频率测量与仪器应用

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1、第4章 频率测量与仪器应用4.1 案例分析4.2 频率的概念与测量方法4.3电子计数器测量原理与应用4.4典型仪器介绍 4.5信号源的频率和周期的测量 教学导航教知识重点1.频率的概念与测量方法。 2.电子计数器分类、基本组成、主要技术指标。 3.通用电子计数器测频原理。 4频率测量误差分析。 5.电子计数器测量周期的原理。 6.倒数计数器。知识难点1. 电子计数器分类、基本组成、主要技术指标。 2. 频率测量误差分析。推荐教学方式1.从频率测量的实际应 用入手，通过对应 用案例的分析，加深对电子计 数器的感性认识。 2.另举一实用的电子计数器使用进行案例分析，巩固理论知识，将理论 与实际结

2、合起来，同时拓展学生知识面。建议学时6学时学 推荐学习方法1.本章注重对概念、电子计数器中各种仪器分类、组成及功能的理解。 2.通过案例，掌握各种电子计数器的组成、工作原理和功能，并对它进 行操作。 3.查有关资料，加深理解，拓展知识面。 必须掌握的 理论知识1.电子计数器的分类和基本结构组成。 2.各种电子计数器的工作原理和功能。必须掌握的技能能够熟练掌握各种电子计数器的选择和正确使用。时间和频率是电子技术中两个重要的基本参量，在航时间和频率是电子技术中两个重要的基本参量，在航天、航海、工业、交通、通信及国民经济各个领域有着天、航海、工业、交通、通信及国民经济各个领域有着十分重要的应用。人们

3、熟知的信息传输与处理、现代数十分重要的应用。人们熟知的信息传输与处理、现代数字化技术和计算机都离不开频率与时间的测量，此外，字化技术和计算机都离不开频率与时间的测量，此外，其他许多电参量的测量方案、测量结果都与频率、时间其他许多电参量的测量方案、测量结果都与频率、时间有着十分密切额定关系，因此它们的测量是相当重要的有着十分密切额定关系，因此它们的测量是相当重要的。彩色电视机中副载波振荡电路的稳定与否直接关系到色度彩色电视机中副载波振荡电路的稳定与否直接关系到色度解码电路能否正常工作，当彩色电视机出现无彩色或彩色时解码电路能否正常工作，当彩色电视机出现无彩色或彩色时有时无就需要检测副载波振荡电路

4、的振荡频率，如图有时无就需要检测副载波振荡电路的振荡频率，如图4-14-1所示所示。如多制式彩色电视机色度解码中常用的。如多制式彩色电视机色度解码中常用的TDA8843TDA8843中的中的 PALPALNTSCNTSC双制式解码器，它的双制式解码器，它的3535脚外接的脚外接的4.43MHz4.43MHz的晶的晶振，用来产生解码出振，用来产生解码出PALPAL制彩色信号所需要的副载波；制彩色信号所需要的副载波；3434外外接的是接的是3.58MHz3.58MHz的晶振，用来产生解码出的晶振，用来产生解码出NTSCNTSC制彩色信号制彩色信号所需要的副载波如图所需要的副载波如图4-24-2所示

5、。所示。 图4-2 彩色电视副载波的测量 知识分布网络频率的概念与测量方法数频率的概念频率-电压变换法无源测频法电桥法谐振法差频法拍频法比较法1）谐振法1、无源测频法1）谐振法1、无源测频法被测测信号经经互感M与LC串联谐联谐 振回路进进行松耦合，改变变可变电变电 容器C，使回路发发生串联谐联谐 振。谐谐振时时回路电电流I达到最大。被测频测频 率可用下式计计算:为谐为谐 振回路的谐谐振频频率，L、C分别为谐别为谐 振回路谐谐振电电感和谐谐振电电容。 2）电桥法1、无源测频法凡是平衡条件与频率有关的任何电桥都可用来测频，但要求电桥的频率特性尽可能尖锐。测频电桥的种类很多，常用的有文氏电桥、谐振电

6、桥和双T电桥，部分内容参看有关书籍。 3）频率电压变换法1、无源测频法3）频率电压变换法1、无源测频法频率电压变换法测频就是先把频率变换为电压或电流，然后以频率刻度的电压表或电流表来指示被测频率。图4-4 (a) 为频率电压变换法测正弦波频率原理框图。首先把正弦信号变换为频率与之相等的尖脉冲，然后加至单稳多谐振荡器，产生频率为 、宽度为、幅度为 的矩形脉冲列 ，如图4-4 (b)所示。经推导得知： 1）拍频法2、比较法1）拍频法2、比较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4-5所示。 2）差频法2、比较法2）差频法2、比较法高频

7、段测频常用差频法测量。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，其工作原理如图4-6所示。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。 知识分布网 络测量原理与应用频率计数器计算计数器通用电子计数器计数显示电路输入通道标准时间产生电路逻辑控制电路测量范围测试功能输入特性测量准确度闸门时间（门控时间）和时标显示及工作方式输出电子计数器分类基本组成主要技术指标测频原理频率测量误差分析测量周期的原理周期测量误差分析倒数计数器1）通用电子计数器通用电子计数器即多功能电

8、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）频率计数器频率计数器是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）计算计数器计算计数器是指一种带有微处理器、能够进行数学运算、求解复杂方程式等功能的电子计数器。 4）特种计数器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。 通用电子计数器的种类较多，但其测量结构和测量原理基本一致。如图4-7所示是一个通用电子计数器结构方框图，由图可见，它由下列各基本电路组合而成。 1)测试功能2

9、)测量范围 3)输入特性 4)测量准确度 5)闸门时间（门控时间）和时标 6)显示及工作方式 7)输出 测量频率，就是指测量单位时间内信号周期性变化的次数，单位有Hz、KHz、MHz和GHz等。如果在规定的时间内，统计出信号重复的周期数为N，则信号的频率为1) 引起误差的原因 (1）计数误差(2）时基误差 (3）触发误差 2）频率测量误差分析电子计数器测频的相对误差主要由两个部分组成：一是计数相对误差；二是时基相对误差；根据误差合成理论，可求得测频的相对误差为：周期是频率的倒数，因此，测量周期时可以把测量频率时的计数信号和门控信号的来源相对换实现。测量周期的原理方框图如图4-10所示。 提高信

10、噪比和采用多周期测量法可以减小触发误差的影响，标准频率误差通常可以忽略不计，下面讨论量化误差的影响。经过推导得知，测周量化误差为： 所谓的高频或低频是相对于电子计数器的中界频率而言的。中界频率是指采用测频和测周两种方法进行测量，产生大小相等的量化误差时的被测信号的频率。 倒数计数器采用多周期同步测量原理，即测量输入信号的多个（正整数个）周期值，再进行倒数运算而求得频率值。这样便可在整个频率范围内，基本上获得同样高的测量精确度和分辨力。倒数计数器的基本组成框图和工作时间波形图如图4-11所示。 知识分布网络典型产品介绍基本工作原理E312A型通用电子计数器基本测量方法主要技术性能E312B 型通

11、用电子计数器1）主要技术性能 ：（1）、频率测量 ；（2）、周期测量 ；（3）、频率比测量 。 E312A型通用电子计数器是一种具有多种测试功能并采用大规模集成电路的电子计数式测 量仪器，因具有体积小、重量轻、耗电省、可靠性高等优点而被广泛应用。 1）主要技术性能 ：（4）、脉冲时间间隔测量 ；（5）、计数 ；（6）、输入阻抗 ;(7)、晶体振荡器 ；（8）、显示及工作方式 。 2）基本工作原理 ：图4-12 整机原理框图2）基本工作原理 ：图4-13 输入通道原理框图 3）基本测量方法 ：（1）面板说明 知识梳理与总理 1、电子计数器的输入电路将被测信号转换成数字电路所要求的触发脉冲源；时基

12、单元则提供多种准确的闸门时间和时标信号；主门根据门控电路提供的门控信号决定计数时间；计数电路则对由被测信号转换来的计数脉冲或时标信号进行准确计数和显示；整个仪器在控制电路的控制和协调下按一定的工作程序自动完成测量任务。知识梳理与总理 2、要提高测量准确度，减少量化误差的影响，就要延长计数时间，或减小计数脉冲周期，或同时采用两种措施。这个原则适用于各种测量，不过在进行不同测量时，具体措施稍有不同而已。 知识梳理与总理 3.本章介绍了两个电子计数器的典型产品：（1）具有多种测试功能并采用大规模集成电路的E312A型通用电子计数器。（2）E312B型通用电子计数器。它以单片机为核心进行功能转换、测量控制和数据处理显示，并采用倒数技术，实现了全频带范围的等精度测量。