第七章頻率和時(shí)間測(cè)量及儀器ppt課件

1、第七章 頻率和時(shí)間丈量及儀器主講：張作狀* 教學(xué)目的：* 教學(xué)重點(diǎn)：了解測(cè)頻的方法、電子計(jì)數(shù)器的組成、技術(shù)目的，了解其任務(wù)原理，掌握其運(yùn)用方法。通用電子計(jì)數(shù)器的組成、丈量原理、丈量誤差的來(lái)源及減小措施，通用電子計(jì)數(shù)器的運(yùn)用方法、擴(kuò)頻方法，數(shù)字相位計(jì)的任務(wù)原理。7.1 概述* 時(shí)間與頻率的原始基準(zhǔn)一、天文時(shí)標(biāo)1、世界時(shí):2、平太陽(yáng)時(shí)：二、原子時(shí)標(biāo)(AT)第一世界時(shí)UT1第二世界時(shí)UT2零類(lèi)世界時(shí)UT0準(zhǔn)確度10-6量級(jí)準(zhǔn)確度10-9量級(jí)(根據(jù)太陽(yáng)計(jì)量時(shí)間的計(jì)時(shí)系統(tǒng))根據(jù)地球自轉(zhuǎn)確定的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)* 時(shí)頻丈量的特點(diǎn)2、運(yùn)用范圍廣3、自動(dòng)化程度高4、丈量速度快1、丈量精度高最高10-14 從百分之一

2、赫茲到1012赫茲以上* 頻率丈量的方法模擬法無(wú)源測(cè)頻法直讀法比較法諧振法電橋法頻率電壓變換法拍頻法差頻法示波法數(shù)字法電容充放電法電子計(jì)數(shù)器法李沙育圖形法測(cè)周期法7.1.1 無(wú)源測(cè)頻法1、諧振法：被測(cè)信號(hào)經(jīng)互感M與LC串聯(lián)諧振回路進(jìn)展松耦合，改動(dòng)可變電容C,使回路發(fā)生串聯(lián)諧振。諧振時(shí)回路電流到達(dá)最大。fx=f0=1/ 2 LCcfxvfxML諧振法測(cè)頻原理C 2、電橋法：平衡條件與頻率有關(guān)的電橋都可以用來(lái)丈量頻率，電橋的頻率特性應(yīng)盡能夠鋒利。常用的電橋有：文氏電橋、諧振電橋、雙T電橋。(R1+1/jxc1)R4=R2/(1+j xc2 R2)R3取R1= R2=R，C1=C2=C，那么由f=

3、/2 得 fx=1/2RCR3R4C1R1R2C2fxRCfxfx= x/2 =1/ 2 R1 R2 C1 C23、頻率電壓變換法：頻率電壓變換法測(cè)頻就是先把頻率信號(hào)變換為電壓或電流信號(hào)，然后用帶有頻率刻度的電壓表或電流表直接得出被測(cè)頻率。ux脈沖構(gòu)成A單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器B積分U07.1.2 比較法1、拍頻法：將被測(cè)信號(hào)與規(guī)范信號(hào)經(jīng)線性元件直接進(jìn)展疊加來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的丈量。通常只用于音頻的丈量。v耳機(jī)示波器fxfs拍頻法測(cè)頻原理圖2、差頻法：利用非線性器件和規(guī)范信號(hào)對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)展差頻變換來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的丈量。適用于高頻段的丈量。耳機(jī)混頻濾波放大器V差頻法測(cè)頻原理fsfx7.2 電子計(jì)數(shù)器7.2.1 分類(lèi)

4、1、通用電子計(jì)數(shù)器2、頻率計(jì)數(shù)器3、計(jì)算計(jì)數(shù)器4、時(shí)間計(jì)數(shù)器5、特種計(jì)數(shù)器7.2.2 根本組成+12v1HZ與門(mén)4輸入單元主門(mén)十進(jìn)制電子計(jì)數(shù)器fx門(mén)控電路邏輯控制單元10/110/110/110/110ms0.1s1s10s1KHZ100HZ10HZ與門(mén)1與門(mén)2與門(mén)3時(shí)標(biāo)信號(hào)10/110/110/1石英振蕩器分頻器頻率計(jì)數(shù)器組成方框圖1HZ7.2.3 技術(shù)目的1、測(cè)試功能2、丈量范圍3、輸入特性4、丈量準(zhǔn)確度5、閘門(mén)時(shí)間和時(shí)標(biāo)6、顯示及任務(wù)方式7、輸出7.3 通用電子計(jì)數(shù)器7.3.1 丈量頻率 被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)放大整形，轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)數(shù)脈沖，作為閘門(mén)的輸入信號(hào)。門(mén)控電路輸出的門(mén)控信號(hào)控制閘門(mén)的啟閉。在閘

5、門(mén)開(kāi)啟期間計(jì)數(shù)電路對(duì)脈沖進(jìn)展計(jì)數(shù)。 在知的規(guī)范時(shí)間內(nèi)累計(jì)未知的待測(cè)輸入信號(hào)的脈沖的個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)頻率的丈量。脈沖形成電路閘門(mén)門(mén)控電路時(shí)基信號(hào)發(fā)生器12345十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電子計(jì)數(shù)器測(cè)頻原理方框圖時(shí)基T任務(wù)波形圖12345NTX=N/fx=KfTsfx=N/ KfTsN= KfTs fxNT m=N/mfx=KfTsfx=N/ m KfTsN= mKfTs fx被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)m次倍頻N 閘門(mén)開(kāi)啟期間十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)被測(cè)信號(hào)的頻率晶振信號(hào)周期分頻次數(shù)fxTsKf為了使N值能直接表示fx：TX=1SN=100，000 1 0 0. 0 0 0 KHZN=10，000TX=0.1S 1 0 0 .0

6、 0KHZ小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)向右移一位7.3.2 丈量周期 被測(cè)信號(hào)控制門(mén)控電路輸出門(mén)控信號(hào)控制閘門(mén)的啟閉，晶振信號(hào)經(jīng)倍頻后構(gòu)成計(jì)數(shù)脈沖，作為閘門(mén)的輸入信號(hào)。 在未知的待測(cè)時(shí)間間隔內(nèi)累計(jì)知的規(guī)范時(shí)間脈沖個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)周期的丈量。KfTX=NTs/m=N/mfsTX=N/mKffs=NTs/mKfN=mKfTx/TS晶振 倍頻器m閘門(mén)計(jì)數(shù)顯示fs=1/TsTs/m放大整型電路 分頻器1/KfTXTXKfTX門(mén)控電路電子計(jì)數(shù)器測(cè)周原理方框圖 由上述得知，通用電子計(jì)數(shù)器無(wú)論測(cè)頻還是測(cè)周，其丈量方法的根據(jù)是： 閘門(mén)時(shí)間等于計(jì)數(shù)脈沖周期與閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)經(jīng)過(guò)的計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)之積。7.3.3 丈量頻率比 兩個(gè)輸入信號(hào)加到電子

7、計(jì)數(shù)器輸入端,假設(shè)信號(hào)a的頻率大于信號(hào)b的頻率那么：信號(hào)b經(jīng)B通道輸入，對(duì)閘門(mén)進(jìn)展控制；信號(hào)a那么經(jīng)A通道輸入，構(gòu)成計(jì)數(shù)脈沖，作為閘門(mén)的輸入信號(hào)。Kf TB=N TA/mfA/ fB=N/(mKf)閘門(mén)計(jì)數(shù)顯示fA=1/TA放大整型電路BTB=1/fB門(mén)控電路fA放大整型電路AfB丈量頻率比原理框圖7.3.4 丈量累加計(jì)數(shù) 累加計(jì)數(shù)是指在限定時(shí)間內(nèi)，對(duì)輸入信號(hào)反復(fù)次數(shù)進(jìn)展累加。其丈量原理與丈量頻率類(lèi)似，不過(guò)此時(shí)門(mén)控電路由人工控制。閘門(mén)計(jì)數(shù)顯示fA=1/TA門(mén)控電路fA放大整型電路AS啟動(dòng)終止丈量累加計(jì)數(shù)原理方框圖7.3.5 丈量時(shí)間間隔 控制閘門(mén)啟閉的是兩個(gè)或單個(gè)輸入信號(hào)在不同點(diǎn)產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖。觸發(fā)器的觸發(fā)電平與觸發(fā)極性選擇開(kāi)關(guān)決議觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生。1、兩個(gè)輸入信號(hào)時(shí)，S1處于“單獨(dú)位置；起始脈沖TA，終止脈沖TB在正極性，50%電平處產(chǎn)生 。TAB=NTS/m2、一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)， S1處于“公共位置；起始脈沖在正極性觸發(fā)，終止脈沖在負(fù)極性觸發(fā)，觸發(fā)電平均為50%。=NTS/mTB晶振倍頻 器m閘門(mén)計(jì)數(shù)顯示TsTs/m觸發(fā)器1TA觸發(fā)器2S1單獨(dú)公共起始觸發(fā)器終止觸發(fā)器門(mén)控電路丈量時(shí)間間隔原理框圖7.3.6 自檢 自檢過(guò)程與丈量頻率原理類(lèi)似，不過(guò)自檢的計(jì)數(shù)脈沖與門(mén)控信號(hào)均為晶振信號(hào)經(jīng)