天大测控电路讲义 第八章.pptVIP

2004－05－16 机电产品制造业环境管理体系关键技术研究 测控电路 第八章 电量测量电路 第一节 频率测量 第二节 相位测量 第三节 脉冲参数测量 被测量可以分为电量和非电量： （非电量） 电量（电压或电流） 直接或经过调理后由电压或电流表测量 大多数数字电压或电流表通常将电压或电流转换为频率（或时间）测量 本章包括频率、相位和脉冲参数的测量 第一节 频率测量 频率是周期性发生事件在单位时间内重复的次数；频率和时间测量属于同一测量范畴。 常见方法有：计数器法、示波器法 测量原理：在高精度测量中，常见的是以高稳定度的频率源为标尺，通过以计数器原理为核心的测量系统去测量被测频率；在低频段常用测量信号周期的方法来测定信号的频率。 8.1.1 计数器法 一种将未知频率或时间间隔与已知频率或时间间隔进行比较，从而实现对位置频率进行测量的一种电子测量系统。 被测频率=计数结果/主闸门开启时间；单位时间内通过主闸门的脉冲个数（即被测信号频率）： 晶体振荡器电路： 十进制分频器 作用：将晶体振荡器输出频率进行多级除以10的计算，通过闸门时间控制开关，选择其中某级分频输出，作为闸门控制电路的输入信号。 分频器根据闸门时间设置将输出信号频率减小为原来的10-n，n为10进制除法器的计数。 例如晶振输出频率为5MHz，分频器共有7级，由闸门时间设置将分频器设为第3级，则时基发生器的输出频率为5M×10-3=5kHz，闸门开启时间为0.2ms. 计数器测量频率的误差 误差来源：量化误差（计数误差）和标准频率误差 1. 量化误差：门控信号与输入信号不同步导致计数器产生±1个计数误差。 被测频率为： ——被测频率（Hz）； ——计数结果； ——闸门开启的时间； ——内部晶振输出频率； ——分频器分频系数。 由计数误差所导致的频率测量误差为： 为了减小测量误差，需要增大闸门时间，目前大多数计数器的最大闸门时间为10s，通常设为1s。在高频信号测量中量化误差相对影响较小，在低频情况下，一般通过适当选择测量信号周期，以减小量化误差影响。 主闸门开启时间T0越大，计数N就越多，相对误差就越小。 计数器测量频率的误差 误差来源：量化误差（计数误差）和标准频率误差 2. 标准频率误差：由时基电路引起的时基误差。 通常要求时基误差比量化误差小一个数量级，所以在误差分析中不用考虑时基误差。 8.1.2 示波器法 分为直接测量和频率对比两类方法。 直接测量：利用示波器显示被测信号波形，读出信号周期，从而获取其频率。测量精度较低。 频率对比法：将被测信号与一频率与其接近的标准信号频率进行对比，用示波器测量其差频。 1、直接测量法 6个周期为7.93cm，时基信号为0.1ms/cm，则信号频率为： 2、频率对比法 在示波器的水平和垂直输入端分别施加正弦信号，两信号频率相同，有一固定相位差 ，即 ——基准信号 ——被测信号 荧光屏上利萨如曲线为一椭圆，即 若A为椭圆的垂直截距，B为垂直最大值， 则有 当两信号存在微小频差时，椭圆形状将发生周期性变化， 变化周期数等于两信号频差的倒数，频率比对法利用了这一特性。设两信号频差 ，重复变化n次所用时间为T，则有 为了提高测量精度，可以先将被测信号与一频率和它接近的基准振荡器频率相比，将它们的差频倍增后，在进行比对。 8.1.3 低频信号周期和频率的测量 低频信号频率测量时，将图8-1中的被测量信号与晶体振荡器交换位置，且去掉分频器，为什么？【当被测量信号频率较低时，则在主闸门开启的时间里，无脉冲或较少脉冲进入计数器，使之无法测量、误差较大。】 用被测量信号控制主闸门S的开关，而晶体振荡器输出的高频信号经过主闸门S进入计数器进行计数。这时直接测量的是周期信号，频率可通过换算得到。 第二节 相位测量 相位测量通常指两个同频率信号相位差的测量。 能同时进行线性系统幅频特性和相频特性测量的仪器称为矢量网络分析仪。 相位测量通常有补偿测量法、直读法、示波器法等。 8.2.1 直读法 一、直读法 原理：将被测相位转变成电压或电流，通过测量电压或电流实现测量相位的目的 1. 相敏检波法 相加式相敏检波电路用于调幅信号解调时，要求参考信号uc的幅值Ucm远大于调幅信号us的幅值Usm，使开关器件的通断完全由参考信号决定；而在用于相位测量时，作用在两个二极管VD1和VD2的电压分别为U1=Uc+Us和U1=Uc-Us 当Ucm=Usm时， 讨论