频率和相位的测量

频率时间和相位的测量频率、时间和相位的测量是现代科技中非常重要的一项技术。

在通信、电力系统、航空航天等领域，准确测量频率、时间和相位可以确保系统的稳定性、可靠性和正常运行。

本文将从频率测量、时间测量和相位测量三个方面进行介绍。

第一部分：频率测量频率是指单位时间内发生的事件的次数。

在通信系统中，频率是指信号波形的周期性重复次数。

频率的测量常用的方法有：阻抗频率测量和计数频率测量。

阻抗频率测量是通过测量电路中的阻抗变化来计算频率。

具体方法是将信号加到一个频率依赖的电路上，测量电路的阻抗变化。

阻抗频率测量的精度高，适用于高精度要求的场合，如科学研究和实验室测量等。

计数频率测量是通过计数单位时间内信号波形的周期数来计算频率。

具体方法是将信号输入到计数器中，计数器会记录信号波形的上升沿或下降沿的个数，然后将个数除以测量时间得到频率。

计数频率测量的精度相对较低，适用于一般工业生产和实际应用中。

第二部分：时间测量时间是指事件的发生顺序和持续时间。

时间的测量常用的方法有：基于机械系统的时间测量和基于电磁波传播的时间测量。

基于机械系统的时间测量是通过机械装置的运动来测量时间。

最早的时间测量仪器是机械钟。

现代的机械钟使用特殊设计的机械组件，如摆轮、游丝等，来实现稳定的精确时间测量。

基于机械系统的时间测量具有较高的稳定性和精度，但受限于机械部件的制造工艺和环境因素，无法实现高精度要求。

基于电磁波传播的时间测量是现代科技中最主要的时间测量方法。

基于电磁波传播的时间测量使用电磁波在空间传播的规律来测量时间。

具体方法是使用特殊的发射器和接收器，通过测量电磁波传播的时间差来确定事件的发生时间。

这种时间测量方法精度高，适用于需要高精度时间的领域，如导航系统和科学研究等。

第三部分：相位测量相位是指两个波形之间的关系。

相位的测量常用的方法有：频率锁相测量和相位差测量。

频率锁相测量是通过比较两个波形的频率差异来测量相位。

具体方法是将两个波形输入到一个锁相环中，通过调整锁相环中的参数，使两个波形的频率一致，从而得到相位差。

实验⼀：李萨育图形测量频率和相位李萨育图形。

⼀、概述将被测正弦信号和频率已知的标准信号（由信号源提供）分别加⾄⽰波器的Y轴输⼊端和X轴输⼊端，在⽰波器显⽰屏上将出现⼀个合成图形，这个图形就是李沙育图形。

李沙育图形随两个输⼊信号的频率、相位、幅度不同，所呈现的波形也不同。

当两个信号相位差为90°时，合成图形为正椭圆，此时若两个信号的振幅相同的话，合成图形为圆；当两个信号相位差为0°时，合成图形为直线，此时若两个信号振幅相同则为与x轴成45°的直线。

⼆、⽰例下图为⼀些典型的李沙育图形：三、实验步骤⽰波器的使⽤(李沙育图形测频率)（1）⽰波器的调整⽰波器接通电源，待预热后顺时针调节“辉度”旋钮，将触发⽅式开关置AUTO，并使Y轴、X轴位移旋钮置中，银屏上显⽰出⼀条扫描基线，调“聚焦”旋钮使基线细⽽清晰。

（2）练习并掌握下列旋钮的作⽤调整信号源（⽐如：YB4320）输出2V、1kHz信号，作为⽰波器输⼊信号（怎样连线?）。

调节⽰波器有关旋钮，使屏幕上显⽰清晰⽽稳定、幅度为4格的三个完整波形，按表1逐⼀了解各旋钮功能，注意每次动⼀个旋钮，作完后恢复原状，再作另⼀个旋钮。

（3）⽤⽰波器测量信号幅度调整YB4320信号发⽣器f=1.5kHz，表头指⽰为4V。

⽰波器“微调”旋钮⾄“校准”位置，适当改变V/div的位置，测试表的内容。

（4）⽰波器测量信号周期及频率先校准TIME/div灵敏度（扫描速度“微调”旋钮置“校准”位置），信号源（⽐如：YB4320）输出为3V。

按表记录。

（5）⽤李沙育图形测频率:⽤⽰波器测频率⽅法很多，如李沙育图形法、亮度调制法等。

以李沙育图形法最简单，最准确。

其⽅法是：将已知频率的标准信号加到CH1（X）输⼊端，被测信号加到CH2（Y）输⼊端，TIME/div置“X-Y”位置。

根据两信号之⽐不同，李沙育图形法的形状不同，可求出被测信号；若在荧光屏上作互相垂直两直线x、y，且x、y不与图形相切，也不通过任⼀交点，则李沙育图形与x、y交点数Nx，Ny之⽐就是两信号频率之⽐：Fy/Fx=Ny/Nx。

时间频率和相位的测量概述时间频率和相位的测量是对信号的特性进行量化和分析的重要手段。

在电子通信、无线电、声学和光学等领域中，时间频率和相位的准确测量对于确保系统性能和信号传输的可靠性非常关键。

时间频率的测量是衡量信号周期性的能力，频率是指单位时间内该信号重复的次数。

常见的测量方法有计数法和相位比较法。

计数法是通过计算信号周期内的脉冲数量来测量频率，比较简单直接，但对于信号较高频率和瞬态信号的测量精度有限。

相位比较法是通过将待测信号与参考信号进行比较，通过比较两者的相位差来计算频率，通常使用鉴相器或锁相环等器件进行测量。

相位比较法具有高精度和宽测量范围的特点，适用于高精度和宽频率范围的测量需求。

相位的测量是衡量信号波形变化和时序关系的能力。

相位是指信号在一个周期内的位置或偏移量。

常用的相位测量方法有直接测量法和差分测量法。

直接测量法是通过将待测信号与参考信号进行比较，通过比较两者的起始时间或位置来测量相位，适用于稳态信号和周期性信号的测量。

差分测量法是通过测量信号的前后时间差来计算相位，通常使用时钟同步和时间差测量技术，适用于非周期性和非稳态信号的测量。

在实际应用中，时间频率和相位的测量需要考虑到测量仪器的精度、稳定性和响应速度等因素。

常见的测量仪器包括示波器、频谱分析仪、计时器和定时器等。

此外，引入校准和校正等方法可以提高测量结果的准确性和可靠性。

总之，时间频率和相位的测量是对信号特性进行量化和分析的重要手段，广泛应用于各个领域。

随着科技的发展，测量技术也在不断进步，为更精确、稳定和高速的测量提供了更多选择。

时间频率和相位的测量在科学、工程和技术领域中起到了至关重要的作用。

从物理学到电子通信，从声学到天文学，准确测量时间频率和相位是理解和分析信号的基础，也是确保系统性能和信号传输的可靠性的关键。

时间频率是指信号在单位时间内重复的次数，通常以赫兹（Hz）为单位。

测量时间频率的目的是了解信号的周期性。

实验四 信号频率与相位分析一、实验目的1 理解李沙育图形显示的原理；2 掌握用李沙育图形测量信号频率的方法；3 掌握用李沙育图形测量信号相位差的方法；4 用示波器研究放大电路的相频特性。

二、实验原理和内容1 李沙育图形扫描速度旋钮置”X-Y ”位置时，Y1通道变成x 通道，在示波器的y 通道(Y2)和x 通道(Y1，与Y2通道对称)分别加上频率为f y 和f x 的正弦信号，则在荧光屏上显示的图形称为李沙育(或李萨如)图形。

李沙育图形的形状主要取决于f y 、f x 的频率比和相位差。

例如，当f y /f x =1，且相位差为0时，屏幕上显示一条对角线；当f y /f x =2，且相位差为0时，屏幕上显示“∞”；当f y /f x =1，但相位差不为0时，屏幕上显示一个椭圆。

图4-1所示为f y /f x =2且相位差为0时的李沙育图形。

2 李沙育图形法测量未知信号的频率扫描速度旋钮置”X-Y ”位置，被测信号加到Y2通道，用信号发生器输出一个正弦信号加到X 通道（Y1），Y1、Y2的偏转灵敏度置相同位置，由小到大逐渐增加信号发生器输出信号频率，当屏幕上显示一个稳定的椭圆时，信号发生器指示的频率即为被测未知信号的频率。

3 李沙育图形法测量信号相位差 设u x = U xm sin (ωt+θ)，u y = U ym sin ωt ，分别加到x 通道（Y1通道）和Y2通道，扫描速度旋钮置”X-Y ”位置，荧光屏上显示的李沙育(或李萨如)图形如图5-2所示。

则mx x 01sin-=θ （4-1） 4 放大电路的相频特性研究放大电路的相频特性是指输出信号与输入信号的相位差与信号频率的关系。

采用李沙育图形法可以测量相位差。

保持输入信号幅度不变，改变输入信号频率，逐点测量各频率对应的相位差，采用描点法作出相频特性曲线。

三、实验器材1、信号发生器 1台2、示波器 1台3、实验箱 1台图4-1 f y /f x =2且相位差为0时的李沙育图形 U x t tU y图4-2李沙育图形法测相位差 x 0x m4、单管、多级、负反馈电路实验板 1块四、实验步骤1 观察李沙育图形（1）f x与f y同频同相时的李沙育图形用信号发生器输出一个1kHz、10mV p-p的正弦波，加到一个射极输出器，同时加到示波器的Y1通道。

电子设计竞赛专项培训主讲人：侯长波电工电子实验教学示范中心主讲人：侯长波2013年7月目录☐LCR 测量原理☐频率、周期、相位、幅度测量原理☐实用电子测量电路☐其他测量主讲人：侯长波2013年7月电子测量概述☐电子测量的定义：电子测量主要是运用电子科学的原理、方法和设备对各种电量、电信号及电路元器件的特性和参数进行测量，同时还可以通过各种传感器把非电量转换成电量来进行测量。

☐电量测量分以下方面：电能量测量，包括各种频率、波形下的电压、电流和功率等的测量。

电信号特性测量，包括波形、频率、周期、相位、失真度、调幅度、调频指数及数字信号的逻辑状态等的测量。

电路元器件参数测量，包括电阻、电容、电感、阻抗、品质因数及电子器件的参数等的测量。

电子设备的性能测量，包括增益、衰减、灵敏度、频率特性和噪声指数等的测量。

☐在上述测量中，以频率、时间、电压、相位、阻抗等基本电参数的测量更为重要，它们是其他参数测量的基础。

☐电子测量发展趋势：小型化、智能化。

主讲人：侯长波2013年7月电子测量概述☐测量误差：测量值（或称测得值、测值）与真值之差。

用下式表示：误差=测量值-真值。

☐在《通用计量术语及定义》中，真值是“与给定的特定量的定义一致的值”，并注明：量的真值只有通过完善的测量才有可能获得；真值按其本性是不确定的；与给定的特定量的定义一致的值不一定只有一个。

☐真值是一个理想的概念，实际上对“真值”的应用通常有以下方法：真值可由理论给出或由国际计量统一定义给出。

用约定真值代替真值。

约定真值也称为最佳估计值。

在实际测量中常把高一级至数级的基准或测量仪器测得的实际值作为真值使用。

“实际值”不是真值，但它接近真值，可作为“约定真值”。

由于真值不能确定，因此“误差”只是定性的概念，从而引入不以真值为前提条件又能定量计算的“不确定度”的概念。

主讲人：侯长波2013年7月误差的表示方法☐测量误差通常采用绝对误差和相对误差两种表示方法。