频率计的使用和工作原理以及用途

 

基本原理

频率计最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T（如右图所示）。

在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。

 

应用范围

在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。

在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。

在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。

在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。

 

测量方法

测量频率的方法有很多，按照其工作原理分为无源测频法、比较法、示波器法和计数法等。计数法在实质上属于比较法，其中最常用的方法是电子计数器法。电子计数器是一种最常见、最基本的数字化测量仪器。

 

一、无源测频法

无源测频法主要包括谐振法、电桥法和频率-变换电压法等方法。

1).谐振法

2). 电桥法

凡是平衡条件与频率有关的任何电桥都可用来测频，但要求电桥的频率特性尽可能尖锐。

测频电桥的种类很多，常用的有文氏电桥、谐振电桥和双T电桥，部分内容参看有关书籍。

3). 频率-电压变换法

频率-电压变换法测频就是先把频率变换为电压或电流，然后以频率刻度的电压表或电流表来指示被测频率。

 

二、比较法

有源比较测频法主要包括拍频法和差频法。

1).拍频法

拍频法是将被测信号与标准信号经线性元件（如耳机、电压表）直接进行叠加来实现频率测量的，其原理电路如图5.3所示。拍频法通常只用于音频的测量，而不宜用于高频测量。

 

2).差频法

差频法是利用非线性器件和标准信号对被测信号进行差频变换来实现频率测量。高频段测频常用差频法测量

 

三、示波法

主要分为李沙育图形法和周期法。

在示波器上根据李沙育图形或信号波形的周期个数进行测频。这种方法的测量频率范围从音频到高频信号皆可。

 

四、计数法

直接计数单位时间内被测信号的脉冲数，然后以数字形式显示频率值。这种方法测量精确度高、快速，适合不同频率、不同精确度测频的需要。电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。

由于数字电路的飞速发展和集成电路的普及，计数器的应用十分广泛。利用电子技术器测量频率具有精度高，显示醒目直观，测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等一系列突出优点，所以该方法是目前最好的。

 

厂商介绍

目前，市场上的频率计厂家可分为三类：中国大陆厂家、中国台湾厂家、欧美厂家。其中，欧美频率计厂家所占有的市场份额最大。

欧美频率计厂家主要有：Pendulum Instruments 和 Agilent科技。

Pendulum Instruments 公司是一家瑞典公司，总部位于瑞典首都斯德哥尔摩。 Pendulum 公司源于Philips公司的时间、频率部门，在时间频率测量领域具有40多年的研发生产经历。Pendulum Instruments 公司常规频率计型号主要有：CNT-91、CNT-90、CNT-81、CNT-85。同时，Pendulum Instruments公司还推出铷钟时基频率计CNT-91R、CNT-85R。以及微波频率计CNT-90XL（频率测量范围高达60G）。

Agilent科技公司是一家美国公司，总部位于美国的加利福尼亚。Agilent科技公司成立于1939年，在电子测量领域也有着70多年的研发生产经历。Agilent科技公司的常规频率计信号主要有：53181A、53131A、53132A。同时，Agilent科技公司还推出微波频率计：53150A，53151A，53152A（频率测量范围最高可达46G）。