频率测量及其误差分析实验报告

频率计测量时直接测频率时，被测频率 fx 愈低，则量化误差愈大；测周期时，被测频 率 fx 愈高，则量化误差愈大。 七．实验报告要求
比较示波器测频和频率计测频的特点； 答：示波器：工作频率范围宽, 适应于测试快速脉冲信号，但是适合测量频率 100Hz—10MHz 左右。 虚拟频率计：测量精度相比于示波器高一点，适合测量的频率宽于示波器要求测量的频率。 八．注意事项 1 实验前要充分预习，熟悉有关测量误差、示波器和频率计的知识； 2 实验开始前先打开仪器电源预热，中途一般不要关闭电源。 九、实验心得： 1、实验室用的通用计数器具有测量频率和测量周期两种测量方式。 2、使用虚拟仪器测量频率时，我们组出现了波形一直在跳动的情况。为此，我们通过调节 参数，改变测量方式等渠道，终于在老师的指导下发现其根本原因在于电源不准确。 3、使用虚拟仪器测量频率时，采样速率的选取取决于根据我们所要测量的频率。理论上应 该是我们所要测量频率的 2 倍。实际上我们一般要选取 5 倍以上，这里我们选取 10 倍被测频率。 4、万用表是三种测量方式里面误差最大的测量方式，因此我们要测量频率时最好不用其测 量。 5、如果出发点是研究某个信号的特性，最好选取一个比较适中的频率，不要太大，也不能 太小，这样才能提高准确度。
显示 方式
类 型、
输入耦合 CH1
合方式 CH1 触发极性
交流 正极性
垂直刻度 系数（粗）
触发耦合
垂直刻度 系数（细） 交流耦合
水平刻度系数 100ms
周期读数 （格或 cm） 5.04 格/504ms
测得频率 1.98
频率测量 相对误差
1.0%
1
100Hz 1kHz 50kHz 500KHz 100MHz
4
2.5ms 250ms 5.00us 500ms 100us
4 格/10.0ms 4 格/1ms
4 格/20.4us 4 格/2.02us 1.4 格/145ns
100 1K 49.01 495 68.9
0 0 1.9% 1.0% 31.1%
分析结果： 如上表，我们发现，当频率从 2Hz—100MHz 之间变化时，其相对误差的大小会发生变化。 当频率为特别小或者特别大时，误差相对会比较大一些。如上表的 2Hz 和 100MHz。原因在于， 当频率特别小的时候，受到的外界干扰信号影响对其比较大，相当于把原信号给淹没了。当频 率特别大的时候，高频干扰同样会对它产生比较大的影响。
二、实验内容
1 用示波器测量信号频率，分析测量误差；
2 用虚拟频率计测量频率。
三、实验仪器及器材 1 信号发生器 2 虚拟频率计 3 示波器 4 UT39E 型数字万用表
1台 1台 1台 1块
四、实验要求 1 查阅有关频率测量的方法及其原理； 2 理解示波器测量频率的方法，了解示波器各旋钮的作用； 3 了解虚拟频率计测量的原理； 4 比较示波器测频和虚拟频率计测频的区别。
输出 Vp-p=1V，起始频率为 2Hz，观察并记录各个信号的频率，周期和测量误差。 2、保持幅度不变，改变输出频率，最好设置为 2Hz—100MHz 之间，同样计算并记录频率，
周期，和测量误差。如下表：
信号 Vp-p
输入通道 触发源
信号频率 2Hz
表 3-1“周期法”测量信号频率
采集
1V
方式
平均值采样
2、选取最接近于被测信号的档位，测量信号并读取实验数值写入下表。
表 3-3 UT39E 型数字万用表测频实验
序 被测信号频率
读数
测得值
相对误差
号
（Vp-p=1V） 选取档位
单位
数值
1
2Hz
2K
Hz
0.0019 1.9000
5.0%
2
10Hz
2K
Hz
0.0101 10.100
1.0%

3
1kHz
2K
KHz
测量的误差要小一些。原因有系统误差也有粗大误差的影响。示波器的测量精度本身就不如虚
拟计数器。
3 用 UT39E 型数字万用表测量频率
用标准信号发生器输出正弦信号作为被测信号，用 UT39E 型数字万用表测量频率，按表
3-3 进行实验。并以信号发生器指示的频率为准，计算测频误差。
操作步骤：
1、将信号发生器的输出端与数字万用表测量线相连接。
3
六．思考题 1 理解电子计数器测频原理，测频误差主要与哪些因素有关？ 答：计数器的测频原理如下图所示：
误差来源：1、量化误差 2、触发误差 3、标准频率误差 表现在实验中的因素有：1、采样频率；2、信号触发频率 2 示波器测频和频率计测频有何区别？ 答：示波器测频率时被测频率不能太低也不能太高，这样测量所得的准确度才高。
3
10kHz
KHz
4
100kHz
us
10.15us 10us/98.5Hz 0.15%
us
1.03us
1.03us/0.971 3.0%
5
1MHz
MHz
分析结果：
如上表，从实验数据表面可得，测量得到的频率相对误差和用示波器测量呈现的规律一样。
频率特别低时和特别高时的误差最大。相比于示波器所测量所得到的误差而言，虚拟计数器所
2 用虚拟频率计测量频率 用标准信号发生器输出正弦信号作为被测信号，送到 DSO2902 的 CH-A1 通道，按表 3-2 进行实验。并以信号发生器指示的频率为准，计算测频误差。 操作步骤： 1、连接线路：连接数字存储示波器到测试电路, 有二个标准的 BNC 探头，每个探头对应 一个模拟通道，有一个逻辑 POD 盒连接在主机上，并有一系列迷你夹子连到 POD 盒上，在示 波器探头一端有一个可插拔的探测夹和一鳄鱼形状的夹子接地。 2、将示波器设置为正弦波，幅度 Vp-p=1V，频率为 1KHz。 3、找到电脑上的虚拟频率计软件并打开该软件，然后安装硬件安装向导。安装完成后在软 件的显示区可以看到正弦波形。取消 CH2 通道信号显示在屏幕上的选项。将波形调整至最适合 测量的状态，读取频率显示器上的显示频率和周期。 4、改变示波器输出信号的频率，调整显示参数，（特别注意采样速率的选取）将波形调整 至最适合测量的状态，读取频率显示器上的显示频率和周期。如下图：
表31周期法测量信号频率信号vpp1v采集方式平均值采样显示方式类型输入通道ch1输入耦合合方式交流垂直刻度系数粗垂直刻度系数细触发源ch1触发极性正极性触发耦合交流耦合信号频率水平刻度系数周期读数格或cm测得频率频率测量相对误差2hz100ms5
频率测量及其误差分析
一、实验目的 1 掌握数字式频率计的工作原理； 2 熟悉并掌握各种频率测量方法； 3 理解频率测量误差的成因和减小测量误差的方法。
五．实验步骤 1 用示波器测量信号频率 用信号发生器输出 Vp-p=1V、频率为 100Hz—1MHz 的正弦波加到示波器，适当调节示波器
各旋钮，读取波形周期，填表 3-1，并以信号源指示的频率为准，计算频率测量的相对误差。 操作步骤： 1、将信号发生器与示波器用线连接好。其中 CH1 为输出通信，设置信号发生器为正弦波，
2
此图为 100Hz 的参数调整和波形。 5、测量结果填入下表：
表 3-2 虚拟计数器测频实验
序
被测信号频率
号
（Vp-p=1V）
读数
单位
数值
测得值
相对误差
1
100Hz
ms
10.1ms
10ms/100Hz 0
ms
1.04ms
1.03ms/970.8 1.0%
2
1000Hz
7Hz
us
101.56us 99.5us/10.05 0.5%
1.0042 1.0042
0.4%
4
10kHz
20K
KHz
10.037 10.037
0.3%
5
15kHz
20K
KHz
15.055 15.055
0.2%
6
19kHz
20K
KHz
19.080 19.080
0.4%
结果分析： 观察上表，可得出与上述一样的结论。频率特别低时测量所得的误差最大。由于万用表的 量程不够我们只能测量 20KHz 之内的信号频率。这也反映了万用表的局限性。测量 1KHz 时，用 示波器和虚拟频率计测量均无误差，而万用表仍然存在误差，这说明万用表的测量相比前者精 度最低。