如何测量频率？

1.示波器直接、间接或Lissajous图形法测量频率

(1)直接测量频率或者根据周期间接测量频率

目前许多示波器都可以直接测量周期性信号的频率,但前提是被测信号已经与示波器水平扫描信号同步,也就是通过正确地设置触发条件、触发模式、触发源和触发电平等一系列操作,使被测信号的波形稳定显示在示波器显示屏上后,显示屏上也同时会显示出该被测信号的频率值。如果被测信号还没有稳定显示,则屏幕显示的频率值是无意义的,与被测信号无关。

如果示波器不具有直接测量频率的功能,则可以用前面介绍的方法,先测得信号的周期,然后根据频率与周期的倒数关系,求得信号的频率。这种测量方法虽然精度不太高,但很方便,常用作频率的粗略测量。

(2)Lissajous图形法测信号频率

在示波器X-Y工作方式下,X、Y轴通道上同时加入两个正弦信号时,荧光屏上显示的图形称为Lissajous图形。Lissajous图形的形状与输入的两个正弦信号的频率和相位差有关,因而可以通过对图形的分析来确定信号的频率及相位差。Lissajous图形法的操作步骤:

•示波器置于X-Y工作方式;

•被测信号uy(t)接于Y通道,频率已知且可调的标准频率信号ux(t)接于X通道;

•调节ux(t)信号的频率,使荧光屏上显示稳定的图形,如果荧光屏上显示的图形不稳定或旋转变化,则表明fy与fx不成比例关系,只有当fy∶fx=m∶n(m、n为整数)时,荧光屏上才能显示稳定的图形。表4.3.1为不同频率比情况下,不同的初相位

和初相差时的Lissajous图形。通过这些图形,可以确定比值m/n,从而算出被测信号频率:

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确定m/n的具体的做法是:在Lissajous图形上分别作水平线和垂直线,这两条线既不能通过图形本身的交点,也不能与图形相切,数出图形与水平线的交点个数为m,与垂直线的交点个数为n,即可确定m/n的值,如图4.3.7所示。

表4.3.1　不同的初相位和初相差时的Lissajous图形

图4.3.7　通过Lissajous图形确定频率比m/n

2.频率计测量信号频率

频率计又称为频率计数器,是电子计数器的一种,是专门测量信号频率的电子测量仪器。频率计测量频率是严格按照频率的定义进行测量的,在某个已知标准时间间隔Ts内,测出被测信号重复出现的次数N,然后计算出频率f=N/Ts,也被称为计数法。

目前广泛使用数字式频率计的测试原理如图4.3.8所示,图中晶振电路产生高度稳定的振荡信号,经分频后产生准确的时间间隔Ts,用这个Ts作为门控信号去控制主门的开启时间,被测信号经过放大整形后,变换成方波脉冲,在主门开启时间Ts内通过主门,由计数器对通过主门的方波脉冲的个数进行计数,若在时间间隔Ts内计数值为N,则被测信号的频率f=N/Ts,由译码显示电路将测量结果显示出来。

图4.3.8　计数法测量频率

使用频率计进行测量时,应注意频率计开机后需经过充分预热,使内部晶振电路稳定工作,然后选择频率测量功能,并选择适当的输入通道,将被测信号正确接入频率计。有些型号的频率计还需根据被测信号的频率高低选择耦合方式AC/DC;根据被测信号幅度的大小选择是否对被测信号进行衰减。最后选择适当的闸门时间,频率计进入测量状态,即可显示出测量结果。