电子测量实验-频率测量及其误差分析

实验三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。

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 1台

2 虚拟频率计 1台

3 示波器 1台

4 UT39E型数字万用表 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。

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。

表3-1“周期法”测量信号频率

信号Vp-p 1V 采集

方式峰值检测

显示

方式YT

输入通道CH1 输入藕

合方式

直流

垂直刻度

系数（粗）200 mV

垂直刻

度系数

（细）

40

mV

触发源CH1 触发极性上升触发耦合直流

信号频率水平刻度系数

周期读数

（格或cm）细

测得频率

频率测量

相对误差

100Hz 2.50 ms 20.0 100.000 Hz 0

1kHz 250 us 20.2 990.100 Hz 0.99% 10kHz 25.0us 20.2 9.901 KHz 0.99%

100kHz 2.50 us 20.2 99.010 KHz 0.99% 1MHz 250 ns 20.0 1.000 MHz 0 5MHz 50.0 ns 20.2 4.950 MHz 1.00%

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。

表3-2虚拟计数器测频实验

序号被测信号频率

（Vp-p=1V）

读数

测得值相对误差

单位(细) 数值(格)

1 100Hz 0.2ms/div 50.1 99.800Hz 0.2%

2 1000Hz 25us/div 40.0 1000.000Hz 0

3 10kHz 2us/div 50.3 9.940KHz 0.6%

4 100kHz 0.25us/div 40.0 100.000KHz 0

5 1MHz 50ns/div 20.0 1.000MHz 0

6 5MHz 10ns/div 19.8 4.975MHz 0.5%

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。

表3-3 UT39E型数字万用表测频实验

序号

被测信号频

率

（Vp-p=1V）

读数测得值相对误差选取档位单位数值

1 100Hz 2K KHz 0.1004 100.4Hz 0.40%

2 1000Hz 2K KHz 1.004

3 1004.3Hz 0.43%

3 5kHz 20K KHz 5.0140 5.0140K 0.28%

4 10kHz 20K KHz 10.0230 10.0230K 0.23%

5 15kHz 20K KHz 15.0420 15.0420K 0.28%

6 20kHz 20K KHz 超出量程

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：电子计数器按照式f=N/T的定义进行频率测量的。在开门时间，被测信号

通过闸门进入计数器计数并显示。若闸门开启时间为Tc和输入信号频率为fx，

则计数值为：N=Tc/Tx=Tc*fx。闸门的宽度是由标准的时基经过分频得到的，通

过开关选择分频比，是已知量。因此，只要得到计数器的计数值，就可以由上式

得到被测信号的频率。测量的误差主要与仪器自身和测量原理的因素有关。

2.示波器测频和频率计测频有何区别？

答：示波器测频是需要人为的调节示波器上的横纵向微调按钮，网格的量程，还需要一些相关量程的调节以便能找到一个好的显示网格从而更好地读取网格数，人为因素对测量结果的影响较大，所以示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。用频率计测量时可以很方便地直接读取数值，因此仪器本身的客观因素对测量结果的影响较大。

3.比较示波器测频和频率计测频的特点。

答：示波器测频可以从显示屏上通过读出信号波形的周期来计算频率，也可以从上面的自动测量的结果显示得到信号的频率，人为的主观因素对测量结果影响较大。频率计测频直接读得信号频率，能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，测量仪器等客观因素是误差的主要来源。

七、实验总结

这次实验是用示波器测量信号频率，分析测量误差以及用虚拟频率计测量频率。掌握数字式频率计的工作原理；熟悉并掌握各种频率测量方法；理解频率测量误差的成因和减小测量误差的方法。熟悉了各种不同频率测量的方法，比较了它们各自特点和对误差的影响。此次实验主要使我学习了通过学会比较不同的测量方法，比较它们的误差特性，来选择更好的测量方法。