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1、第五章频率和时间的测量技术第1页，共17页，编辑于2022年，星期三5.1 电子计数法测量频率电子计数法测量频率一、测频原理一、测频原理:被测信号被测信号T秒时间内重复变化了秒时间内重复变化了N次次第2页，共17页，编辑于2022年，星期三(一一)时基时基T(闸门时间闸门时间T)产生电路产生电路:作用作用:提供准确的计数时间提供准确的计数时间T(二二)计数脉冲形成电路计数脉冲形成电路:作用作用:把被测的周期信号转换为可计数的窄脉冲把被测的周期信号转换为可计数的窄脉冲(三三)计数显示电路计数显示电路:作用作用:计数被测周期信号重复的次数计数被测周期信号重复的次数,并显示被测并显示被测信号的频率信
2、号的频率测频原理的实质测频原理的实质:以比较法为基础以比较法为基础,把被测信号频率把被测信号频率与已知信号的频率相比与已知信号的频率相比,将比较的结果以数字的将比较的结果以数字的形式显示出来形式显示出来.第3页，共17页，编辑于2022年，星期三 二、误差分析二、误差分析1、误差来源、误差来源:(1)时基时基T是否准确是否准确(2)计数值计数值N是否准确是否准确2、量化误差、量化误差-1误差误差结论结论:(1)不论不论N值为多少值为多少,其最大误差总是其最大误差总是1个计数单位个计数单位,故故称称“1误差误差”(2)脉冲计数相对误差与被测信号频率成反比脉冲计数相对误差与被测信号频率成反比,与闸
3、门与闸门时间成反比时间成反比.第4页，共17页，编辑于2022年，星期三第5页，共17页，编辑于2022年，星期三第6页，共17页，编辑于2022年，星期三 3、闸门时间误差、闸门时间误差(标准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、测频总误差:三、提高测频准确度应采取以下措施三、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）扩大闸门时间或倍频被测信号，以减小1误差误差（
4、3）当频率较小时，应采用测周法。）当频率较小时，应采用测周法。第7页，共17页，编辑于2022年，星期三第8页，共17页，编辑于2022年，星期三5.2电子计数法测量周期电子计数法测量周期一、测周的必要性及原理一、测周的必要性及原理1、必要性、必要性 2、基本原理、基本原理第9页，共17页，编辑于2022年，星期三第10页，共17页，编辑于2022年，星期三二、二、误差分析误差分析:1、例例1、某计数式频率计、某计数式频率计,若晶振的相对误差为若晶振的相对误差为2*10-7.在在测量周期时测量周期时,取晶振的周期为取晶振的周期为1s,则当被测信号周期分则当被测信号周期分别为别为1s、1ms、1
5、0 s 时时,引起的测量误差分别是多少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，结论：测周时，测量误差主要取决于量化误差，Tx越大，越大，误差越小。误差越小。2、提高测量准确度措施、提高测量准确度措施（1）减小）减小TC，但受到计数器速度的限制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）周期倍乘，但受到显示位数和测量时间的限制第11页，共17页，编辑于2022年，星期三3、触发误差、触发误差结论：结论：（1）触发误差与信噪比成反比）触发误差与信噪比成反比（2）门控信号周期扩大）门控信号周期扩大K倍，由随机噪声引起倍，由随机噪声引起的相对误差可
6、降为：的相对误差可降为：（3）在相同条件下，触发器灵敏度高，则引）在相同条件下，触发器灵敏度高，则引起的触发误差大。起的触发误差大。4、总误差：、总误差：第12页，共17页，编辑于2022年，星期三三、中界频率三、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、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、若测频时扩大闸门时间n倍，测周时周期倍乘倍，测周时周期倍乘k倍：倍：例例2、某频率计若可取的最大的、某频率计若可取的最大的T、fc值分别为值分别为10s、100MHZ，并，并取取k
7、=104，n=102，试确定该仪器可选择的中界频率。，试确定该仪器可选择的中界频率。第13页，共17页，编辑于2022年，星期三5.3电子计数法测量时间间隔电子计数法测量时间间隔一、时间间隔测量原理：一、时间间隔测量原理：1、功能：、功能：(1)倍乘倍乘(衰减衰减)器器:将被测信号调节到触发电平允许的范围将被测信号调节到触发电平允许的范围.(2)触发电路触发电路:将输入信号与触发电平相比较将输入信号与触发电平相比较,以产生启动和停止脉冲以产生启动和停止脉冲.(3)门电路门电路:选择触发电平的斜率选择触发电平的斜率.第14页，共17页，编辑于2022年，星期三2、测量类型、测量类型(1)当开关当
8、开关K1时时,测量同一信号波形上的任意两点的时间间隔测量同一信号波形上的任意两点的时间间隔.(2)当当开关当当开关K2时时,测量两信号间的时间间隔测量两信号间的时间间隔.二、误差分析二、误差分析1、表达式：、表达式：2、减少测量误差应采取的措施：、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选用频率稳定性好的标准频率源,以减小标准频率误差以减小标准频率误差.(2)提高信噪比以减小触发误差提高信噪比以减小触发误差.(3)提高频率提高频率fc,以减小量化误差以减小量化误差,不能采用被测时间不能采用被测时间TX扩大扩大K倍法倍法.第15页，共17页，编辑于2022年，星期三例例3、某
9、频率计最高标准频率为、某频率计最高标准频率为10MHz,若忽略标准频率误差与触若忽略标准频率误差与触发误差发误差,当被测时间间隔为当被测时间间隔为50s和和5 s时时,其测量误差多大其测量误差多大?若最高标准频率一定若最高标准频率一定,且给定最大相对误差时且给定最大相对误差时,则仅考虑量化误差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所决定的最小可测量时间间隔可由下式给出:例例4 某频率计某频率计fcmax=10MHz,rmax=1%,求求Txmin第16页，共17页，编辑于2022年，星期三5.4用脉冲计数法测脉冲时间及脉冲宽度用脉冲计数法测脉冲时间及脉冲宽度第17页，共17页，编辑于2022年，星期三