頻率計的使用和工作原理以及用途

 

基本原理

頻率計最基本的工作原理為：當被測信號在特定時間段T內的周期個數為N時，則被測信號的頻率f=N/T（如右圖所示）。

在一個測量周期過程中，被測周期信號在輸入電路中經過放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脈沖，送到主門的一個輸入端。主門的另外一個輸入端為時基電路產生電路產生的閘門脈沖。在閘門脈沖開啟主門的期間，特定周期的窄脈沖才能通過主門，從而進入計數器進行計數，計數器的顯示電路則用來顯示被測信號的頻率值，內部控制電路則用來完成各種測量功能之間的切換并實現測量設置。

 

應用范圍

在傳統的電子測量儀器中，示波器在進行頻率測量時測量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準確的測量頻率并顯示被測信號的頻譜，但測量速度較慢，無法實時快速的跟蹤捕捉到被測信號頻率的變化。正是由于頻率計能夠快速準確的捕捉到被測信號頻率的變化，因此，頻率計擁有非常廣泛的應用范圍。

在傳統的生產制造企業中，頻率計被廣泛的應用在產線的生產測試中。頻率計能夠快速的捕捉到晶體振蕩器輸出頻率的變化，用戶通過使用頻率計能夠迅速的發現有故障的晶振產品，確保產品質量。

在計量實驗室中，頻率計被用來對各種電子測量設備的本地振蕩器進行校準。

在無線通訊測試中，頻率計既可以被用來對無線通訊基站的主時鐘進行校準，還可以被用來對無線電臺的跳頻信號和頻率調制信號進行分析。

 

測量方法

測量頻率的方法有很多，按照其工作原理分為無源測頻法、比較法、示波器法和計數法等。計數法在實質上屬于比較法，其中最常用的方法是電子計數器法。電子計數器是一種最常見、最基本的數字化測量儀器。

 

一、無源測頻法

無源測頻法主要包括諧振法、電橋法和頻率-變換電壓法等方法。

1).諧振法

2). 電橋法

凡是平衡條件與頻率有關的任何電橋都可用來測頻，但要求電橋的頻率特性盡可能尖銳。

測頻電橋的種類很多，常用的有文氏電橋、諧振電橋和雙T電橋，部分內容參看有關書籍。

3). 頻率-電壓變換法

頻率-電壓變換法測頻就是先把頻率變換為電壓或電流，然后以頻率刻度的電壓表或電流表來指示被測頻率。

 

二、比較法

有源比較測頻法主要包括拍頻法和差頻法。

1).拍頻法

拍頻法是將被測信號與標準信號經線性元件（如耳機、電壓表）直接進行疊加來實現頻率測量的，其原理電路如圖5.3所示。拍頻法通常只用于音頻的測量，而不宜用于高頻測量。

 

2).差頻法

差頻法是利用非線性器件和標準信號對被測信號進行差頻變換來實現頻率測量。高頻段測頻常用差頻法測量

 

三、示波法

主要分為李沙育圖形法和周期法。

在示波器上根據李沙育圖形或信號波形的周期個數進行測頻。這種方法的測量頻率范圍從音頻到高頻信號皆可。

 

四、計數法

直接計數單位時間內被測信號的脈沖數，然后以數字形式顯示頻率值。這種方法測量精確度高、快速，適合不同頻率、不同精確度測頻的需要。電子計數器測頻有兩種方式：一是直接測頻法，即在一定閘門時間內測量被測信號的脈沖個數；二是間接測頻法，如周期測頻法。

由于數字電路的飛速發展和集成電路的普及，計數器的應用十分廣泛。利用電子技術器測量頻率具有精度高，顯示醒目直觀，測量迅速，以及便于實現測量過程自動化等一系列突出優點，所以該方法是目前最好的。

 

廠商介紹

目前，市場上的頻率計廠家可分為三類：中國大陸廠家、中國臺灣廠家、歐美廠家。其中，歐美頻率計廠家所占有的市場份額最大。

歐美頻率計廠家主要有：Pendulum Instruments 和 Agilent科技。

Pendulum Instruments 公司是一家瑞典公司，總部位于瑞典首都斯德哥爾摩。 Pendulum 公司源于Philips公司的時間、頻率部門，在時間頻率測量領域具有40多年的研發生產經歷。Pendulum Instruments 公司常規頻率計型號主要有：CNT-91、CNT-90、CNT-81、CNT-85。同時，Pendulum Instruments公司還推出銣鐘時基頻率計CNT-91R、CNT-85R。以及微波頻率計CNT-90XL（頻率測量范圍高達60G）。

Agilent科技公司是一家美國公司，總部位于美國的加利福尼亞。Agilent科技公司成立于1939年，在電子測量領域也有著70多年的研發生產經歷。Agilent科技公司的常規頻率計信號主要有：53181A、53131A、53132A。同時，Agilent科技公司還推出微波頻率計：53150A，53151A，53152A（頻率測量范圍最高可達46G）。