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* 第7章 频率和时间测量及仪器7.1 概述 时间:含意有二,时刻和时间间隔 周期:在相等时间间隔内重复发生的现象称为周期现象,该时间间隔称为周期。 频率:描述周期现象最重要的物理量,周期信号在单位时间内变化的次数 通常用电子计数器测量时间和频率。 计数法在实质上属于比较法,比较法是利用已知的标准的参考频率同被测频率进行比较而测得被测信号的频率。 * 7.1.1 无源测频法 (直读法) 主要包括谐振法、电桥法和频率-变换电压法等方法。 1. 谐振法 图7.1所示为谐振法测频基本原理 图。被测信号经互感M与LC串联谐振 回路进行松耦合,改变可变电容器C, 使回路发生串联谐振。谐振时回路电流I达到最大。被测频率fx可用下式计算: (7-1) 式中,f0为谐振回路的谐振频率,L、C分别为谐振回路谐振电感和谐振电容。 V L C M fx 图7.1 谐振法测频原理 * 2. 电桥法 凡是平衡条件与频率有关的任何电桥都可用来测频,但要求电桥的频率特性尽可能尖锐。测频电桥的种类很多,常用的有文氏电桥、谐振电桥和双T电桥 频率-电压变换法测频就是先把频率变换为电压或电流,然后以频率刻度的电压表或电流表来指示被测频率。图7.2(a)为频率-电压变换法测正弦波频率原理框图。首先把正弦信号变换为频率与之相等的尖脉冲uA,然后加至单稳多谐振荡器,产生频率为fx、宽度为τ、幅度为Um的矩形脉冲列uB(t),如图7.2(b)所示 * 脉冲形成 单稳多谐振荡器 积分 ux (fx) A B Uo Uo τ Um uB t t t ux uA Tx Tx Tx (b) (a) 图7.2 频率-电压变换法测频原理图 * 可见,当Um、τ一定时,Uo指示就构成频率—电压变换 型直读式频率计,电压表直接按频率刻度。该频率计最高频 率可达几兆赫。 * 7.1.2 比较法 有源比较测频法主要包括拍频法和差频法。 1.拍频法 拍频法是将被测信号与标准信号经线性元件(如耳机、电压表)直接进行叠加来实现频率测量的,其原理电路如图7.3所示。 V 耳机 fs fx (a) 示波器 (b) 图7.3 拍频法测频原理 * 当两个音频信号逐渐靠近时,耳机中可以听到两个高低不同的音调。当这两个频率靠近到差值不到4~6Hz时,就只能听到一个近于单一音调的声音,这时,声音的响度作周期性的变化,再观察电压表,会发现指针在有规律地来回摆动,示波器上则可得到如图7.3(b)所示的波形。拍频法通常只用于音频的测量,而不宜用于高频测量。 * 2.差频法 高频段测频常用差频法测量。差频法是利用非线性器件和标准信号对被测信号进行差频变换来实现频率测量的,其工作原理如图7.4所示。fx和fs两个信号经混频器混频和滤波器滤波后输出二者的差频信号,该差频信号落在音频信号范围内,调节标准信号频率,当耳机中听不到声音时,表明两个信号频率近似相等。 fx V 混频 滤波放大 fs 图7.4 差频法测频原理 耳机 * 7.2 电子计数器概述 7.2.1 分类 按其测试功能的不同,电子计数器分为以下几类: (1)通用电子计数器 (2)频率计数器 (3)计算计数器 (4)特种计数器 * 7.2.2 基本组成: A输入通道 闸门 十进制计数显示 门控电路 逻辑控制电路 B输入通道 测频 累加计数 测时间 倍频器 晶振 分频器 时标选择 标准时间产生电路 闸门时间选择 人工触发 功能变换 图7.5 通用电子计数器的组成框图 * 7.2.3 主要技术指标 1.测试功能 2.测量范围 3.输入特性 (1)输入耦合方式:有AC和DC两种方式 (2)触发电平及其可调范围 (3)输入灵敏度 (4)最高输入电压 (5)输入阻抗(输入阻抗包括输入电阻和输入电容)。 4. 测量准确度 * 5.闸门时间和时标 闸门时间和时标由标准时间电路产生的信号决定。可以提供的闸门时间和时标信号有多种。 6.显示及工作方式 (1)显示位数 (2)显示时间 (3)显示器件 (4)显示方式 7.输出 输出是指仪器可输出的时标信号种类、输出数码的编码方式及输出电平。 * 7.3 通用电子计数器 7.3.1 测量频率 周期性信号在单位时间内重复的次数称为频率,即 f=N/T 式中,T为时间,单位为“s”;N为在时间T内周期性现象的重复次数。 电子计数器测频原理框图如图7.6所示。被测信号经过放大整形,形成重复频率为mfx的计数脉冲,作为闸门的输入信号。门控电路的输出信号称为门控信号,控制着闸门的启闭,闸门开启
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