電子測量儀器 第3版 課件 項目4 頻率和時間測量

《電子測量》項目四頻率和時間測量

項目四頻率和時間測量

本章提要

在電子測量技術(shù)中，經(jīng)常涉及對信號的頻率、相位和時間等參數(shù)的測量。頻率是最基本的參數(shù)，所以對頻率的測量顯得尤為重要。相位測量和時間測量是密切相關(guān)的，相互之間可以轉(zhuǎn)化。電子計數(shù)器及頻率計是測量頻率的常用儀器，同時亦可測量與頻率相關(guān)的其他參量。任務(wù)1通用電子計數(shù)器的使用任務(wù)描述

知識要點一、頻段的劃分及常用的測頻方法1、頻段的劃分國際上規(guī)定30kHz以下為甚低頻、超低頻段，30kHz以上每10倍頻程依次劃分為低、中、高、甚高、特高、超高等頻段。音頻頻段為20Hz~20kHz，視頻頻段為20Hz~10MHz，射頻頻段為30kHz至幾十吉赫茲。在電子測量技術(shù)中，常以30kHz為界，其下稱為低頻測量，其上稱為高頻測量；還有一種劃分方法是以100kHz（或1MHz）為界，其下稱為低頻測量，其上稱為高頻測量。通常正弦波信號發(fā)生器是以第二種方法劃分的。知識要點一、頻段的劃分及常用的測頻方法2、測量頻率的方法

（1）無源測頻法

無源測頻法是利用電路的頻率響應(yīng)特性來測量頻率的方法。無源測頻法又分為諧振法和電橋法兩種。諧振法用LC諧振回路，調(diào)節(jié)電容使其諧振頻率與被測信號頻率相同，此時回路電流最大，通過電表指示其頻率值，這種方法多用于高頻頻段的測量。電橋法因調(diào)節(jié)不便，誤差較大，已很少使用。（2）有源比較測頻法有源比較測頻法是將被測頻率與一個標(biāo)準(zhǔn)有源信號相比較的測量方法。常用的有源比較測頻法有拍頻法、差頻法和示波器測量法。示波器測量法有李薩育圖形法和測周期法兩種測頻方法。前者當(dāng)頻率比較高時，示波器顯示的波形難以穩(wěn)定，所以該方法適用于低頻測量，但由于調(diào)節(jié)不便，已很少使用。用寬頻帶示波器通過測量周期的方法獲得被測信號的頻率值，雖然誤差較大，但對于要求不太高的場合是比較方便的。（3）計數(shù)法

計數(shù)法是利用電子計數(shù)器測量頻率的方法。實質(zhì)上，這種方法仍然屬于有源比較測頻法，計數(shù)法中最常用的測頻方法是電子計數(shù)器測頻法。電子計數(shù)器測頻法是利用電子計數(shù)器顯示單位時間內(nèi)通過被測信號的周期數(shù)來實現(xiàn)頻率的測量，這是目前最好的測頻方法。知識要點

知識要點E-312A控制面板知識要點名稱功能電源開關(guān)按下開關(guān)即為機(jī)內(nèi)電源接通，儀器可正常工作。復(fù)位鍵每按一次，產(chǎn)生一次人工復(fù)位信號。功能選擇模塊由一個三位撥動開關(guān)和五個按鍵組成，當(dāng)撥動開關(guān)處于右邊位置時，整機(jī)執(zhí)行自診斷功能，顯示10MHz鐘頻，位數(shù)隨閘門時間不同而不同；撥動開關(guān)處于左邊位置時，撥動前測得的數(shù)據(jù)保持顯示不變（撥動開關(guān)處于上述二位置時，5個按鍵失去作用）；當(dāng)撥動開關(guān)處于中間位置時，整機(jī)功能由5個按鍵的位置決定，5個按鍵完成6種功能的選擇，按下“頻率”鍵時，儀器進(jìn)行頻率測量；按下“周期”鍵時，儀器進(jìn)行周期測量；按下“時間”鍵時，儀器進(jìn)行時間間隔測量；按下“計數(shù)”鍵時，儀器進(jìn)行計數(shù)測量；按下“插測”鍵時，儀器進(jìn)行功能擴(kuò)展測量。5個按鍵之間為互鎖關(guān)系，5個鍵中只能按下其中之一，當(dāng)5個全部彈出時，儀器進(jìn)行頻率比測量。知識要點名稱功能閘門選擇模塊由三個按鍵組成，可選擇4擋閘門和相應(yīng)的4種倍乘率。按下“0.1s（×10）”鍵時，儀器選通0.1s閘門或10倍乘；按下“1s（×100）”鍵，儀器選通1s閘門或100倍乘；按下“10s（×1k）”鍵，儀器選通10s閘門或1000倍乘；3個鍵都彈出時，儀器選通10ms閘門或×1)。至于是閘門還是倍乘，應(yīng)同時結(jié)合功能選擇而定，進(jìn)行頻率、自校測量時，選擇的為閘門；進(jìn)行周期、時間測量時選擇的是倍乘率。閘門指示閘門開啟，發(fā)光二極管亮（紅色）。晶振指示發(fā)光二極管亮（綠色），表示晶體振蕩器電源接通。顯示器8位七段LED顯示，小數(shù)點自動定位。知識要點名稱功能單位指示A輸入插座

頻率、周期測量時的被測信號，時間間隔測量時的啟動信號以及A/B測量時的A輸入，均由此處輸入B輸入插座時間間隔測量時的停止信號，A/B測量時的B信號，均由此處輸入分-合鍵按下時為“合”，B輸入通道斷開，A、B通道相連，被測信號從A輸入端輸入；彈出時為“分”，A、B為獨立的通道。輸入信號衰減鍵彈出時，輸入不衰減地進(jìn)入通道，按下時，輸入信號衰減為十分之一后進(jìn)入通道。斜率選擇鍵

選擇輸入波形的上升或下降沿。按下時，選擇下降沿，彈出時，選擇上升沿。知識要點名稱功能觸發(fā)電平調(diào)節(jié)器由帶開關(guān)的推拉電位器組成，通過電位器阻值的調(diào)整完成觸發(fā)電平的調(diào)節(jié)作用，調(diào)節(jié)電位器可使觸發(fā)電平在-1.5V~1.5V（不衰減）或-15V~15V（衰減時）連續(xù)調(diào)節(jié)，開關(guān)推入AC耦合，拉出為DC耦合。觸發(fā)電平指示燈表征觸發(fā)電平的調(diào)節(jié)狀態(tài)，發(fā)光二極管均勻閃爍表示觸發(fā)電平調(diào)節(jié)正常，常亮表示觸發(fā)電平偏高，不亮表示觸發(fā)電平偏低。內(nèi)插件位置當(dāng)插入功能擴(kuò)展單元時，就能完成插測功能的擴(kuò)展作用。知識要點

操作指導(dǎo)1、自校檢查在使用E-312A型通用計數(shù)器進(jìn)行測量之前，可對儀器進(jìn)行自校，以判斷儀器工作是否正常。將前面板的三位撥動開關(guān)撥至“自?！睋酰陂l門選擇模塊選擇不同閘門，時標(biāo)信號設(shè)為10MHz，顯示的測量結(jié)果應(yīng)符合下表所示的正確值。操作指導(dǎo)2、頻率測量將前面板的功能選擇模塊中的三位撥動開關(guān)置于中間位置，意味著下面方塊中的五種功能選擇起作用，繼而按下“頻率”鍵，表示儀器已進(jìn)入頻率測量功能。閘門模塊中的四擋閘門的選擇通?？筛鶕?jù)被測頻率的數(shù)值而定，頻率高時可選擇取樣率較高的短閘門時間，頻率低時一般選擇長閘門時間。通道部分的“分-合”鍵彈出，由A輸入端送入適當(dāng)幅度（當(dāng)輸入幅度大時，可通過衰減器按鍵予以衰減）的被測信號。若被測信號為正弦波，則送入后即可正常顯示；若被測信號是脈沖波、三角波、鋸齒波，則需將觸發(fā)電平調(diào)節(jié)推拉電位器拉出，調(diào)節(jié)觸發(fā)電平，此時即可正常顯示被測信號的頻率。操作指導(dǎo)

操作指導(dǎo)

操作指導(dǎo)

操作指導(dǎo)7、插測

E-312A直接測頻的范圍不寬，最高測量頻率為10MHz。當(dāng)需要測量更高頻率時，要使用配套件中的內(nèi)插件，對被測信號預(yù)定標(biāo)（分頻），以擴(kuò)展測頻范圍。將前面板的功能選擇模塊中的三位撥動開關(guān)置于中間位置，按下“插測”鍵，此時輸入信號由內(nèi)插件的輸入插孔輸入，根據(jù)不同的內(nèi)插件，配合功能選擇模塊和閘門選擇模塊的各個按鍵，即可測量并顯示10MHz以上頻率值。8、應(yīng)用實例（1）行同步范圍的測量

行同步范圍是指電視機(jī)能維持同步狀態(tài)的行頻可調(diào)范圍，測量過程如下：將儀器置于頻率測量方式，閘門時間為10s，把行振蕩輸出信號接入A輸入端口，調(diào)節(jié)行振蕩線圈，使儀器顯示標(biāo)準(zhǔn)行頻（15625Hz），同時電視機(jī)上出現(xiàn)穩(wěn)定的圖像。先調(diào)節(jié)行振蕩線圈，使行頻緩慢升高，直至屏幕上的圖像出現(xiàn)失步，記下此時的頻率讀數(shù)。再調(diào)節(jié)行振蕩線圈，使行頻緩慢降低，直至屏幕上的圖像又出現(xiàn)失步，記下此時的頻率讀數(shù)，則可得到行同步范圍。一般要求行同步范圍大于500Hz。操作指導(dǎo)

任務(wù)2數(shù)字頻率計的使用任務(wù)描述數(shù)字頻率計是測量頻率和周期最常用的儀器，由于它具有精度高、使用方便、測量速度快、可靠性高、測量范圍寬、便于實現(xiàn)測量過程自動化等一系列優(yōu)點，因此，在電子和無線電技術(shù)中，數(shù)字頻率計已成為測量頻率、時間和相關(guān)參數(shù)的主要儀器。知識要點DF3380型頻率計面板知識要點名稱作用①電源開關(guān)（POWER）按下時電源接通，彈起時電源斷開。②復(fù)位鍵（RESET）按一下RESET鍵，所有顯示數(shù)據(jù)清除、歸零。③保持鍵（HOLD）按下時能記憶所顯示數(shù)據(jù)④顯示器測試鍵（DISPLAYTEST）按下該鍵檢查顯示器是否完好，正常時8位七段LED和所有小數(shù)點及溢出指示OVER燈全亮（除最高位小數(shù)點外）。⑤分辨力選擇鍵（RESOLUTION）

根據(jù)測量需要選擇合適的分辨力。⑥高頻通道和超高頻通道測量選擇鍵（HF/UHF）

測量頻率在10Hz~60MHz范圍時選擇HF鍵，測量頻率超過60MHz時應(yīng)選擇UHF鍵。⑦測量范圍選擇鍵（10MHz/60MHz）當(dāng)測量頻率在10Hz~10MHz時選擇10MHz，當(dāng)測量頻率在10Hz~60MHz時選擇60MHz。知識要點名稱作用⑧HF通道輸入端口⑨UHF通道輸入端口⑩8位LED顯示窗?溢出指示燈（VOER）當(dāng)計算器溢出VOER燈亮?閘門指示燈（GATE）當(dāng)計數(shù)器處于測量狀態(tài)時GATE燈亮，在數(shù)據(jù)撤換時該燈熄滅。技術(shù)指標(biāo)項目性能指標(biāo)頻率測量①HF:10Hz~60MHz②UHF:60~1200MHz③測量靈敏度：優(yōu)先25mVrms分辨力①HF（10Hz~10MHz）：100Hz、10Hz、1Hz、0.1Hz；HF（10Hz~60MHz）：1kHz、100Hz、10Hz、1Hz②UHF：10kHz、1kHz、100Hz、10Hz觸發(fā)靈敏度①HF:10Hz~10MHz，不大于30mV;10~60MHz,不大于50mV。②UHF:60~700MHz，不大于50mV；700MHz~1GHz,不大于100mV輸入阻抗HF:不小于1MΩ/50pF;UHF：50Ω操作指導(dǎo)一、DF3380型頻率計操作方法1）后面板輸入220V±10%、50Hz電源，按下POWER鍵通電預(yù)熱15min，可穩(wěn)定工作。2）將HOLD鍵置于釋放狀態(tài)，RESOLUTION選擇HF—10Hz（UHF—1kHz）擋。3）測量信號在10Hz~10MHz頻段內(nèi)時信號輸入HF端，按下選擇鍵HF及10MHz，這時候GATE燈熄滅，即告測量完畢，可從顯示窗讀出測量值。4）測量信號在10~60MHz頻段內(nèi)時信號輸入UHF端，按下選擇鍵UHF及60MHz，這時候GATE燈熄滅即告測量完畢，可從顯示窗讀出測量值。5）測量信號在60~1200MHz頻段內(nèi)時信號輸入UHF端，按下選擇鍵UHF，這樣便可完成UHF頻率測量。6）在測量速度要求較高的情況下，RESOLUTION選擇HF—100Hz（UHF—10kHz）擋；反之，在測量較低頻率時為得到足夠的測量精度可選擇HF—1Hz（UHF—100Hz）擋或更大。7）當(dāng)不需要前次測量所顯示數(shù)據(jù)時，可按一次RESET鍵予以復(fù)位。8）若對顯示數(shù)據(jù)需要記憶時，可按下HOLD鍵鎖住，需要新測量時再釋放該鍵。操作指導(dǎo)

知識拓展SG1005J直接數(shù)字合成信號發(fā)生器的計數(shù)器由大規(guī)模CMOS集成電路、超高速ECL電路、TTL電路、高速微處理器等部分組成；內(nèi)部電路采取表面貼片工藝，大大提高了儀器的抗干擾性和使用壽命；操作界面采用全中文、交互式菜單，并有效地利用按鍵資源，避免了用戶頻繁地按鍵操作，大大地增強(qiáng)了可操作性。功能方面，該儀器具有TTL波、正弦波、方波、三角波、調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相、FSK、ASK、PSK、線性頻率掃描、對數(shù)頻率掃描等信號發(fā)生功能，并且可以實現(xiàn)函數(shù)信號任意個數(shù)發(fā)生功能。主波信號頻率最高20MHz（SG1020），頻率分辨力可達(dá)10MHz。此外，儀器還具有頻率測量、周期測量、正脈寬和負(fù)脈寬測量和計數(shù)的功能。

SG1005J直接數(shù)字合成信號發(fā)生器面板知識拓展2、SG1005J直接數(shù)字合成信號發(fā)生器/計數(shù)器面板功能簡介

快捷鍵區(qū)包含“Shift”“頻率”“幅度”“調(diào)頻”“調(diào)幅”“菜單”6個鍵，它們的主要功能是方便用戶快速進(jìn)入某項功能設(shè)定或者是常用的波形快速輸出，主要可以分為以下兩類：①當(dāng)顯示菜單為主菜單時，可以通過單次按下“頻率”“幅度”“調(diào)頻”“調(diào)幅”鍵進(jìn)入相應(yīng)的頻率設(shè)置功能、幅度設(shè)置功能、調(diào)頻波和調(diào)幅波的輸出。任何情況下都可以通過按下菜單鍵來強(qiáng)迫從各種設(shè)置狀態(tài)進(jìn)入主菜單。還可以通過按下“Shift”鍵配合“頻率”“幅度”“調(diào)頻”“調(diào)幅”“菜單”鍵來進(jìn)入相應(yīng)的“正弦波”“方波”“三角波”“脈沖波”的輸出，即為按鍵上面字符串所示；②當(dāng)顯示菜單為頻率相關(guān)的設(shè)置時，快捷鍵所對應(yīng)的功能為所設(shè)置的單位，即為按鍵下面字符串所示。例如在頻率設(shè)置時，可以按下數(shù)字鍵“8”，再按下“幅度”來輸入8MHz的頻率值。屏幕鍵區(qū)是對應(yīng)特定的屏幕顯示而產(chǎn)生特定功能的按鍵，分別是“F1”“F2”“F3”“F4”“F5”和“F6”，它們是與屏幕一一對應(yīng)的“虛擬”按鍵。例如通道1的設(shè)置中它們的功能分別對應(yīng)屏幕的“波形”“頻率”“幅度”“偏置”和“返回”功能。

知識拓展數(shù)字鍵區(qū)是專門為了快速地輸入一些數(shù)字量而設(shè)計的。它們由0～9的數(shù)字鍵、“·”和“-”12個鍵組成。在數(shù)字量的設(shè)置狀態(tài)下，按下任意一個數(shù)字鍵的時候，屏幕會打開一個對話框，保存所按下的鍵，然后可以通過按下“OK”鍵輸入默認(rèn)單位的量或者根據(jù)相應(yīng)的單位鍵來輸入相應(yīng)單位的數(shù)字量。

方向鍵區(qū)分為“↑”“↓”“←”“→”“OK”5個鍵，它們的主要功能是移動設(shè)置狀態(tài)的光標(biāo)和選擇功能。例如設(shè)置“波形”的時候可以通過移動方向鍵來選擇相應(yīng)的波形，被選擇的波形以反白的方式呈現(xiàn)。當(dāng)作為計數(shù)器時，“OK”鍵為暫停的繼續(xù)計數(shù)鍵，按下奇數(shù)次為暫停，偶數(shù)次為繼續(xù)，“←”為清零鍵。

撥碼盤又稱旋轉(zhuǎn)脈沖開關(guān)，當(dāng)顯示區(qū)的光標(biāo)位于某個數(shù)值時，可調(diào)節(jié)該旋鈕改變相應(yīng)頻率值。順時針旋轉(zhuǎn)遞增，逆時針旋轉(zhuǎn)遞減。

知識拓展二、相位計（相位頻率計）簡介相位的測量又稱相位差的測量，是指對兩個正弦波之間相位差和頻率的測量。它廣泛應(yīng)用于研究多項系統(tǒng)中各路信號之間的相位和頻率關(guān)系。