[实用新型]一种频率测量及频率跟随电路

说明书

技术领域

一种频率测量及频率跟随电路，属于电子技术领域，涉及频率测量技术领域，主要应用于对60Hz以下频率的周期性交流电路的频率测量和频率跟随。

背景技术

目前，在对周期性交流信号进行采样的电路都采用直接采样的方法，即采用固定频率的采样信号对周期性交流信号进行采样，单位时间内采样点数是相同的。当被测量的周期性交流信号的频率发生变化时，会使得每个周期中信号的采样点数发生变化：当被测信号频率减小时，一个周期中的采样点数会增加；当被测信号频率增加时，一个周期中的采样点数就减小。

对周期信号的有效值计算，一般采用的都是固定采样点近似还原的方法，这种算法的主要特点是运算简单，缺点是要求在一个被测信号周期中的采样点数固定。如果在被测信号频率发生波动的情况下，不能保证在一个周期中的采样点数保持不变，也就不能保证在这种情况下的采样精度。

此外，在测量低频信号频率的方法中，一般采用传统的测周法，即测量一个周波的时间。其工作原理如图1所示，即在从一个周期的开始点t1开始计时，到下个周期的开始点t2结束计时，通过计算t1-t2的时间差来计算被测信号的频率。在实际的电路设计中对于信号周期小于1秒的信号要十分精确地在一个周期内计时是难以做到的，因此采用测周的方法测量信号频率，其精度较低。

另外有一种测量低频信号频率的方法，即脉冲计数法，其工作原理如图2。对于像220V交流电这种频率只有50赫兹左右的信号要想达到较高的精度所花的时间又较长，很难准确反映被测信号的实时频率变化情况，如果我们要想测量精度达到1/1024，则需要花费20.48秒，对于一个实时系统这显然太长了。

发明内容

本实用新型提供出一种电路，它能快速、准确地测量低频信号频率；同时，若采用这种电路的输出信号作为采样电路的采样信号，能达到频率跟随的目的，从而可以实现在周期性被测信号频率发生变化时仍能保证采样精度。

本实用新型详细技术方案为：

一种频率测量及频率跟随电路，如图3所示，包括信号采样电路、低通滤波电路、脉冲整形电路和倍频电路。所述信号采样电路对被测低频信号进行采样；所述低通滤波电路对被测低频信号的采样信号进行滤波，剔除被测信号中的高频干扰；所述脉冲整形电路把经滤波后的被测低频信号的采样信号变为和被测低频信号频率同步的方波脉冲信号；所述倍频电路把由脉冲整形电路送入的低频方波脉冲变为需要的倍频脉冲输出信号。该频率测量及频率跟随电路特征在于，所述信号采样电路、低通滤波电路、脉冲整形电路和倍频电路依次相连。

所述信号采样电路为信号跟随电路，如图5所示，由电阻(Rv1、R2、R3、R105、R59、R34和R32)、电压互感器TV1、和运算放大器DA构成；被测低频信号接到采样电阻Rv1两端，通过电压互感器TV1将交流信号耦合到测量电路中，根据被测信号的大小改变电阻R2和R3的值进行限流；电阻R105也是采样电阻，它把电流信号变成电压信号；由运算放大器DA和电阻(R32、R34、R59)构成信号跟随电路，其作用是提高输入阻抗，减小电路内部阻抗对输入信号的影响。

所述低通滤波电路为二阶低通滤波器，由运算放大器DB、电阻(R38、R46和R47)以及电容(C6、C7)构成，其主要作用是滤除输入信号中的高频谐波，避免谐波信号影响后续输出脉冲。

所述脉冲整形电路由运算放大器DC、电阻(R54、R55、R56、R57和R58)、二极管(V9、V10)、电容C18和反相器D1构成；其中，运算放大器DC和电阻(R54、R55、R56、R57和R58)构成零比较电路，将输入的交流信号变为直流脉冲信号，当输入信号处在正半周时电阻R58输出高电平，当输入信号处在负半周时电阻R58输出零电平；二极管(V9、V10)起一个电压限幅的作用，将输入电压限制在0-5V的TTL电平范围内；通过反相器D1将输入信号进行整形成为标准的方波脉冲。

所述倍频电路由以锁相环电路MC4046为核心的锁相环电路和以计数器MC4020为核心的计数器电路组成，根据需要可以输出输入信号的2倍频到2048倍频的信号。

在本实用新型所述的电路中由于被测信号是整个电路的激励源，因此，它也可以做到很好的频率跟随效果。当它用在频率测量时由于它最高可以倍频到被测信号的2048倍，因此其频率测试精度可以达到1/2048，而时间只需要一个周波的时间。如果把倍频后的输出信号作为交流采样电路的采样信号，由于它是由被测信号倍频出来的，采样脉冲的频率会随则被测信号的频率变化而变化，因此对每个周期的采样点数不会因为被测信号的频率变化而变化，从而保证了测量精度和信号频率的无关性。