電子教案電子測量技術(shù)第6章

1、 第6章 時間與頻率的測量 6.1 概述時間和頻率是電子技術(shù)中兩個重要的基本參量，其它許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都與頻率有著十分密切的關(guān)系。目前，在電子測量中，時間和頻率的測量精確度是最高的，在檢測技術(shù)中，常常將一些非電量或其它電參量轉(zhuǎn)換成頻率進(jìn)行測量。 1頻率和周期的基本概念頻率定義為相同的現(xiàn)象在單位時間內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)。周期則是指出現(xiàn)相同現(xiàn)象的最小時間間隔。 2時間與頻率測量的特點 （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。3頻率測量的基本方法（1）直接法是指直接利用電路的某種頻率響應(yīng)特性來測量頻率的方法。電橋法和諧振法是這類

2、測量方法的典型代表。（2）比對法是利用標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測頻率進(jìn)行比較來測量頻率。 6.2 電子計數(shù)器及其應(yīng)用621電子計數(shù)器面板及控鍵示意圖（1）功能選擇（2）時間選擇（3）輸入通道（4）觸發(fā)選擇（5）觸發(fā)電平（6）數(shù)碼顯示器623電子計數(shù)器主要電路技術(shù)電子計數(shù)器一般由輸入通道、計數(shù)器、邏輯控制、顯示器及驅(qū)動等電路構(gòu)成。1輸入通道電子計數(shù)器一般設(shè)置2個或3個輸入通道，記作A、B、C。A通道用于測頻、自校；B通道用于測周；B、C通道合起來測時間間隔；A、B通道合起來測頻率比。A通道的基本框圖圖6.2 A通道的基本框圖 &被測信號衰減器測頻控制 &時標(biāo)輸入自?？刂?寬帶放大器 1 整形 電路 脈沖形成

3、器去主門2計數(shù)器計數(shù)器用觸發(fā)器構(gòu)成。在數(shù)字儀表中，最常用的是按8421編碼的十進(jìn)制計數(shù)器，來了十個脈沖就產(chǎn)生一個進(jìn)位。目前計數(shù)器都已集成化，在使用時可當(dāng)作一個邏輯部件使用。3顯示與驅(qū)動電路電子計數(shù)器以數(shù)字方式顯示出被測量，目前常用的有LED顯示器和LCD顯示器。LED為數(shù)碼顯示，其優(yōu)點是工作電壓低、能與COMS、TTL電路兼容、發(fā)光亮度高、響應(yīng)快、壽命長。LCD為液晶顯示，其突出優(yōu)點是供電電壓低和微功耗，是各類顯示器中功耗最低的。同時LCD制造工藝簡單、體積小而薄，特別適用于小型數(shù)字儀表中。4邏輯控制電路包括門電路和觸發(fā)器組成的時序邏輯電路。它產(chǎn)生各種指令信號，如閘門脈沖、閉鎖脈沖、顯示脈沖、

4、復(fù)零脈沖、記憶脈沖等，這些指令控制整機各單元電路的工作，使整機按一定的工作程序完成測量任務(wù)。 623電子計數(shù)器測量頻率 1測頻的基本原理 放大 整形 主門 門控信號被測信號 晶體振蕩 分頻電路 計數(shù) 譯碼 顯示邏輯控制Tx 圖6.3電子計數(shù)器測頻原理框圖2測頻方法的誤差分析（1）量化誤差（2）閘門開啟時間的誤差（5）結(jié)論 選擇準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度高的晶振作為時標(biāo)信號發(fā)生器，以減小閘門時間誤差。 在不使計數(shù)器產(chǎn)生溢出的前提下，加大分頻器的分頻系數(shù)k，擴大主門的開啟時間，以減小量化誤差的影響。當(dāng)被測信號頻率較低時，用測頻方法測得的頻率誤差較大，應(yīng)選用其它方法進(jìn)行測量。對隨機的計數(shù)誤差，可提高信噪比或調(diào)小

5、通道增益來減小誤差程度。624電子計數(shù)器測量周期 主門 門控信號被測信號 晶體振蕩 分頻電路 計數(shù) 譯碼 顯示邏輯控制 放大 整形TS圖6.6 測周的基本原理圖2測周方法的誤差分析（1）公式誤差（2）觸發(fā)誤差625電子計數(shù)器累加計數(shù)和計時 主門 門控信號 計數(shù) 譯碼 顯示被測信號 放大 整形開始停止圖6.7 累加計數(shù)和計時的原理圖626電子計數(shù)器測量頻率比TA 門控信號fA A通道 B通道 主門fB 譯碼 顯示 計數(shù)TB圖6.8 頻率比測量的原理圖627電子計數(shù)器測量時間間隔 門控信號分頻電路 主門 譯碼 顯示 計數(shù)TSTBC晶體振蕩開啟I 起始觸發(fā)器停止 B通道 C通道 終止觸發(fā)器TB-C圖

6、6.9 時間間隔測量的原理圖628電子計數(shù)器的自校TS 譯碼 顯示 計數(shù)TC 門控信號 主門時標(biāo)選擇晶體振蕩倍頻電路時基選擇分頻電路圖6.11 自校檢驗的框圖629提高測量準(zhǔn)確度的方法1中界頻率的確定 2多周期測量3測周法測量差頻4差頻倍增技術(shù) 6.3 其它測量時間和頻率的方法631諧振法測頻1諧振法測頻的基本原理L1 圖6.13LC諧振法測頻原理圖M V A L2 C fx 2諧振點的判斷利用諧振回路的諧振曲線具有較好對稱性的特點，采用對稱交叉讀數(shù)法，可以大大提高測量的精確度。 3諧振法測頻的誤差分析632電橋法測頻電橋法測頻是利用交流電橋平衡條件與加在該電橋中的交流工作信號頻率有關(guān)的特性來進(jìn)行的。交流電橋種類很多，最常用的是文氏電橋。633頻率-電壓轉(zhuǎn)換法測頻圖 6.16頻率-電壓轉(zhuǎn)換法測頻U0fx 低通被測頻率 單穩(wěn)脈沖形成TX634比較法測頻 比較法測頻就是用標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測頻率進(jìn)行比較，當(dāng)把標(biāo)準(zhǔn)頻率調(diào)節(jié)到與被測頻率相等時，指零儀表指零，此時的標(biāo)準(zhǔn)頻率即為被測頻率值。比較法測頻可分為拍頻法測頻與差頻法測頻兩種。635