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。
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，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：
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。
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：
此图为100Hz的参数调整和波形。 5、测量结果填入下表：
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。
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
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。
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。
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。
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。
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，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：
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。
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：
此图为100Hz的参数调整和波形。 5、测量结果填入下表：
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。
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
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。
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。
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。