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频率的测量

2018-1-16 10:19:37 2999 频率

0 现代电子技术的发展和标准频率源的建立，使得频率的测量方法、测量范围和测量准确度获得了迅速的发展。目前，利用标准频率和被测频率进行比较来测频是广泛采用的方法，计数法测频是这种方法的代表，数字频率计不但可以完成频率的测量，还可以测量周期、时间间隔等。随着微型计算机应用技术的发展，测频技术和方法将更加灵活多样。一、计数法测频原理频率是单位时间内被测信号重复出现的次数。ｆ＝Ｎ/ｔ (6.7) 计数法测频就是按此定义设计的测量方案，原理框图如图６．８所示。被测信号ｆｘ接输入端Ａ，经过放大整形，变成脉冲信号送往闸门，而控制闸门开与关的标准时间间隔（时基）由振荡器整形放大再分频后产生，分频的宽度是可调的。这样，在闸门开启时间内通过Ａ端输入的脉冲数与开启时间之比即为频率。使开启时间ｔ均为１０ｎｓ（ｎ为任意整数），即可从显示器上直读被测频率。根据式（６．７）由计数法测频时，频率测量的误差为（１）计数法测频的量化误差。根据数字技术原理，计数电路可能存在±１个脉冲误差，这是量化误差，也是理论误差，即 ΔＮ ±１是不可避免的。延长计数时间（控制闸门的时基增大），或者将ｆｘ倍频，使Ｎ大，可使相对误差减小。但由于受计数器位数的限制，Ｎ不可能太大。（２）闸门开启时间误差。式（６．８）中 Δｔ为闸门开启时间误差，即时基误差，主要决定于晶体振荡器频率ｆｃ的稳定度和准确度。此外也会受分频电路等开关速度及其稳定性的影响。所以一般情况下，由于晶体振荡器的频率稳定度很高，可使 Δｆｃ／ｆｃ远小于１／Ｎ。所以，频率测量误差主要是量化误差，频率越低，相对误差就越明显。二、计数法测周期同一个频率计通过转换开关稍作变动也可以用来测信号周期，图６．９为测周期原理框图。被测信号Ｔｘ由Ｂ端输入，经由整形放大电路分频（ｍ倍）后控制闸的开与关，而计数脉冲由石英晶体振荡器经放大整形分频后（时标Ｔ０）提供。这时被测信号周期Ｔｘ＝ＮＴ０（６．１０）由式（６．１０）可得，测周期误差 ΔＴｘ＝ ΔＮＴ０＋ΔＴ０Ｎ（６．１１）总相对误差取分项绝对值合成，得１）量化误差。与测量频率法一样，计数法测周期同样存在 ±１个脉冲的原理误差，即 ΔＮ＝ ±１。为了减小相对误差。可以采用周期倍乘的方法，即将被测信号ｆｘ分频ｍ倍，计量ｍ个周期内的脉冲数，然后取ｍ个周期内的平均值Ｔｘ＝ＮＴ０／ｍ。通常取ｍ为１０的ｎ次幂（ｎ为正整数）。（２）触发误差。测量周期一般是将Ｂ端输入被测信号ｆｘ进行过零触发控制闸门的，而被测信号均不同程度存在有干扰噪声叠加在其上面，使触发提前或推迟，如图６．１０所示。为了减小触发误差，要注意适当提高信号电平，增大信噪比。另外，如果晶体振荡器的稳定度不好，也会使标准频率脉冲产生计数误差，不过，一般这种情况很少会发生。三、中界频率由以上所述可知，周期与频率的测量均存在Ｎ＝±１的量化误差。为了保证测量准确度，当频率比较高时，直接测量信号频率，这时示值大，相对误差可小些；而当频率比较低时，测量信号的周期，使相对误差小些。因频率与周期互为倒数关系，即对某一个被测频率信号，究竟是应该测频率还是应该测周期？存在一个分界点，即中界频率问题。在中界频率，二者的相对误差应该是相等的。如果只考虑量化误差，Δｆｘ＝１，ΔＴｘ＝１。在中界频率，两者计数值Ｎ应该是相等的。式（６．１３）说明，中界频率与所使用的周期倍乘ｍ、时基ｔ、时标Ｔ０有关。一般电气测试，多数是低频信号，所以相对来说，测周期的情况较多。购线网：gooxian.com 0
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