电子测量仪器教案 第5章文档格式.docx

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测量频率、周期、频率比、时间间隔和累加计数等功能。

2．测量范围

仪器的有效测量范围。

3．输入特性

（1）输入灵敏度　工作所需输入的最小电压。

（2）输入耦合方式　AC耦合和DC耦合。

AC耦合：

被测信号经隔直电容输入；

DC耦合：

被测信号直接输入（适于低频及脉冲信号）。

（3）输入阻抗　包括输入电阻和输入电容。

高阻抗适于：

频率不太高，减小对信号源的负载影响。

低阻抗适于：

频率较高。

（4）最大输入电压　

4．测量准确度

表示：

常用测量误差。

决定：

由时基误差（由晶体管振荡器的稳定度确定）和计数误差（主要指量化误差）。

5．闸门时间和时标

由机内标准时间信号源提供的标准时间信号。

包括：

闸门时间信号和时标信号。

6．显示及工作方式

（1）显示位数　

（2）显示时间　

（3）显示方式　

记忆：

只显示最终计数的结果。

不记忆：

显示正在计数的过程。

（4）显示器件

7．输出

输出的标准时间（频率）信号的种类、输出数据的编码方式及输出电平等。

练习

习题

小结

电子计数器的分类：

通用计数器、频率计数器、计算计数器。

布置作业

课题5.2　通用电子计数器

理解通用电子计数器的基本组成原理。

通过观察和讲解，理解通用电子计数器的基本组成原理。

通用电子计数器的基本组成原理。

5.2　通用电子计数器的基本组成

通用电子计数器的基本组成原理框图如图所示。

1．A、B输入通道

作用：

被测信号放大、整形成标准脉冲。

A通道输出脉冲：

计数器的计数信号，门控信号作用时间通过主门计数；

B通道输出脉冲：

控制门控信号的作用时间。

2．主门（又称为闸门）

控制计数脉冲信号能否进入计数器。

主门电路：

一个双输入端逻辑与门，如图所示。

一个输入端←门控信号（控制单元中门控双稳态触发器）；

另一个输入端←计数脉冲信号。

门控信号作用时，计数脉冲通过主门进入计数器计数。

3．时基单元

组成：

晶体振荡器、分频及倍频器。

标准时间信号分类：

①闸门信号（时间较长）：

根据分频技术的不同多选。

②时标信号（时间较短）：

可为单选，也可为多选。

4．控制单元

产生控制信号，各单元的工作，使整机自动完成测量。

门控双稳态电路：

控制主门的开闭。

5．计数与显示单元

对主门输出的脉冲计数并以十进制数字显示计数结果。

二—十进制计数器、译码器和数字显示器等。

1．电子计数器的基本组成：

A、B输入通道、时基单元、主门、控制单元、计数与显示单元。

2．电子计数器各部分作用：

输入通道：

将被测信号进行放大、整形，使其变换为标准脉冲。

主门：

控制单元：

产生各种控制信号去控制和协调通用计数器各单元的工作，以使整机按一定的工作程序自动完成测量任务。

计数与显示单元：

对主门输出的脉冲技术并以十进制数字显示计数结果。

课题5.3　通用电子计数器的测量原理

（一）

理解通用电子计数器的周期、频率。

通过观察和讲解，

5.3 通用电子计数器的测量原理

　　5.3.1　测量频率

求解方法：

测量原理框图如图所示。

①被测信号→放大、整形（经A输入通道）→序列脉冲→主门

②晶振产生振荡信号fs（Ts）→标准时间脉冲信号（kf，Ts）→门控信号→控制主门的“开启”或“关闭”→主门开启→①序列脉冲→计数（经主门输入十进制计数器）→计数结果N转换为频率值显示。

即：

式中Kf为分频器系数。

注意：

（1）门控信号的脉宽＝分频器输出的触发信号的周期。

（2）闸门时间T：

10ns（n为整数），计数结果无须换算。

5.3.2　测量周期

测量周期的原理框图如图所示。

为提高测量精确度，采用多周期法（又称周期倍乘），即在B通道后加设几级十进制分频器（设分频器系数为Kf），使主门开启时间扩展Kf倍。

如果仍用Ts（fs）作时标信号，则其计数结果为

周期倍乘率（Kf）的改变与显示屏上的小数点位置的移动同步进行，故使用者无须对计数结果进行换算，即可直接读出测量结果。

1．测量频率公式：

2．测量周期公式：

课题5.3　通用电子计数器的测量原理

（二）

理解通用电子计数器的频率比、时间间隔。

通过观察和讲解，理解通用电子计数器频率比、时间间隔。

通用电子计数器的频率比、时间间隔。

5.3.3　测量频率比

测量频率比原理框图如图所示。

当fA>

fB，fB（由B通道输入）→放大整形→控制主门的启闭，门控信号的脉宽＝B通道输入信号的周期

fA由A通道输入→放大整形，作为计数脉冲→主门开启→计数器计数。

计数结果为

直接显示测量结果。

多周期的测量方法（提高精度）：

在B通道后，加设分频器，对fB进行Kf次分频，使主门开启的时间扩展Kf倍，于是

不同Kf时，小数点相应变化，直接读出测量结果，但有效数字位数变化。

5.3.4　测量时间间隔

测量时间间隔的原理框图如右图所示。

测量过程：

工作开关S置“分”位置：

①时间超前信号→A通道放大整形→启动门控电路→开启主门→计数。

②时间滞后信号→B通道放大整形→复原门控电路→关闭主门→停止计数。

时标信号Ts计数有关波形如图所示。

主门开启时间计数器的计数结果N与两脉冲信号间的时间间隔td的关系为

td=NTs

（1）A、B通道内分别设置有斜率（极性）选择和触发电平调节，用于在被测时间间隔的起点和终点所对应的时刻决定主门的开闭。

（2）测量一个脉冲信号内的时间间隔时，将工作开关S置“合”的位置。

两通道输入并联，被测信号由此公共输入端输入。

调节两个通道的触发斜率和电平可测量脉冲信号的脉冲宽度、前沿、休止期等参数。

3．测量频率比公式：

课题5.3　通用电子计数器的测量原理（三）

理解电子计数器累加计数、自校

通过观察和讲解，理解电子计数器累加计数、自校

电子计数器累加计数、自校

5.3.5　累加计数

累加计数的原理框图如图所示。

门控电路：

人工控制。

启动后，主门开启，输入脉冲通过主门进入计数器累加计数；

门控双稳电路被复原后，主门关闭，计数停止。

显示器直接显示累加计数的总和。

在开启主门前，应先做复零操作。

5.3.6　自校

自校的原理图如图所示。

工作过程（①②同时进行）：

①晶体振荡器→时标信号

（经系数为m倍频器）作为计数信号。

②晶体振荡器→闸门时间信号T（经过Kf分频电路）：

门控电路的触发信号。

计数器的计数结果：

取决于时标信号和闸门时间信号，则

据上式实现自校。

td=NTs。

课题5.4　电子计数器的测量误差

1．掌握电子计数器的测量误差来源。

2．掌握频率测量误差分析、周期测量误差分析。

频率测量误差分析、周期测量误差分析。

5.4 电子计数器的测量误差

　　5.4.1　误差来源

1．量化误差（计数误差）

原因：

主门的开启和计数脉冲的到达时间关系上是随机的。

因此，在相同的主门开启时间内，计数器对同样的脉冲串进行计数时，计数结果不一定相同。

测量频率或时间时，量化的最小单位是数码的一个字，即量化的结果只能取整数，故这种误差的极限是±

1，因此它的相对误差为

N越大，量化误差越小。

2．标准频率误差

测量频率和时间是以晶体振荡器产生的各种标准时间信号为准的。

标准时间信号不准或不稳定则会产生测量误差。

3．触发误差

信号的转换过程存在干扰和噪声的影响，电路本身的触发电平产生漂移。

大小：

与被测信号的大小和转换电路的信噪比有关。

结论：

测量频率、周期时，提高信噪比，被测信号不宜衰减过大（测量时间忽略估计）。

5.4.2　频率测量误差分析

量化误差。

由

fx=N/T

其中T：

晶振信号分频，常数，所以

，即

式中

为量化误差。

因为

=±

1，故有

误差的影响因素是被测信号频率和闸门时间。

fx一定时，增大T或增大N可减小测频误差。

5.4.3　周期测量误差分析

减小触发误差：

提高信噪比和多周期测量法。

量化误差的影响：

推倒得：

量化误差随着fx的升高而增大，fx过高时，直接测频法测量频率fx后再求Tx。

多周期法：

将被测信号分频以增加主门开启时间。

此时

1．误差来源：

量化误差、标准频率误差、触发误差。

2．测频率误差：

主要由量化误差决定。

3．减小触发误差的影响：

课题5.5　E312A型通用电子计数器

（一）

掌握E312A型通用电子计数器的主要技术性能、基本工作原理、基本测量方法。

通过观察和讲解

E312A型通用电子计数器的主要技术性能、基本工作原理、基本测量方法。

5.5　E312A型通用电子计数器

5.5.1　主要技术性能

1．频率测量

输入端：

A通道。

测量范围：

1Hz~10MHz。

输入端为AC耦合：

适于正弦波；

为DC耦合时：

适于