）諧振法：利用LC回路的諧振特性進行測頻(如諧振式波長表可測無源LC回路的固有諧振頻率）,測頻范圍為0.5~1500MHz。（2）外差法：改變標準信號頻率，使它與被測信號混合，取其差頻，當差頻為零時讀取頻率。這種外差式頻率計可測高達3000MHz的微弱信號的頻率，測頻精確度為10-6左右。（3）示波法：在示波器上根據(jù)李沙育圖形或信號波形的周期個數(shù)進行測頻。這種方法的測量頻率范圍從音頻到高頻信號皆可。（4）電子計數(shù)器法：直接計數(shù)單位時間內(nèi)被測信號的脈沖數(shù)，然后以數(shù)字形式顯示頻率值。這種方法測量精確度高、快速，適合不同頻率、不同精確度測頻的需要。6.2通用電子計數(shù)器6.2.1通用電子計數(shù)器的主要技術(shù)性能（1）測試性能：儀器所具備的測試功能，如測量頻率、周期、頻率比等。（2）測量范圍：儀器的有效測量范圍。在測頻和測周期時，測量范圍不同。測頻時要指明頻率的上限和下限；測周期時要指明周期的最大值和最小值。（3）輸入特性：通用電子計數(shù)器一般由2~3個輸入通道組成，需分別指出各個通道的特性。（4）測量準確度：常用測量誤差來表示，主要由時基誤差和計數(shù)誤差決定，時基誤差由內(nèi)部晶體振蕩器的穩(wěn)定度確定。（5）閘門時間和時標：由機內(nèi)時標信號源所能提供的時間標準信號決定。（6）顯示及工作方式：

顯示位數(shù)：可顯示的數(shù)字位數(shù)，如常見的8位。 顯示時間：兩次測量之間顯示結(jié)果的時間，一般是可調(diào)的。顯示方式：有記憶和不記憶兩種顯示方式。（7）輸出：包括儀器可輸出的時標信號種類、輸出數(shù)據(jù)的編碼方式及輸出電平等。6.2.2通用電子計數(shù)器的測量功能1.頻率測量

頻率的測量實際上就是在單位時間內(nèi)對被測信號的變化次數(shù)進行累加計數(shù)。設(shè)開門時間為T，在時間T內(nèi)，從主門通過的脈沖個數(shù)為N，則被測信號的頻率fx為用E312A型通用計數(shù)器測一輸入頻率fx=100000Hz的信號，顯示電路所顯示讀數(shù)隨閘門時間的不同而不同，見表。2.周期測量周期是頻率的倒數(shù)，因此周期的測量和頻率的測量正好相反。設(shè)被測信號的周期為Tx，時標信號的周期為To，在時間Tx內(nèi)，有N個時標脈沖通過主門，則被測信號的周期為

Tx=N

To

它實際上是多個被測周期的平均值，即4.相位差測量

相位差測量通常是指兩個同頻率的信號之間的相位差的測量。相位差測量的主要方法有示波器法、比較器法、直讀法等。利用電子計數(shù)器也可進行相位差的測量，它是時間間隔測量的一個應(yīng)用。瞬時值數(shù)字相位差測量原理框圖如圖所示，通過測量兩個正弦波上兩個相應(yīng)點之間的時間間隔，可換算出它們之間的相位差。設(shè)被測信號周期為Tx，門控信號u3的寬度，亦即兩個信號相位差Δφ對應(yīng)的時間為tφ，則：式中，Ts為時標信號周期。由以上兩式可得：兩次測量結(jié)果取平均值：再利用上式可得相位差。瞬時值數(shù)字相位差測量工作波形：5.頻率比fB/fA測量頻率比是指兩路信號源的頻率的比值。其測量原理與頻率、周期測量的原理類似。7.自校在使用電子計數(shù)器測量之前，應(yīng)對電子計數(shù)器進行自校，一是檢驗電子計數(shù)器的邏輯關(guān)系是否正常，二是檢驗電子計數(shù)器能否準確地進行定量測量。6.2.3通用電子計數(shù)器的基本組成通用電子計數(shù)器一般由六大部分組成。6.2.4通用電子計數(shù)器的測量誤差1.測量誤差的來源1）量化誤差如圖所示，雖然閘門開啟時間都為T，但因為閘門開啟時刻不一樣，計數(shù)值一個為9，另一個卻為8，兩個計數(shù)值相差1。量化誤差的相對誤差為:2.測量誤差分析與提高測量精度的方法 1）測頻誤差 通過前面的介紹，測頻量化誤差可用下式表示： 2）測周誤差 測周誤差包括測周量化誤差和觸發(fā)誤差。 (1)測周量化誤差。 參照圖6.3，以及對測頻量化誤差的分析，測周量化誤差為（6-10） (2)測周觸發(fā)誤差。 因為一般門電路采用過零觸發(fā)，可以證明觸發(fā)誤差可按下式近似表示： 3）中界頻率的確定 忽略隨機誤差，根據(jù)中界頻率的定義，可得到中界頻率的計算公式： （6-12）（6-11）4）多周期測量 除采取以上措施外，測量時還應(yīng)注意以下事項： (1)每次測試前應(yīng)先對儀器進行自校檢查，當顯示正常時再進行測試。 (2)當被測信號的信噪比較差時，應(yīng)降低輸入通道的增益或加低通濾波器。 (3)為保證機內(nèi)晶體穩(wěn)定，應(yīng)避免溫度有大的波動和機械振動，避免強的工業(yè)磁電干擾，儀器的接地應(yīng)良好。6.3等精度時間/頻率測量6.3.1等精度測量原理 下圖示出了等精度測量原理。測量時，儀器先產(chǎn)生閘門預備信號，由被測信號脈沖的上升沿觸發(fā)同步門E，主門E開啟，E計數(shù)器計數(shù)。與此同時，時鐘脈沖的上升沿觸發(fā)同步門T，主門T開啟，T計數(shù)器計數(shù)。

等精度測量邏輯時序圖：6.3.2時間間隔平均測量原理 時間間隔測量時序圖如圖所示。6.4EE3376型可程控通用計數(shù)器簡介 6.4.1EE3376型可程控通用計數(shù)器原理及電路介紹

6.4.2EE3376型可程控通用計數(shù)器的