电子测量教案chapter3.ppt

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1、第3章时间和频率的测量1.概述2.时频测量的技术和仪器3.常规电子计数器3.1常规电子计数器的基本测量功能3.2常规电子计数器的关键电路3.3常规电子计数器的测量误差分析4.提高测量准确度的方法4.1倒数计数器4.2平均测量技术4.3模拟内插法4.4游标法5.电子计数器的应用1.概述（1）周期和频率是描述周期性现象的重要参数:（2）时间是国际单位制中七个基本物理量之一（3）在电子技术领域内，频率的测量精确度是最高的基于量子频标的时频测量,其准确度已达到1E-15秒的量级（4）时间和频率是基础物理学研究的一个重要问题近年来的诺贝尔物理奖有三个都

2、与时间和频率标准有关（5）现代导航、通信、测控等依赖于时频率测量的高精度一些设备已用上了飞秒(1E-15秒)量级的技术时间与频率基准（1）采用天文观测方法，将一天分为得到的秒，经过校正，其稳定度为（2）以1900年1月1日0时起回归年长度的31556925.9747分之一作为秒的定义，其准确度可达（3）引进微观计时标准，采用铯133（Cs133）原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的9192631770个周期的持续时间为一秒，其准确度可达,最好的已达1E-15.ATUTET（4）2002年以来，“光钟”成为国际计量科学发展的一个新热点，它以

3、原子分子在光学波段的跃迁频率为频率标准。光钟的建立，有望使人类在频率测量与实现方面的水平提高到1E-18到1E-22的量级。2.时频测量的技术和仪器2.1时频测量技术（1）直接法利用无源网络的频率特性来实现频率的直接测量。A.谐振法B.电桥法R2R3C1R4R1C2µA50kHz～1.2GHz,准确度0.1～1%50kHz以下，±（0.5～1）%2.1时频测量技术（2）转换法采用“频率—电压”转换法测频。---频率可达几兆赫，误差一般为百分之几---优点：连续监视频率的变化（3）比较法将被测频率信号与已知频率信号相比较来测频。A.模拟比较法:

4、拍频法、差频法和示波器法B.计数器法:利用电子计数器来测试时间和频率----目前时频测量仪器所采用的主要测量方法2.2电子计数器（1）1952年,HP公司生产了第一台用数码管显示的HP524A型10MHz电子计数器（2）现代电子计数器分为通用频率计数器/定时器和微波计数器两类电子计数器能够测量频率的上限达15～20GHz微波计数器能够实现高达46GHz微波信号的频率测量通过内部电路的重构已经可以实现多种测量功能频率、频率比、周期、单一周期、时间间隔、上升时间/下降时间、占空比、脉宽、相位、电压电平、累加计数等通过内置微处理器实现各种数据统计、

5、分析和显示功能Agilent53230A通用频率计数器/定时器2个通道、DC～350MHz可选第3通道,6～15GHz基本功能:频率、频率比、周期、单一周期、时间间隔、上升时间/下降时间、占空比、脉宽、相位、电压电平、累加计数增加选件实现脉冲微波测量功能支持连续无间隙测量，调制域分析内置数学分析和统计功能，计算平均值、标准偏差、阿伦偏差等提供数据记录趋势图、累积直方图显示功能12位/秒频率测量分辨率20ps单次时间间隔分辨力75,000个频率读数/秒90,000个时间间隔读数/秒1MSa/s无间隙频率/时间戳3.常规电子计数器3.1基本测量功

6、能（1）频率测量测频原理图工作波形图（2）周期测量多周期平均测量:（3）频率比测量计算公式？（4）时间间隔测量（5）累加计数功能一个输入通道是用于连接产生计数脉冲的信号源,主门时间的控制可以有多种方式:一种方式是由时标信号来控制主门的开启时间；另一种方法是由两个单独的通道分别控制主门的“打开”与“关闭”；甚至是通过仪器前面板的开关由人工控制主门的“打开”与“关闭”。3.2关键电路（1）输入调节电路施密特触发器的迟滞特性:--灵敏度--触发电平控制（a）输入信号必须穿越高低两个迟滞电平（b）信号振铃不会引起错误计数（a）不合适的触发电平（b）正

7、确地提高迟滞电平（c）正确地降低迟滞电平（2）时基电路-晶振晶体振荡器有三种基本类型：室温晶体振荡器（RTXO）温度补偿晶体振荡器（TCXO）恒温控制晶体振荡器（OCXO）晶振的频率稳定度频率稳定度是指在一定的时间间隔内频率准确度的变化。对稳定度的描述主要有长期稳定度和短期稳定度两种。长期稳定度：老化率，通常用一个月或者一天内晶振的频率变化来表示。短期稳定度：噪声引起的随机频率波动和相位抖动，通常用阿仑方差来描述。3.3测量误差分析（1）测频误差分析第一项ΔN／N是数字化仪器所特有的计数误差---量化误差第二项Δfc／fc是时基误差误差传递公

8、式A.量化误差：也称为±1误差。是数字化仪器所特有的计数误差。-主门的开启时刻与被测信号之间不同步；-门控时间接近被测信号周期的整数倍时误差最大。ttxtt0T