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第五章 频率和时间的测量技术 直接法 电桥法 模拟法 谐振法 差频法 比较法 拍频法 示波法 计数法 电容充放电法 电子计数式 §5.1 电子计数法测量频率 一、测频原理:被测信号T秒时间内重复变化了N次 (一)时基T(闸门时间T)产生电路: 作用:提供准确的计数时间T (二) 计数脉冲形成电路: 作用:把被测的周期信号转换为可计数的窄脉冲 (三) 计数显示电路: 作用:计数被测周期信号重复的次数,并显示被测信号的频率 测频原理的实质:以比较法为基础,把被测信号频率与已知信号的频率相比,将比较的结果以数字的形式显示出来. 二、误差分析 1、误差来源: (1) 时基T是否准确 (2)计数值N是否准确 2、量化误差--±1误差 结论: (1)不论N值为多少,其最大误差总是±1个计数单位,故称“±1误差” (2)脉冲计数相对误差与被测信号频率成反比,与闸门时间成反比. 3、闸门时间误差(标准时间误差): 结论：闸门时间相对误差在数值上等于晶振频率的相对误差 4、测频总误差: 三、提高测频准确度应采取以下措施: （1） 提高晶振的准确度和稳定度，以减小闸门时间误差 （2）扩大闸门时间或倍频被测信号，以减小±1误差 （3）当频率较小时，应采用测周法。 §5.2电子计数法测量周期 一、测周的必要性及原理 1、必要性 2、基本原理 二、 误差分析: 1、 例1、某计数式频率计,若晶振的相对误差为2*10-7.在测量周期时,取晶振的周期为1μs,则当被测信号周期分别为1s、1ms、10 μs 时,引起的测量误差分别是多少? 结论：测周时，测量误差主要取决于量化误差，Tx越大，误差越小。 2、提高测量准确度措施 （1）减小TC，但受到计数器速度的限制 （2）周期倍乘，但受到显示位数和测量时间的限制 3、触发误差 结论： （1）触发误差与信噪比成反比 （2）门控信号周期扩大K倍，由随机噪声引起的相对误差可降为： （3）在相同条件下，触发器灵敏度高，则引起的触发误差大。 4、总误差： 三、中界频率 1、定义：对某信号使用测频法和测周法测量频率，两者引起的误差相等，则该信号的频率定义为~。 2、若测频时扩大闸门时间n倍，测周时周期倍乘k倍： 例2、某频率计若可取的最大的T、fc值分别为10s、100MHZ，并取k=104，n=102，试确定该仪器可选择的中界频率。 §5.3电子计数法测量时间间隔 一、时间间隔测量原理： 1、功能： (1)倍乘(衰减)器: 将被测信号调节到触发电平允许的范围. (2)触发电路: 将输入信号与触发电平相比较,以产生启动和停止脉冲. (3)门电路: 选择触发电平的斜率. 2、测量类型 (1)当开关K→1时,测量同一信号波形上的任意两点的时间间隔. (2)当当开关K→2时,测量两信号间的时间间隔. 二、误差分析 1、表达式： 2、减少测量误差应采取的措施： (1)选用频率稳定性好的标准频率源,以减小标准频率误差. (2)提高信噪比以减小触发误差. (3)提高频率fc,以减小量化误差,不能采用被测时间TX扩大K倍法. 例3、某频率计最高标准频率为10MHz,若忽略标准频率误差与触发误差,当被测时间间隔为50μs和5 μs时,其测量误差多大? 若最高标准频率一定,且给定最大相对误差时,则仅考虑量化误差所决定的最小可测量时间间隔可由下式给出: 例4 某频率计fcmax=10MHz, rmax=±1%, 求Txmin’ §5.4用脉冲计数法测脉冲时间及脉冲宽度 * *