时间与频率的测量

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1、第5章时间与频率的测量5.1概述频率的测量可以分为模拟法和数字法两大类，模拟法又可分为直接法和比较法两种，直接法又有谐振法和电桥法两种。谐振法是利用电路的频率响应特性来测量频率。电桥法是利用电桥平衡原理来测量频率。比较法有拍频法、差频法和示波器法。比较法是利用已知的参考频率同被测频率进行比较而测得被测频率的。示波器法是先读出波形在示波器上显示的周期再换算成频率。电子计数器法是测量频率最常用的方法，目前的电子计数器由于使用大规模集成电路，因而具有测量频率范围宽、准确度高、测量速度快、数字显示、体积小、可靠性高等一系列优点。电

2、子计数器是一种最常见、最基本的数字化测量仪器。1．直接测频法常用的直接测频法分为谐振法和电桥法两种。（1）谐振法谐振法测频的基本原理如图5-1所示。将被测信号作为谐振电路的电源，经互感与串联谐振回路进行松耦合，通过改变电路参数使电路谐振，调节可变电容器使回路发生串联谐振。谐振时回路电流达到最大（电流表指示），被测频率可用下式计算。图5-1谐振法测频率0if（2）电桥法利用电桥的平衡条件和频率有关的特性来进行频率测量。凡是平衡条件与频率有关的任何电桥都可用作测频用，但要求电桥的频率特性尽可能尖锐。可用于测频的电桥种类很多，常

3、用的有文氏电桥、谐振电桥和双T电桥。如图5-2所示为电桥法测频原理图。调节R1、R2使电桥可在被测频率点上达到平衡，根据以前学过的电桥平衡的原理，最终可求得被测频率。2．比较测频法常用的比较法有拍频法、差频法和示波器法。（1）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、电压表）直接进行叠加来实现频率测量的，其原理电路如图5-3所示。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4～6Hz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化，再观察电压表，会发

4、现指针在有规律地来回摆动，被测信号的频率近似等于标准信号频率。拍频法通常只用于音频的测量，而不宜用于高频测量。（2）差频法高频段测频通常采用差频法。差频法是利用非线性器件和标准信号对被测信号进行差频变换来实现频率测量的。其基本工作原理如图5-4所示。和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。5.2通用电子计数器及其应用5.2.1计数器概述1．电子计数器的分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

5、计数器：是多功能电子计数器。它可以测量频率、频率比、周期、时间间隔及累加计数等，通常还具有自检功能。（2）频率计数器：指专门用于测量高频和微波频率的电子计数器，它具有较宽的频率范围。（3）计算计数器指的是一种带有微处理器、能够进行数学运算、求解较复杂方程式等功能的电子计数器。（4）特种计数器是指具有特殊功能的电子计数器。如可逆计数器、预置计数器、程序计数器和差值计数器等，它们主要用于工业生产自动化，尤其在自动控制和自动测量方面。2.电子计数器基本组成（1）输入通道（2）计数显示电路（3）逻辑控制电路（4）标准时间产生电路电

6、子计数器基本组成方框（1）输入通道输入通道即输入电路。其作用是接受被测信号，并对被测信号进行放大整形，然后送入闸门（即主门或信号门）。输入通道通常包括A、B两个独立的单元电路。A通道是计数脉冲信号的通道。它对输入信号进行放大整形、变换，输出计数脉冲信号。计数脉冲信号经过闸门进入十进制计数器,是十进制计数器的触发脉冲源。B通道是闸门时间信号的通道，用于控制闸门的开启和关闭。输入信号经整形后用来触发门控电路（双稳态触发器），使其状态翻转。以一个脉冲开启闸门，而以随后的一个脉冲关闭闸门，两脉冲的时间间隔为闸门时间。在此期间，十进

7、制计数器对经过A通道的计数脉冲进行计数。（2）计数显示电路计数显示电路是一个十进制计数显示电路，将被测信号转换成于之成比例的脉冲信号，（由放大整形电路完成）。再对通过闸门的脉冲（即计数脉冲）进行计数，并以十进制方式显示计数结果。计数显示电路由计数器、寄存器、译码器、显示电路组成。（3）标准时间产生电路标准时间信号由石英晶体振荡器提供，作为电子计数器的内部时间基准。测周期时，标准时间信号经过放大整形和倍频（或分频），用作测周期时的计数脉冲，称为时标信号；测频时，标准时间信号经过放大整形和一系列分频，用作控制门控电路的时基信号

8、，时基信号经过门控电路形成门控信号。（4）逻辑控制电路逻辑控制电路其主要功能是产生各种控制信号，如产生测频时的门控信号、时间测量的时标信号等，用于控制电子计数器各单元电路的协调工作。一般每一次测量的工作程序是：准备计数显示复零准备下次测量→→→→测周期时:标准时间信号（晶振）经过放大整形和倍频电路，送入