通用电子计数器的测量原理简介

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：电子计数器测频是严格按照频率的定义进行的。若计数器计数值为N，则被测信号的频率测量的原理框图如图5-40所示，频率为fx的被测信号，由A通道输入，经放大整形后输往闸门（主门）。T0通常设计为10n s，配合显示屏上小数点的自动定位，可直接读出测量结果。

1.频率的测量

电子计数器测频是严格按照频率的定义进行的。它在某个已知的标准时间间隔T内，测出被测信号重复的次数N，然后由公式计算出频率。

测量的原理框图如图5-40所示，频率为fx的被测信号，由A通道输入，经放大整形后输往闸门（主门）。晶振产生频率准确度和稳定度都非常高的振荡信号，经分频电路逐级分频之后，可获得各种标准时间脉冲信号（简称时标）。通过闸门时间选择开关将所选时标信号加到门控双稳，再经门控双稳形成控制闸门启、闭作用的时间T（称闸门时间），则在所选闸门时间T内主门开启，被测信号通过主门进入计数器计数。若计数器计数值为N，则被测信号的频率

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图5-40　频率测量原理图

仪器闸门时间T的选择一般都设计为10n s（n为整数），并且闸门时间的改变与显示屏上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。例如，被测信号频率为100 kHz，闸门时间选1 s时，N＝100 000，显示为100.00 kHz；若闸门时间选100 ms，则N＝10 000，显示为100.00 kHz。测量同一个信号频率时，闸门时间增加，测量结果不变，但有效数字位数增加，提高了测量精确度。

2.周期的测量

周期是频率的倒数，因此，测量周期时可以把测量频率时的计数信号和门控信号的来源相对换来实现。如图5-41所示，周期为Tx的被测信号由B通道进入，经B通道放大整形后，再经门控双稳输出作为闸门启闭的控制信号，使闸门仅在被测周期Tx时间内开启。晶振输出的信号经倍频和分频得到了一系列的时标信号，通过时标选择开关，所选时标经A通道送往闸门。在闸门的开启时间内，时标进入计数器计数。若所选时标为T0，计数器计数值为N，则被测信号的周期为：Tx＝NT0。

由于T0（f0）为常数，因此Tx正比于N。T0通常设计为10n s（n为整数），配合显示屏上小数点的自动定位，可直接读出测量结果。

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图5-41　周期测量原理图

例如，某通用计数器时标信号T0＝0.1 μs（f0＝10 MHz），测量周期Tx为1 ms的信号，得到N＝Tx/T0＝10 000，则显示结果为1 000.0 μs。如果被测周期较短，为了提高测量精确度，还可采用多周期法（又称周期倍乘），即在B通道和门控双稳之间加设分频器（设分频系数为Kf），这样使被测周期得到倍乘即闸门的开启时间扩展Kf倍。若周期倍乘开关Kf选为×10n，则计数器所计脉冲个数将扩展10n倍，所以被测信号的周期应为

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周期倍乘率（Kf）的改变与显示屏上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。例如，前例中若采用多周期法，设周期倍乘率选102，则计数结果N′为1 000 000，显示结果为1 000.000 μs。测量结果不变，但有效数字位数增加了，测量精确度提高了。

3.频率比的测量如图5-42所示，当fA>fB时，被测信号fB由B通道输入，经放大整形后控制闸门的启闭，门控信号的脉宽等于B通道输入信号的周期；而被测信号fA由A通道输入，经放大整形后作为计数脉冲，在闸门开启时送至计数器计数。计数结果为

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图5-42　频率比测量原理图

为了提高测量精确度，也可采用类似多周期的测量方法，即在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

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4.时间间隔的测量

测量时间间隔的原理框图如图5-43（a）所示，测量时间间隔时，利用B、C输入通道分别控制门控电路的启动和复原。在测量两个输入脉冲信号u1和u2之间的时间间隔（双线输入）时，将工作开关S置“分”位置，把时间超前的信号加至B通道，用于启动门控电路；另一个信号加至C通道，用于使门控电路复原。

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图5-43　时间间隔测量原理图

测量时，B通道的输出脉冲较早出现，触发门控双稳开启主门，开始对时标信号T0计数；较迟出现的C通道的输出脉冲使门控电路复原，关闭主门，停止对T0计数，有关波形如图5-43（b）所示。主门开启期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

为了适应测量的需要，在B、C通道间设置工作开关（“单独”与“公共”），在B、C通道内分别设置有斜率（极性）选择和触发电平调节功能。根据所要测量的时间间隔所在点的信号极性和电平的特征来选择触发极性和触发电平，就可以在被测时间间隔的起点和终点所对应的时刻决定主门的启闭。

当需要测量一个脉冲信号内的时间间隔时，将工作开关置于“公共”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极性和触发电平，可测量脉冲信号的脉冲宽度、上升时间、下降时间等参数。

如要测量某正脉冲的脉宽，将B通道触发极性选择为“＋”，C通道触发极性选择为“－”，调节两通道触发电平均为脉冲幅度的50%，则计数结果即为脉宽值。如果要测量正脉冲的上升时间，则将两通道的极性均选择为“＋”，调节B通道的触发电平到脉冲幅度的10%处，调节C通道的触发电平到脉冲幅度的90%处，计数结果即为该脉冲的上升时间。

通用电子计数器除了具有以上几种测量功能外，通过人工控制门控电路的启闭，还可以进行累加计数。在正式测量前，为了检验仪器工作是否正常，一般电子计数器都设有自校功能，原理与测量频率基本相同。

通用电子计数器的测量原理简介

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