用示波器测量频率三种方法的探讨

谌正艮，廖艳林，王　洪，杨　名

(安徽大学，安徽 合肥　230039)



用示波器测量频率三种方法的探讨

谌正艮，廖艳林，王洪，杨名

(安徽大学，安徽 合肥230039)

示波器是一种用途广泛的电子测量仪器，在很多科学研究中需要使用示波器，所以示波器使用的实验也是大学物理实验课中基本实验之一，要求学生能熟练掌握示波器的使用方法。示波器能观察电信号的波形，也能测量电信号幅度、周期、频率等参数，双踪示波器还可以通过波形叠加展开多种测量。本文就是针对示波器测量频率的3种方法的探讨，比较它们各自的优缺点，拓展学生的思路，更好培养学生的探索精神。

示波器； 频率； 拍频； 叠加

1　方法一：用示波器测量信号周期，再计算出频率[1-5]

图1　正弦波

2　方法二：利用李萨如图形测量频率

这是利用二个垂直叠加信号形成的李萨如图形，通过稳定的李萨如图形得出二个信号的频率比，若已知一个信号的频率就可以计算未知信号的频率。这种方法测量精度高，对于低频调节难度不大，缺点是需要已知比较信号，一般是利用二个正弦信号垂直叠加进行测量。如图2所示：已知垂直叠加形成稳定的椭圆，就可以得出待测未知信号的频率等于比较信号的频率。

图2　李萨如图形

3　方法三：利用二个信号同向叠加测量频率

这是一种用示波器测量频率的新方法，示波器教学中很少使用，但的确也可以用示波器通过比较信号测出待测信号的频率，测量的误差很小。当然也需要比较信号，调节难度比方法一要大。现在来分析方法三是如何测量的，不失一般性，我们假设两个波的振幅相等。

Y1=Asinω1t

Y2=Asinω2t

图3　拍频

如果已知比较信号Y1，利用同向叠加测量未知信号Y2。当调节ω1向ω2逼近时，拍频周期逐渐加长，示波器显示的合成波形的振幅趋于稳定。当ω1等于ω2时，就没有拍频现象，示波器显示就是一个正弦信号，振幅等于2A。

在调节过程中还可以看到一个现象，若以CH1通道为比较信号，CH2通道为待测信号。

当ω1略大于ω2时

T1〈T〈T2(T是叠加信号的周期)

此时可以看到合成波形向右移动现象。

类似可以得到，

当ω1略小于ω2时

T1〉T〉T2

此时可以看到合成波形向左移动现象，如图4所示：当ω1略小于ω2时，图形向左移动。

我们正视利用这些现象来调节比较信号，使ω1向ω2逼近，直至相等，得到一个稳定的正弦波形，此时待测频率f2=f1。

图4　正弦叠加图的平移

4　用这三种方法测量同一个信号频率

一个待测信号(f=100.0HZ)

方法一：

方法二：

把示波器调到测量李萨如图形的状态，调节已知CH1通道的频率，使示波器上显示稳定的椭圆图形。读出f1=100.0Hz，f2=f1=100.0Hz。

方法三：

使通道CH1与CH2信号同向叠加(CH1与CH2都不打开)，调节已知CH1信号频率，让示波器显示图形趋于稳定且既不左移也不右移。读出CH1信号的频率。

f1=100.1Hz，f2=f1=100.1Hz

通过实际测量未知信号频率，我们可以看出，方法二与方法三测量比较准确，而方法一误差较大，在待测频率不高的情况下，方法二与方法三调节难度也不大，只是需要频率可调的比较信号。当然如果待测信号的频率很高，用方法二与方法三测量，调节难度就会加大，一般若知道待测信号的频率范围，方法二与方法三测量也不失为一个好的选择。

5　结　　论

示波器使用是实验教学中一个重点实验，在教学中我们应大胆去创新，敢于探索，这样教学就不会乏味，学生的积极性就可以调动起来，以便更好培养学生的动手能力、创新能力。

[1]马文蔚,解希顺等.物理学(下)[M].北京:高等教育出版社,1999,20-22.

[2]赵青生.新编大学物理实验[M].合肥:安徽大学出版社,2009:148-154.

[3]张智星.MATLAB程序设计与应用[M].北京:清华大学出版社,2002:34-48.

[4]王旗，胡广兴，社安.探讨数字示波器在大学物理实验教学中的应用[J].大学物理实验，2015(4)：36-38.

[5]蒋逢春，冯学超.示波器测电容方法对比分析及数据处理[J].大学物理实验，2013(2)：91-93.

Discussion with the Three Methods of MeasuringFrequencybyOscilloscope

CHEN Zheng-gen,LIAO Yan-lin,WANG Hong,YANG Ming

(Anhui University,Anhui Hefei 230039)

Theoscilloscopeisaversatileelectronicmeasuringinstruments,inmanyscientificresearchrequirestheuseofanoscilloscope,oscilloscopeexperimentaluseisoneofourbasicexperimentalcollegephysicsexperimentlessonsostudentscanmastertheuseoftheoscilloscope.Oscilloscopetoobservethewaveformoftheelectricalsignal,theelectricalsignalcanalsomeasuretheamplitude,period,frequencyandotherparameters,dualtraceoscilloscopecanalsobemeasuredbyavarietyofsuperimposedexpandedwaveform.Thisarticleisforthethreemethodsofmeasuringfrequencybyoscilloscopediscussion,comparetheiradvantagesanddisadvantages,toexpandthethinkingofstudents,betterstudentsofthespiritofexploration.

oscilloscope；frequency；beatfrequency；superposition

2016-03-25

1007-2934(2016)04-0033-03

O4-33

ADOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.004.011