《示波器的使用》PPT课件.ppt

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1、电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第1页第第6章章 频率（时间）与相位测量频率（时间）与相位测量 6.1 时频标准及测量方法时频标准及测量方法 6.2 电子计数器测频率电子计数器测频率 6.3 电子计数器测时间电子计数器测时间 6.4 电子计数器测相位电子计数器测相位电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第2页 自然界中，周期现象普遍。而频率和周期是从不同两个侧面来自然界中，周期现象普遍。而频率和周期是从不同两个侧面来自然界中，周期现象普遍。而频率和周期是从不同两个侧面来自然界中，周期现象普遍。而频率和周期是从不同两个侧面来描述周期现象的，二者互为倒数关系。描述周期现象

2、的，二者互为倒数关系。描述周期现象的，二者互为倒数关系。描述周期现象的，二者互为倒数关系。周期实质上是时间（即时间间隔），而时间是国际单位制中七周期实质上是时间（即时间间隔），而时间是国际单位制中七周期实质上是时间（即时间间隔），而时间是国际单位制中七周期实质上是时间（即时间间隔），而时间是国际单位制中七个基本物理量之一，单位为秒，用个基本物理量之一，单位为秒，用个基本物理量之一，单位为秒，用个基本物理量之一，单位为秒，用s s表示。表示。表示。表示。相位与时间也是密切相关的，其关系表述为：相位与时间也是密切相关的，其关系表述为：相位与时间也是密切相关的，其关系表述为：相位与时间也是密切相关的

3、，其关系表述为：式中的式中的式中的式中的 表示相位，表示相位，表示相位，表示相位，f f和和和和T T分别是频率和周期。分别是频率和周期。分别是频率和周期。分别是频率和周期。所以，所以，所以，所以，f f、T T、三个量可归结为一个量的测量问题。三个量可归结为一个量的测量问题。三个量可归结为一个量的测量问题。三个量可归结为一个量的测量问题。在电子技术领域内，频率是最基本的参数之一，它指单位时间在电子技术领域内，频率是最基本的参数之一，它指单位时间在电子技术领域内，频率是最基本的参数之一，它指单位时间在电子技术领域内，频率是最基本的参数之一，它指单位时间内周期变化或振荡的次数，许多电参数的测量方

4、案及结果都与之密内周期变化或振荡的次数，许多电参数的测量方案及结果都与之密内周期变化或振荡的次数，许多电参数的测量方案及结果都与之密内周期变化或振荡的次数，许多电参数的测量方案及结果都与之密切相关。故频率测量十分重要，且目前频率测量在电测量中精确度切相关。故频率测量十分重要，且目前频率测量在电测量中精确度切相关。故频率测量十分重要，且目前频率测量在电测量中精确度切相关。故频率测量十分重要，且目前频率测量在电测量中精确度最高。最高。最高。最高。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第3页 6.1 时频标准及测量方法时频标准及测量方法 6.1.1 频段的划分频段的划分频段划分频段划分频段

5、划分频段划分：国际上国际上国际上国际上规定规定规定规定30KHz30KHz以下为甚低频、超低频，以下为甚低频、超低频，以下为甚低频、超低频，以下为甚低频、超低频，30KHz30KHz以上每以上每以上每以上每1010倍倍倍倍依次划分为低、中、高、甚高、特高、超高等频段依次划分为低、中、高、甚高、特高、超高等频段依次划分为低、中、高、甚高、特高、超高等频段依次划分为低、中、高、甚高、特高、超高等频段(微波技术按波微波技术按波微波技术按波微波技术按波长划分长划分长划分长划分)。一般电子技术中，一般电子技术中，一般电子技术中，一般电子技术中，20Hz20Hz20KHz20KHz内称内称内称内称音频音频

6、音频音频，20Hz20Hz10MHz10MHz内内内内称称称称视频视频视频视频，而，而，而，而30KHz30KHz几十几十几十几十GHzGHz内称内称内称内称射频射频射频射频。电子测量技术也有按。电子测量技术也有按。电子测量技术也有按。电子测量技术也有按30KHz30KHz（或（或（或（或100KHz100KHz）为界来划分，）为界来划分，）为界来划分，）为界来划分，30KHz30KHz以下为低频，以下为低频，以下为低频，以下为低频，30KHz30KHz以以以以上为高频。上为高频。上为高频。上为高频。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第4页 6.1.2 频率或时间标准频率或时间标

7、准宏观时标宏观时标宏观时标宏观时标：天文秒天文秒天文秒天文秒 人类早期以太阳人类早期以太阳人类早期以太阳人类早期以太阳“运动运动运动运动”较为均匀建立计时标准：较为均匀建立计时标准：较为均匀建立计时标准：较为均匀建立计时标准：零类世界时零类世界时零类世界时零类世界时（记作（记作（记作（记作UToUTo）：太阳出现于天顶的平均周期（即平均太）：太阳出现于天顶的平均周期（即平均太）：太阳出现于天顶的平均周期（即平均太）：太阳出现于天顶的平均周期（即平均太阳日）的阳日）的阳日）的阳日）的8640086400分之一定为一秒，准确度在分之一定为一秒，准确度在分之一定为一秒，准确度在分之一定为一秒，准确度

8、在 量级。量级。量级。量级。第一世界时第一世界时第一世界时第一世界时（记作（记作（记作（记作UT1UT1）：对地球受极运动（即极移引起的经度变）：对地球受极运动（即极移引起的经度变）：对地球受极运动（即极移引起的经度变）：对地球受极运动（即极移引起的经度变化）的影响加以修正。化）的影响加以修正。化）的影响加以修正。化）的影响加以修正。第二世界时第二世界时第二世界时第二世界时（记作（记作（记作（记作UT2UT2）：地球自转，再进行季节性、年度性变化）：地球自转，再进行季节性、年度性变化）：地球自转，再进行季节性、年度性变化）：地球自转，再进行季节性、年度性变化校正，稳定度在校正，稳定度在校正，稳

9、定度在校正，稳定度在3 3 。历书时历书时历书时历书时（记作（记作（记作（记作ETET）：地球公转，以）：地球公转，以）：地球公转，以）：地球公转，以19001900回归年的分之一作为历书回归年的分之一作为历书回归年的分之一作为历书回归年的分之一作为历书时的秒，其标准度可达时的秒，其标准度可达时的秒，其标准度可达时的秒，其标准度可达1 1 。注意注意注意注意：需精密的天文观测，手续烦杂，准确度有限，不便于作为测：需精密的天文观测，手续烦杂，准确度有限，不便于作为测：需精密的天文观测，手续烦杂，准确度有限，不便于作为测：需精密的天文观测，手续烦杂，准确度有限，不便于作为测量过程的参照标准。量过程

10、的参照标准。量过程的参照标准。量过程的参照标准。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第5页 6.1.2 频率或时间标准频率或时间标准（续）（续）（续）（续）微观时标微观时标微观时标微观时标：原子秒原子秒原子秒原子秒原子时原子时原子时原子时（记作（记作（记作（记作ATAT）：以原子或分子内部能级跃迁所辐射或吸收的电）：以原子或分子内部能级跃迁所辐射或吸收的电）：以原子或分子内部能级跃迁所辐射或吸收的电）：以原子或分子内部能级跃迁所辐射或吸收的电磁波的频率作为基准。铯磁波的频率作为基准。铯磁波的频率作为基准。铯磁波的频率作为基准。铯-133-133（）原子基态的两个超精细能级）原子基态

11、的两个超精细能级）原子基态的两个超精细能级）原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的之间跃迁所对应的之间跃迁所对应的之间跃迁所对应的91926317709192631770个周期的持续时间为一秒，其准确度个周期的持续时间为一秒，其准确度个周期的持续时间为一秒，其准确度个周期的持续时间为一秒，其准确度可达可达可达可达 量级。量级。量级。量级。注意注意注意注意：原子时稳定原子时稳定原子时稳定原子时稳定，是由原子本身结构及其运动的永恒性决定的。，是由原子本身结构及其运动的永恒性决定的。，是由原子本身结构及其运动的永恒性决定的。，是由原子本身结构及其运动的永恒性决定的。自自自自19721972年年年年

12、1 1月月月月1 1日零时起，由天文秒改为原子秒，使时间标准由实物日零时起，由天文秒改为原子秒，使时间标准由实物日零时起，由天文秒改为原子秒，使时间标准由实物日零时起，由天文秒改为原子秒，使时间标准由实物基准转变为自然基准。基准转变为自然基准。基准转变为自然基准。基准转变为自然基准。电子仪器常采用石英频率标准。原因在于：石英晶体的机械电子仪器常采用石英频率标准。原因在于：石英晶体的机械电子仪器常采用石英频率标准。原因在于：石英晶体的机械电子仪器常采用石英频率标准。原因在于：石英晶体的机械稳定性和热稳定性很高，振荡频率受外界因数的影响较小，因而较稳定性和热稳定性很高，振荡频率受外界因数的影响较小

13、，因而较稳定性和热稳定性很高，振荡频率受外界因数的影响较小，因而较稳定性和热稳定性很高，振荡频率受外界因数的影响较小，因而较稳定；石英频标发展快，六十年来将准确度和稳定度提高了稳定；石英频标发展快，六十年来将准确度和稳定度提高了稳定；石英频标发展快，六十年来将准确度和稳定度提高了稳定；石英频标发展快，六十年来将准确度和稳定度提高了4 4个数个数个数个数量级；石英晶体振荡器结构简单，制造、维护、使用方便，且准确量级；石英晶体振荡器结构简单，制造、维护、使用方便，且准确量级；石英晶体振荡器结构简单，制造、维护、使用方便，且准确量级；石英晶体振荡器结构简单，制造、维护、使用方便，且准确度能满足大多数

14、测量要求。故，作为一种次级标准，已成为最常用度能满足大多数测量要求。故，作为一种次级标准，已成为最常用度能满足大多数测量要求。故，作为一种次级标准，已成为最常用度能满足大多数测量要求。故，作为一种次级标准，已成为最常用的频标。（时标就是频标）的频标。（时标就是频标）的频标。（时标就是频标）的频标。（时标就是频标）电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第6页 6.1.3 频率（时间）测量方法频率（时间）测量方法 1.1.直读法直读法直读法直读法 工程中，常用电动系频率表测量工频信号的频率，并用电动系工程中，常用电动系频率表测量工频信号的频率，并用电动系工程中，常用电动系频率表测量工频信

15、号的频率，并用电动系工程中，常用电动系频率表测量工频信号的频率，并用电动系相位表测量相位。因指针式电工仪表的操作简便、成本低，能满足相位表测量相位。因指针式电工仪表的操作简便、成本低，能满足相位表测量相位。因指针式电工仪表的操作简便、成本低，能满足相位表测量相位。因指针式电工仪表的操作简便、成本低，能满足工程测量的准确度。工程测量的准确度。工程测量的准确度。工程测量的准确度。2.2.电路参数测量法电路参数测量法电路参数测量法电路参数测量法 通过测电路参数来测频。通过测电路参数来测频。通过测电路参数来测频。通过测电路参数来测频。电桥法电桥法电桥法电桥法：把被测作交流电桥的电源，调节桥臂参数使电桥

16、平衡，由：把被测作交流电桥的电源，调节桥臂参数使电桥平衡，由：把被测作交流电桥的电源，调节桥臂参数使电桥平衡，由：把被测作交流电桥的电源，调节桥臂参数使电桥平衡，由平衡条件得被测频率。此法误差较大，已很少用。（见第二章）平衡条件得被测频率。此法误差较大，已很少用。（见第二章）平衡条件得被测频率。此法误差较大，已很少用。（见第二章）平衡条件得被测频率。此法误差较大，已很少用。（见第二章）谐振法谐振法谐振法谐振法：将被测作谐振电路的电源，通过改变电路参数使电路谐振，：将被测作谐振电路的电源，通过改变电路参数使电路谐振，：将被测作谐振电路的电源，通过改变电路参数使电路谐振，：将被测作谐振电路的电源，

17、通过改变电路参数使电路谐振，由电路参数可得被测频率。由电路参数可得被测频率。由电路参数可得被测频率。由电路参数可得被测频率。两种方法都可在所调节的电路参数上直接按频率刻度，测量时两种方法都可在所调节的电路参数上直接按频率刻度，测量时两种方法都可在所调节的电路参数上直接按频率刻度，测量时两种方法都可在所调节的电路参数上直接按频率刻度，测量时可直接读出结果。可直接读出结果。可直接读出结果。可直接读出结果。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第7页 6.1.3 频率（时间）测量方法频率（时间）测量方法（续）（续）（续）（续）3.3.示波器法示波器法示波器法示波器法 （1 1）直接测量法）

18、直接测量法）直接测量法）直接测量法方法方法方法方法：扫描微调置扫描微调置扫描微调置扫描微调置“校正校正校正校正”位，调位，调位，调位，调“时基开关时基开关时基开关时基开关”（即扫描速度），（即扫描速度），（即扫描速度），（即扫描速度），使屏上显示适中稳定的波形，由屏上读得的一个周期的距离（单位使屏上显示适中稳定的波形，由屏上读得的一个周期的距离（单位使屏上显示适中稳定的波形，由屏上读得的一个周期的距离（单位使屏上显示适中稳定的波形，由屏上读得的一个周期的距离（单位cmcm）和时基开关档位（单位）和时基开关档位（单位）和时基开关档位（单位）和时基开关档位（单位s/cms/cm）可得：）可得：）可

19、得：）可得：式中式中式中式中T T为被测周期（单位为被测周期（单位为被测周期（单位为被测周期（单位s s），），），），S S为扫描速度（单位为扫描速度（单位为扫描速度（单位为扫描速度（单位s/cms/cm）。若使用）。若使用）。若使用）。若使用“X“X扩展扩展扩展扩展”，则应除以扩展系数。被测信号频率为：，则应除以扩展系数。被测信号频率为：，则应除以扩展系数。被测信号频率为：，则应除以扩展系数。被测信号频率为：（6-36-3）电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第8页 6.1.3 频率（时间）测量方法频率（时间）测量方法（续）（续）（续）（续）（2 2）时标法）时标法）时标法）时

20、标法原理原理原理原理：在扫描发生器控制下，扫描正程期间时标发生器工作，产生：在扫描发生器控制下，扫描正程期间时标发生器工作，产生：在扫描发生器控制下，扫描正程期间时标发生器工作，产生：在扫描发生器控制下，扫描正程期间时标发生器工作，产生方波（或正弦波）时标信号方波（或正弦波）时标信号方波（或正弦波）时标信号方波（或正弦波）时标信号 ，加在示波管的控制栅极进行辉度调节，加在示波管的控制栅极进行辉度调节，加在示波管的控制栅极进行辉度调节，加在示波管的控制栅极进行辉度调节，则屏上显示的被测波形明暗相间（时标信号周期远小于被测信号周则屏上显示的被测波形明暗相间（时标信号周期远小于被测信号周则屏上显示的

21、被测波形明暗相间（时标信号周期远小于被测信号周则屏上显示的被测波形明暗相间（时标信号周期远小于被测信号周期），其一明一暗正好是时标信号周期，从而被测信号周期为：期），其一明一暗正好是时标信号周期，从而被测信号周期为：期），其一明一暗正好是时标信号周期，从而被测信号周期为：期），其一明一暗正好是时标信号周期，从而被测信号周期为：式中式中式中式中T To o为时标信号周期；为时标信号周期；为时标信号周期；为时标信号周期；n n为为为为T T内的标记数。内的标记数。内的标记数。内的标记数。注意注意注意注意：需对扫描速度校准，其准确度还与示波器分辨率和扫描线性：需对扫描速度校准，其准确度还与示波器分辨

22、率和扫描线性：需对扫描速度校准，其准确度还与示波器分辨率和扫描线性：需对扫描速度校准，其准确度还与示波器分辨率和扫描线性及放大器增益稳定性有关，但可克服扫描非线性所引起的误差。及放大器增益稳定性有关，但可克服扫描非线性所引起的误差。及放大器增益稳定性有关，但可克服扫描非线性所引起的误差。及放大器增益稳定性有关，但可克服扫描非线性所引起的误差。（3 3）李沙育图形法）李沙育图形法）李沙育图形法）李沙育图形法 示波器工作在示波器工作在示波器工作在示波器工作在“X“XY”Y”方式，方式，方式，方式，Y Y和和和和X X中必有一个为标准频率信号，中必有一个为标准频率信号，中必有一个为标准频率信号，中必

23、有一个为标准频率信号，且对波形、幅值、频率都有一定要求。但测量的频率范围不宽。且对波形、幅值、频率都有一定要求。但测量的频率范围不宽。且对波形、幅值、频率都有一定要求。但测量的频率范围不宽。且对波形、幅值、频率都有一定要求。但测量的频率范围不宽。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第9页 6.1.3 频率（时间）测量方法频率（时间）测量方法（续）（续）（续）（续）（4 4）相位测量）相位测量）相位测量）相位测量 a.a.单踪示波器法单踪示波器法单踪示波器法单踪示波器法 将被测二信号先后接入将被测二信号先后接入将被测二信号先后接入将被测二信号先后接入Y Y输入进行显示，记住第一个输入

24、信号输入进行显示，记住第一个输入信号输入进行显示，记住第一个输入信号输入进行显示，记住第一个输入信号显示时的位置，则显示第二个输入信号时就可读出相位差对应的距显示时的位置，则显示第二个输入信号时就可读出相位差对应的距显示时的位置，则显示第二个输入信号时就可读出相位差对应的距显示时的位置，则显示第二个输入信号时就可读出相位差对应的距离，同时再读出信号一个周期的距离，则被测结果为：离，同时再读出信号一个周期的距离，则被测结果为：离，同时再读出信号一个周期的距离，则被测结果为：离，同时再读出信号一个周期的距离，则被测结果为：此法可测三相交流信号的相序。此法较为费时，操作也相对复此法可测三相交流信号的

25、相序。此法较为费时，操作也相对复此法可测三相交流信号的相序。此法较为费时，操作也相对复此法可测三相交流信号的相序。此法较为费时，操作也相对复杂。杂。杂。杂。b.b.双踪示波器法双踪示波器法双踪示波器法双踪示波器法 双踪或双线示波器测信号的相位差非常方便（见第四章）。双踪或双线示波器测信号的相位差非常方便（见第四章）。双踪或双线示波器测信号的相位差非常方便（见第四章）。双踪或双线示波器测信号的相位差非常方便（见第四章）。c.c.李沙育图形法李沙育图形法李沙育图形法李沙育图形法 示波器工作在示波器工作在示波器工作在示波器工作在“X“XY”Y”方式，据屏上显示的椭圆度来求二信号方式，据屏上显示的椭圆

26、度来求二信号方式，据屏上显示的椭圆度来求二信号方式，据屏上显示的椭圆度来求二信号的相位差。的相位差。的相位差。的相位差。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第10页 6.1.3 频率（时间）测量方法频率（时间）测量方法（续）（续）（续）（续）变换测量法变换测量法变换测量法变换测量法 方法方法方法方法：将被测：将被测：将被测：将被测f f经经经经“F/V”“F/V”变换成电压，然后用电压表测量电压值来变换成电压，然后用电压表测量电压值来变换成电压，然后用电压表测量电压值来变换成电压，然后用电压表测量电压值来反映被测频率。（也有反映被测频率。（也有反映被测频率。（也有反映被测频率。（也

27、有“F/I”“F/I”转换成电流的）转换成电流的）转换成电流的）转换成电流的）优点优点优点优点：在于可连在于可连在于可连在于可连续监测被测频率的变化。续监测被测频率的变化。续监测被测频率的变化。续监测被测频率的变化。采用采用采用采用“F/V”“F/V”集成电路做成的测频仪，最高可测几兆赫的频率。集成电路做成的测频仪，最高可测几兆赫的频率。集成电路做成的测频仪，最高可测几兆赫的频率。集成电路做成的测频仪，最高可测几兆赫的频率。（可采用（可采用（可采用（可采用“T/V”“T/V”“T/V”“T/V”变换来测信号的周期，再得频率）变换来测信号的周期，再得频率）变换来测信号的周期，再得频率）变换来测信

28、号的周期，再得频率）5.5.比较法比较法比较法比较法 将被测频率与标准已知频率进将被测频率与标准已知频率进将被测频率与标准已知频率进将被测频率与标准已知频率进行比较来得测量结果。行比较来得测量结果。行比较来得测量结果。行比较来得测量结果。（1 1）拍频法）拍频法）拍频法）拍频法原理电路（见右）原理电路（见右）原理电路（见右）原理电路（见右）电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第11页 6.1.3 频率（时间）测量方法频率（时间）测量方法（续）（续）（续）（续）将被测与标准频率信号通过线性电路进行迭加，然后把迭加结将被测与标准频率信号通过线性电路进行迭加，然后把迭加结将被测与标准频率

29、信号通过线性电路进行迭加，然后把迭加结将被测与标准频率信号通过线性电路进行迭加，然后把迭加结果在示波器上果在示波器上果在示波器上果在示波器上观察波形（或者送入耳机进行监听）。当观察波形（或者送入耳机进行监听）。当观察波形（或者送入耳机进行监听）。当观察波形（或者送入耳机进行监听）。当f fx xf fs s时，线时，线时，线时，线性迭加的振幅恒定；若性迭加的振幅恒定；若性迭加的振幅恒定；若性迭加的振幅恒定；若f fx xffs s，迭加的振幅是变化的。，迭加的振幅是变化的。，迭加的振幅是变化的。，迭加的振幅是变化的。适于测低频，且被测与标准信号波形应相同，目前很少应用。适于测低频，且被测与标准

30、信号波形应相同，目前很少应用。适于测低频，且被测与标准信号波形应相同，目前很少应用。适于测低频，且被测与标准信号波形应相同，目前很少应用。(2)(2)(2)(2)差频法差频法差频法差频法原理电路原理电路原理电路原理电路：将被测与标准信号送入非线性电路进行混频，然后再用示波器将被测与标准信号送入非线性电路进行混频，然后再用示波器将被测与标准信号送入非线性电路进行混频，然后再用示波器将被测与标准信号送入非线性电路进行混频，然后再用示波器等来监测。混频结果中有等来监测。混频结果中有等来监测。混频结果中有等来监测。混频结果中有f f f fo o o of f f fx xf f f fs s s s

31、，若，若，若，若f f f fx xf f f fs s s s，则，则，则，则f f f fo o o o0 0 0 0，输出直，输出直，输出直，输出直流，示波器易观测。流，示波器易观测。流，示波器易观测。流，示波器易观测。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第12页 6.1.3 频率（时间）测量方法频率（时间）测量方法（续）（续）（续）（续）6.6.计算法计算法计算法计算法 前述各测量方法有局限性，如测量范围不宽、准确性度不高等。前述各测量方法有局限性，如测量范围不宽、准确性度不高等。前述各测量方法有局限性，如测量范围不宽、准确性度不高等。前述各测量方法有局限性，如测量范围不宽

32、、准确性度不高等。电子计数器测频（周）十分普遍。优点：精度高、使用方便、测量迅速以及电子计数器测频（周）十分普遍。优点：精度高、使用方便、测量迅速以及电子计数器测频（周）十分普遍。优点：精度高、使用方便、测量迅速以及电子计数器测频（周）十分普遍。优点：精度高、使用方便、测量迅速以及便于实现测量的自动化等。下面重点介绍。便于实现测量的自动化等。下面重点介绍。便于实现测量的自动化等。下面重点介绍。便于实现测量的自动化等。下面重点介绍。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第13页 6.2 电子计数器测频率电子计数器测频率 电子计数器不但能测频率，还能测周期、相位差等，故称为电子计数器不但

33、能测频率，还能测周期、相位差等，故称为电子计数器不但能测频率，还能测周期、相位差等，故称为电子计数器不但能测频率，还能测周期、相位差等，故称为“通用计数器通用计数器通用计数器通用计数器”。6.2.1 测频基本原理测频基本原理频率的定义频率的定义频率的定义频率的定义：周期性信号在一秒钟内变化的周期。：周期性信号在一秒钟内变化的周期。：周期性信号在一秒钟内变化的周期。：周期性信号在一秒钟内变化的周期。如果在一定的时间间隔如果在一定的时间间隔如果在一定的时间间隔如果在一定的时间间隔T Ts s内计有周期信号的重复变化次数内计有周期信号的重复变化次数内计有周期信号的重复变化次数内计有周期信号的重复变化

34、次数N N，则频率可写为：则频率可写为：则频率可写为：则频率可写为：这就是电子计数器测频的基本原理。这就是电子计数器测频的基本原理。这就是电子计数器测频的基本原理。这就是电子计数器测频的基本原理。原理框图原理框图原理框图原理框图：电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第14页 6.2.2 电子计数器测频的组成框图电子计数器测频的组成框图组成框图组成框图组成框图组成框图：各电路各电路各电路各电路：放大整形放大整形放大整形放大整形：放大是对小信号，整形是将各种被测波形整形成脉冲：放大是对小信号，整形是将各种被测波形整形成脉冲：放大是对小信号，整形是将各种被测波形整形成脉冲：放大是对小信号

35、，整形是将各种被测波形整形成脉冲（如采用施密特电路）。（如采用施密特电路）。（如采用施密特电路）。（如采用施密特电路）。晶振晶振晶振晶振：石英晶体振荡器，产生频率非常稳定的脉冲信：石英晶体振荡器，产生频率非常稳定的脉冲信：石英晶体振荡器，产生频率非常稳定的脉冲信：石英晶体振荡器，产生频率非常稳定的脉冲信号。号。号。号。通常是通常是通常是通常是1MHz1MHz或或或或5MHz5MHz，稳定度达，稳定度达，稳定度达，稳定度达 数量量级。数量量级。数量量级。数量量级。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第15页 6.2.2 电子计数器测频的组成框图电子计数器测频的组成框图（续）（续）（续

36、）（续）分频器分频器分频器分频器：即为计数器，每输入十个脉冲才输出一个脉冲。多次分频：即为计数器，每输入十个脉冲才输出一个脉冲。多次分频：即为计数器，每输入十个脉冲才输出一个脉冲。多次分频：即为计数器，每输入十个脉冲才输出一个脉冲。多次分频可获得不同的时间基准（或可获得不同的时间基准（或可获得不同的时间基准（或可获得不同的时间基准（或时标时标时标时标信号）。信号）。信号）。信号）。门控：门控：门控：门控：双稳电路，提高分频信号的前沿陡度，使时基准确。双稳电路，提高分频信号的前沿陡度，使时基准确。双稳电路，提高分频信号的前沿陡度，使时基准确。双稳电路，提高分频信号的前沿陡度，使时基准确。主闸门主

37、闸门主闸门主闸门：有与门电路一样的功能，只有在门控信号作用下才能开启，：有与门电路一样的功能，只有在门控信号作用下才能开启，：有与门电路一样的功能，只有在门控信号作用下才能开启，：有与门电路一样的功能，只有在门控信号作用下才能开启，即在门控信号高电平期间脉冲通过闸门进入计数器被计数。即在门控信号高电平期间脉冲通过闸门进入计数器被计数。即在门控信号高电平期间脉冲通过闸门进入计数器被计数。即在门控信号高电平期间脉冲通过闸门进入计数器被计数。此外，还有计数、译码、显示等电路。此外，还有计数、译码、显示等电路。此外，还有计数、译码、显示等电路。此外，还有计数、译码、显示等电路。6.2.3 频率测量原理

38、频率测量原理工作过程工作过程工作过程工作过程：被测信号经放大整形后送入闸门；晶振信号经分频得时：被测信号经放大整形后送入闸门；晶振信号经分频得时：被测信号经放大整形后送入闸门；晶振信号经分频得时：被测信号经放大整形后送入闸门；晶振信号经分频得时间基准送门控电路，门控电路在所选时间基准内输出高电平，从而间基准送门控电路，门控电路在所选时间基准内输出高电平，从而间基准送门控电路，门控电路在所选时间基准内输出高电平，从而间基准送门控电路，门控电路在所选时间基准内输出高电平，从而打开主闸门；在主闸门打开期间，被测信号整形后的脉冲通过主闸打开主闸门；在主闸门打开期间，被测信号整形后的脉冲通过主闸打开主闸

39、门；在主闸门打开期间，被测信号整形后的脉冲通过主闸打开主闸门；在主闸门打开期间，被测信号整形后的脉冲通过主闸门进入计数器被计数；然后再译码和显示。门进入计数器被计数；然后再译码和显示。门进入计数器被计数；然后再译码和显示。门进入计数器被计数；然后再译码和显示。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第16页 6.2.3 频率测量原理频率测量原理（续）（续）（续）（续）时标时标时标时标（闸门开启时间）（闸门开启时间）（闸门开启时间）（闸门开启时间）与显示位的关系与显示位的关系与显示位的关系与显示位的关系：如如如如8 8位显示、单位位显示、单位位显示、单位位显示、单位KHzKHz，设被测，

40、设被测，设被测，设被测f fx x=10MHz=10MHz，当选时标，当选时标，当选时标，当选时标T Ts s=1s=1s，则，则，则，则显示；若选显示；若选显示；若选显示；若选T Ts s，因闸门开启时间小，因闸门开启时间小，因闸门开启时间小，因闸门开启时间小1010倍，所计脉冲数也小倍，所计脉冲数也小倍，所计脉冲数也小倍，所计脉冲数也小1010倍，则倍，则倍，则倍，则小数点右移一位，显示，如此类推。可见，选小数点右移一位，显示，如此类推。可见，选小数点右移一位，显示，如此类推。可见，选小数点右移一位，显示，如此类推。可见，选T Ts s大，数据有效位多，大，数据有效位多，大，数据有效位多，

41、大，数据有效位多，测量准确度高。测量准确度高。测量准确度高。测量准确度高。波形波形波形波形：被测为正弦波形，整形后在过零变正的瞬间产生脉冲，且一个被测为正弦波形，整形后在过零变正的瞬间产生脉冲，且一个被测为正弦波形，整形后在过零变正的瞬间产生脉冲，且一个被测为正弦波形，整形后在过零变正的瞬间产生脉冲，且一个周期只产生一个脉冲。周期只产生一个脉冲。周期只产生一个脉冲。周期只产生一个脉冲。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第17页 6.2.4 误差分析误差分析 据误差传递公式，测频的误差为据误差传递公式，测频的误差为据误差传递公式，测频的误差为据误差传递公式，测频的误差为最大误差最大

42、误差最大误差最大误差 误差有两部分，第一项是计数相对误差；第二项是主闸门开启时间误差有两部分，第一项是计数相对误差；第二项是主闸门开启时间误差有两部分，第一项是计数相对误差；第二项是主闸门开启时间误差有两部分，第一项是计数相对误差；第二项是主闸门开启时间误差，取决于晶振的准确度。误差，取决于晶振的准确度。误差，取决于晶振的准确度。误差，取决于晶振的准确度。1.1.计数误差计数误差计数误差计数误差 计数误差也叫计数误差也叫计数误差也叫计数误差也叫量化误差量化误差量化误差量化误差或或或或11个字误差个字误差个字误差个字误差，是电子计数器的固有误，是电子计数器的固有误，是电子计数器的固有误，是电子计

43、数器的固有误差，也是数字仪表特有的误差。差，也是数字仪表特有的误差。差，也是数字仪表特有的误差。差，也是数字仪表特有的误差。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第18页 6.2.4 误差分析误差分析（续）（续）（续）（续）产生原因产生原因产生原因产生原因：由被测信号和门控信号之间不同步及周期关系任意性引：由被测信号和门控信号之间不同步及周期关系任意性引：由被测信号和门控信号之间不同步及周期关系任意性引：由被测信号和门控信号之间不同步及周期关系任意性引起的。起的。起的。起的。被测信号与门控信号间没有同步锁定关系，门控信号的起始点被测信号与门控信号间没有同步锁定关系，门控信号的起始点被

44、测信号与门控信号间没有同步锁定关系，门控信号的起始点被测信号与门控信号间没有同步锁定关系，门控信号的起始点随开机时刻而随机；被测信号周期是任意的，而门控信号周期是一随开机时刻而随机；被测信号周期是任意的，而门控信号周期是一随开机时刻而随机；被测信号周期是任意的，而门控信号周期是一随开机时刻而随机；被测信号周期是任意的，而门控信号周期是一定的。当定的。当定的。当定的。当T Ts s与被测与被测与被测与被测T Tx x的整数倍相当时，产生的整数倍相当时，产生的整数倍相当时，产生的整数倍相当时，产生11误差更为典型。误差更为典型。误差更为典型。误差更为典型。波形图中，波形图中，波形图中，波形图中，T

45、 Ts s与与与与8 T8 Tx x相当，无论相当，无论相当，无论相当，无论t t1 1时刻是提前还是推迟均计数脉时刻是提前还是推迟均计数脉时刻是提前还是推迟均计数脉时刻是提前还是推迟均计数脉冲冲冲冲N=8N=8。对图示。对图示。对图示。对图示t t1 1时刻，若时刻，若时刻，若时刻，若TsTs约小于约小于约小于约小于8 T8 Tx x，则计数脉冲，则计数脉冲，则计数脉冲，则计数脉冲N=7N=7（即前（即前（即前（即前后两个脉冲不被计入）；若后两个脉冲不被计入）；若后两个脉冲不被计入）；若后两个脉冲不被计入）；若TsTs约大于约大于约大于约大于8 T8 Tx x，则计数脉冲，则计数脉冲，则计数

46、脉冲，则计数脉冲N=9N=9（即前（即前（即前（即前后两个脉冲被计入）。后两个脉冲被计入）。后两个脉冲被计入）。后两个脉冲被计入）。所以，所以，所以，所以，dN=1 dN=1，量化误差的相对误差为，量化误差的相对误差为，量化误差的相对误差为，量化误差的相对误差为电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第19页 6.2.4 误差分析误差分析（续）（续）（续）（续）注意注意注意注意：与与与与f fx xT Ts s成成成成反比反比反比反比。当被测当被测当被测当被测f fx x一定，闸门开启时间一定，闸门开启时间一定，闸门开启时间一定，闸门开启时间T Ts s越大，越大，越大，越大，11量化

47、误差对测频误量化误差对测频误量化误差对测频误量化误差对测频误差影响越小；当闸门开启时间差影响越小；当闸门开启时间差影响越小；当闸门开启时间差影响越小；当闸门开启时间T Ts s一定，被测频率一定，被测频率一定，被测频率一定，被测频率f fx x越高，越高，越高，越高，11量化误量化误量化误量化误差对测频误差影响越小。差对测频误差影响越小。差对测频误差影响越小。差对测频误差影响越小。故，电子计数器测频故，电子计数器测频故，电子计数器测频故，电子计数器测频适于测高频适于测高频适于测高频适于测高频频率。频率。频率。频率。2.2.标准频率误差标准频率误差标准频率误差标准频率误差 闸门时间不准引起闸门时

48、间相对误差。闸门时间不准引起闸门时间相对误差。闸门时间不准引起闸门时间相对误差。闸门时间不准引起闸门时间相对误差。产生原因产生原因产生原因产生原因：主要是晶振频率准确度，而整形电路、分频电路、闸门：主要是晶振频率准确度，而整形电路、分频电路、闸门：主要是晶振频率准确度，而整形电路、分频电路、闸门：主要是晶振频率准确度，而整形电路、分频电路、闸门的开关速度等因素也产生影响。的开关速度等因素也产生影响。的开关速度等因素也产生影响。的开关速度等因素也产生影响。设晶振频率设晶振频率设晶振频率设晶振频率f fc c，分频系数为，分频系数为，分频系数为，分频系数为KK，则，则，则，则T Ts s=KT=K

49、Tc c=K/f=K/fc c，其误差为：，其误差为：，其误差为：，其误差为：电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第20页 6.2.4 误差分析误差分析（续）（续）（续）（续）可见闸门时间的准确度在数值上等于晶振可见闸门时间的准确度在数值上等于晶振可见闸门时间的准确度在数值上等于晶振可见闸门时间的准确度在数值上等于晶振(标准频率标准频率标准频率标准频率)的准确度，的准确度，的准确度，的准确度，而符号相反。而符号相反。而符号相反。而符号相反。3.3.总误差总误差总误差总误差 综上，得电子计数器测频的最大误差为综上，得电子计数器测频的最大误差为综上，得电子计数器测频的最大误差为综上，得

50、电子计数器测频的最大误差为误差曲线误差曲线误差曲线误差曲线：由曲线知：由曲线知：由曲线知：由曲线知 f fx x一定，一定，一定，一定，T Ts s越大，误差越小；越大，误差越小；越大，误差越小；越大，误差越小；T Ts s一定，一定，一定，一定，f fx x越高，误差也越小。越高，误差也越小。越高，误差也越小。越高，误差也越小。随随随随11影响的减小，标准频率误差影响的减小，标准频率误差影响的减小，标准频率误差影响的减小，标准频率误差ffc c/f/fc c影响增大，并以影响增大，并以影响增大，并以影响增大，并以ffc c/f/fc c为极限。为极限。为极限。为极限。注意注意注意注意：要求：