什么是頻率？

每一個周期性波形都有其頻率。頻率指的是波形在一秒鐘內重復的次數（當以赫茲為單位時）。頻率也是周期的倒數。

圖三角波的周期

在測量頻率之前，了解頻率與周期的關系至關重要。周期波形是指其形狀隨時間以規則間隔重復出現的波形。

周期 (T) – 波形完成一個完整周期所需的時間。周期的單位是秒 (s)，但示波器測量通常使用毫秒 (ms) 或微秒 (µs)。

頻率 (f) – 每秒發生的周期數。頻率的單位是赫茲 (Hz)。

頻率和周期互為倒數。這種關系可以用一個簡單的公式來描述：

                         Frequency (f) = 1 / T

這個公式是使用示波器手動測量頻率的關鍵。你不是直接測量頻率，而是測量波形的周期，然后根據這個周期計算頻率。例如，如果你測得的周期為 1 毫秒（0.001 秒），那么頻率就是：

任何數字示波器的主要功能都是測量信號電壓隨時間的變化。然而，同樣重要的測量指標是信號的頻率。示波器頻率是指波形或信號在給定周期內重復出現的頻率。

頻率測量的單位是赫茲（Hz，每秒周期數）或千赫茲（kHz，每秒千次周期數）。

使用示波器讀取頻率時，您可以同時測量：

1. 輸入信號的周期

2. 波形的幅度

3. 兩個數字信號之間的占空比

示波器如何測量頻率？

現代數字示波器會自動測量輸入信號的頻率。它會測量信號在一定時間內包含的波形數量。然后，通過波形數量除以時間來計算頻率。

示波器還使用“頻率計數器"功能，它可以測量信號在給定時間尺度內超過特定閾值的次數。頻率計數器會統計事件發生的次數，并計算每秒發生的事件數。然后，它會以赫茲為單位顯示結果。

這些方法可以提供各種頻率的精確測量。

什么是時基？

時基是示波器的一項功能，它允許您查看波形隨時間的變化。它設置信號的水平刻度，使您能夠精確測量頻率或周期。

時基還可以視覺上減慢或加快信號，使其更容易在顯示屏上進行分析。

如何計算頻率？

如果您擁有一臺無法自動測量頻率的舊式示波器，請不要擔心——還有其他方法可以計算頻率。

•最基本的方法是測量一個完整波形周期的時間，然后取倒數(1/t)。這將為您提供頻率的估計值。

•您還可以使用示波器的“標記"功能來測量信號從一個點移動到另一個點所需的時間。然后，您可以取倒數(1/t) 來獲得頻率測量值。

•另一種方法是在單個上升沿或下降沿的不同位置進行兩次測量，然后使用以下公式：頻率= (1 / 時間差) × 2π弧度/周期。結果將是您的頻率，單位為赫茲 (Hz)。

什么是 FFT？

快速傅里葉變換(FFT) 是一種數學算法，用于從數字信號中提取頻率信息。FFT的典型應用是分析聲音和電信號，例如示波器產生的信號。

FFT 算法將信號分解成各個頻率分量，然后將其顯示在頻譜圖中。該圖可以幫助您直觀地了解信號的頻率成分，并識別任何波動或異常。

示波器顯示的 FFT函數

什么是截止頻率？

截止頻率是指信號開始衰減或減弱的頻率。它決定了數字示波器能夠精確讀取的最大頻率。

需要注意的是，截止頻率并非絕對的極限——它只是示波器性能開始下降的臨界點。

因此，數字示波器通常設計有較大的安全裕度，以確保它們即使在性能略有波動的情況下，也能在其規定的范圍內正常工作。

什么是方波？它與頻率有何關系？

方波圖

方波是一種在兩個電平之間交替變化的信號，每個電平停留的時間相等。它具有電平之間的急劇變化，并且是一種周期性波形。

方波常用于數字電路，因為它們能產生清晰、易于識別的信號，便于計算機解讀。方波還可以用于測試系統的頻率響應，因為它們的信號分量包含多個不同的頻率。

什么是頻率響應？

頻率響應指的是示波器前端模擬電路對不同頻譜的正弦信號的增益曲線。

圖 示波器帶寬與頻率響應的關系

現代高帶寬示波器主要有兩種頻率響應方式：

• 傳統的高斯頻響方式，Flat頻響方式；可以看到傳統的高斯頻響方式在-3dB帶寬內對信號頻譜有一定的影響，-3dB帶寬外有較長尾巴，要求后面ADC采樣率高，才不會發生混疊。

• Flat頻響方式有很大改進：-3dB內，對信號質量影響較小，-3dB以外尾巴相對較少。

頻率響應衡量系統對給定輸入頻率的響應程度。通過測試不同頻率，您可以確定系統在各種工作條件下的性能。

什么是頻率偏差？

在無線電波分析中，頻率偏差是指調制載波信號和未調制載波信號之間的最大偏差。然而，更廣義地說，頻率偏差是指理想信號或參考信號與實際信號之間的差異。例如，如果兩個波的頻率分別為100 Hz 和 102 Hz，則它們的頻率偏差為 2 Hz。

頻率偏差與其包含的頻率范圍有關。頻率偏差較大的信號帶寬也較大，反之亦然。

頻率偏差對于任何信號都至關重要，因為它會影響系統的精度和質量。如果系統校準不當，則可能導致讀數不準確或音頻/視頻失真。

常見問題解答

什么是平均頻率？

平均頻率是指信號在給定周期內的平均頻率。計算平均頻率的方法是將一個周期內的總周期數除以該周期的長度。平均頻率有助于了解信號隨時間變化的平均形狀，并用于比較不同的信號。

什么是交流頻率？

交流頻率，也稱為交變電流頻率，是指交流信號振蕩（強度和方向以固定間隔變化）的速率。交流頻率對于理解電流如何在電路和設備中流動以及排除電氣元件故障至關重要。

在美國，標準交流頻率為60 Hz，這意味著電流每秒改變方向60 次。頻率越高，電流改變方向的速度越快。

高頻交流電常見于電視機和電腦等電器設備中。但對于大多數用途，例如為燈泡和家用電器供電，交流頻率不需要很高。

示波器帶寬考量？

在示波器垂直系統中，帶寬指的是示波器能夠精確顯示的頻率范圍。為了確保準確顯示，示波器的帶寬必須高于被測信號的頻率。帶寬考量會影響對信號中高頻成分和瞬態行為的分析能力。

示波器帶寬越大越好嗎？

好處：示波器帶寬越大，可以測量的信號頻譜范圍就越大，信號的上升沿也更快；

壞處：一般來說，示波器帶寬越大，示波器價格越高；示波器帶寬越大，示波器底噪越高。

示波器可以測量極低頻率嗎？

可以。要測量極低頻率（長周期），您需要設置較大的時間/格值。這會在時間軸上“放大"，使示波器能夠捕獲慢速信號的完整周期。

示波器的頻率測量精度如何？

精度取決于示波器的時基穩定性以及您測量周期的精確度。數字示波器通常非常精確。對于手動測量，可以通過測量多個周期（5-10 個周期）并將波形擴展到整個屏幕來提高精度，從而更容易計數格數。自動測量通常提供精確的結果。

我可以測量 PWM 信號的頻率嗎？

可以。脈沖寬度調制 (PWM) 信號是一種占空比變化的周期性方波。您可以像測量任何其他周期性信號一樣測量其頻率。測量從一個上升沿到下一個上升沿的時間以找到周期，然后計算頻率。

故障排除提示

如果您在測量過程中遇到問題，以下是一些常見問題及其解決方法。

波形不穩定或抖動怎么辦？

您的觸發信號需要調整。上下調節觸發電平，直到波形與觸發信號重合。如果波形仍然抖動，請確保您已選擇正確的觸發邊沿（上升沿或下降沿）和正確的觸發源（例如，CH1）。

信號看起來像一塊實心色塊呢？

您的“時分格"設置過高（縮放過度），這意味著過多的周期被壓縮到一個屏幕寬度內。降低“時分格"值，水平“放大"，直到您可以看到單個波形。

波形鋸齒狀或呈角狀（混疊）問題？

您的示波器采樣率可能對于信號頻率而言過低。這會導致波形圖像出現誤導。有時可以通過調整時間/格設置（縮小顯示）來解決此問題，但這也可能表明您需要一臺帶寬更高的示波器。

屏幕上沒有信號怎么辦？

請檢查您的物理連接。探頭是否牢固地連接到示波器？接地夾是否已連接？示波器上的通道是否已啟用？

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