时间和频率的测量原理

1 模拟测量原理
1)直接法
2)比较法
2 数字测量原理
1)门控计数法测量原理
2)通用计数器的基本组成


1)直接法 直接法是利用电路的某种频率响应特性来测量频率值,其又可细分为谐振法和电桥法两种。 (1)谐振法:调节可变电容器C使回路发生谐振,此时回路电流达到最大(高频电压表指示),则 可测量1500MHz以下的频率,准确度±(0.25~1)%。
2)电桥法:利用电桥的平衡条件和频率有关的特性来进行频率测量,通常采用如下图所示的文氏电桥来进行测量。 u 调节R1、R2使电桥达到平衡

测量准确度:受桥路中各元件的精确度、判断电桥平衡的准确程度(取决于桥路谐振特性的尖锐度即指示器的灵敏度)和被测信号的频谱纯度的限制,准确度不高,一般约为±(0.5~1)%。

2)比较法
◆基本原理
利用标准频率fs和被测量频率fx进行比较来测量频率。有拍频法、外差法、示波法以及计数法等。
数学模型为: fx=Nfs
◆拍频法:将标准频率与被测频率叠加,由指示器(耳机或电压表)指示。适于音频测量(很少用)。
◆外差法:将标准频率与被测频率混频,取出差频并测量。可测量范围达几十MHz(外差式频率计)。
◆示波法:李沙育图形法:将fx和fs分别接到示波器Y轴和X轴(X-Y图示方式),当fx=fs时显示为斜线(椭圆或园);测周期法:直接根据显示波形由X通道扫描速率得到周期,进而得到频率。

数字测量原理
1)门控计数法测量原理
◆时间、频率量的特点 频率是在时间轴上无限延伸的,因此,对频率量的测量需确定一个取样时间T,在该时间内对被测信号的周期累加计数(若计数值为N),根据fx=N/T得到频率值。 为实现时间(这里指时间间隔)的数字化测量,需将被测时间按尽可能小的时间单位(称为时标)进行量化,通过累计被测时间内所包含的时间单位数(计数)得到。
◆测量原理 将需累加计数的信号(频率测量时为被测信号,时间测量时为时标信号),由一个“闸门”(主门)控制,并由一个“门控”信号控制闸门的开启(计数允许)与关闭(计数停止)。

数字测量原理 闸门可由一个与(或“或”)逻辑门电路实现。这种测量方法称为门控计数法。其原理如下图所示。
上图为由“与”逻辑门作为闸门,其门控信号为‘1’时闸门开启(允许计数),为‘0’时闸门关闭(停止计数)。
◆测频时,闸门开启时间(称为“闸门时间”)即为采样时间。 测时间(间隔)时,闸门开启时间即为被测时间。

通用计数器的基本组成
 通用计数器包括如下几个部分
输入通道:通常有A、B、C多个通道,以实现不同的测量功能。输入通道电路对输入信号进行放大、整形等(但保持频率不变),得到适合计数的脉冲信号。 通过预定标器还可扩展频率测量范围。

主门电路:完成计数的闸门控制作用。
 计数与显示电路:计数电路是通用计数器的核心电路,完成脉冲计数;显示电路将计数结果(反映测量结果)以数字方式显示出来。

时基产生电路:产生机内时间、频率测量的基准,即时间测量的时标和频率测量的闸门信号。
控制电路:控制协调整机工作,即准备à测量à显示。

电子计数器的组成原理和测量功能
1 电子计数器的组成
1)A、B输入通道
2)主门电路
3)计数与显示电路
4)时基产生电路
5)控制电路

2 电子计数器的测量功能
1)频率测量
2)频率比测量
3)周期测量
4)时间间隔测量
5)自检

计数与显示电路
◆功能:计数电路对通过主门的脉冲进行计数(计数值代表了被测频率或时间),并通过数码显示器将测量结果直观地显示出来。 为了便于观察和读数,通常使用十进制计数电路。
◆计数电路的重要指标:最高计数频率。 计数电路一般由多级双稳态电路构成,受内部状态翻转的时间限制,使计数电路存在最高计数频率的限制。而且对多位计数器,最高计数频率主要由个位计数器决定。
◆不同电路具有不同的工作速度:如74LS(74HC)系列为30~40MHz;74S系列为100MHz;CMOS电路约5MHz;ECL电路可达600MHz。
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