频率计的实用意义与基本原理

随着技术的不断发展。频率计的原理和结构也不断改进。数字频率计已成为目前应用的主流。它具有读数直观、操作简单的优点。由于频率和周期是相互倒数的关系，所以只要软件支持，频率计就可以既显示频率也显示周期。习惯上，大家对于较高的频率偏好使用“MHz、kHz、Hz”等频率单位，对于很低的频率偏好使用“s(秒)、ms(毫秒)”等周期单位。

一、频率计的实用意义

频率计可以用来测量无线电电波载波频率和振荡器的振荡频率，为调校和监视带来方便。借助频率计，我们可以测量常见的晶体振荡器的工作频率并可以加以校正，使实际误差Z小。晶体振荡器广泛应用于各种无线电电路、时间频标电路、单片机电路。在无线电收发信机中，应用Z多的频率合成器的基础参考频率就是通过晶体振荡器获得的，通过修正晶体振荡器的频率就能校准无线电收发信机的工作频率。

以对讲机和短波电台为例，目前主流的电台对讲机都通过频率合成器获得载波频率，对于常用的25kHz间隔、16KOF3EN制的FM调频对讲机信号，如果接收机和发射机频率的相对误差超过2000Hz，就会造成对讲机通信品质和通信距离的明显下降。而对于在短波通信中常用的J3E调制的SSB语音信号，如果接收机与发射机频率的相对误差超过200Hz，语音就会出现明显的变调。对讲机和电台由于元器件老化和振动很容易引起频率偏差，所以对讲机和电台的载频误差需要定期检测、及时校正，这也是国家无线电管理局对发射设备检测的必查指标之一。

利用频率计检查电路中时钟晶体是否正常工作，可以很容易地发现停振和频率严重偏差的异常情况。在实际维修应用中，即使是非无线电收发信线路，也需要用频率计确认一些测试点的振荡频率状况。

频率计通过一个振荡电路能检测石英晶体的品质(稳定性)和性能(谐振频率)，有的多功能频率计将振荡电路集成在仪器内部，用户只需要插上石英晶体就能知道晶体的谐振频率。对于有能力打磨石英晶体、修改晶体谐振频率的朋友，通过频率计可以监测石英晶体打磨后实际谐振频率的变化。

频率计可以监视信号源的输出频率。对于爱好者来说，目前科研单位主流的数字化数显频率合成信号发生器价格过于昂贵，通常预算不多的爱好者都会考虑选用老式的LC振荡器的简易信号源但这类信号源没有数字频率直接显示功能，刻度也不是十分精确，实际使用中误差比较大。如果这类信号源配合频率计使用，就可以将频率计作为信号源实际输出频率的显示器，那比信号源度盘指示机构要准确得多。

有些仪器附带有频率计功能，如示波器、频谱仪，甚至一些多功能的万用表也具备频率计功能，但从综合性能上看，都不能完全取代专业频率计。示波器是显示信号波形的仪器，部分数字示波器具有频率计的功能，但测量精度和速度往往不能与专业频率计媲美。而且，在价格上同档次的示波器要比频率计贵不少，所以用示波器替代频率计并不可行。

频谱仪不但可以显示信号频率信息，还可以显示信号幅度信息，但通常频谱仪的频率显示精度不高，并不适合精确的单纯频率的计数测量，而且频谱仪的价格要比频率计贵得多。一些万用表的频率测量功能基本属于初级水平，显示的位数本身就不够多，测量频率也不够高，实用意义有限。

二、频率计的基本原理

数字频率计通过计数器在单位采样时间内对经过预处理的脉冲信号进行计数，然后折算成频率数据，这是频率计的基本原理，所以频率计也被称为频率计数器。实际上，频率计对于频率很低的信号采用测量周期的方法，对于数百兆、上千兆的频率较高的信号一般采用先分频再测量的方法。分频电路将较高频率的信号等比转换成较低频率的脉)中，再送至4频率计的计数器电路中进行计数，Z后将得到的频率数据乘以原先的分频比，即得到实际测量的频率。很多中频率计都有1～3GHz选件，以扩展频率计的测量范围。实际在硬件电路上主要就是增加一个分频器。

频率计的稳定度和准确性是标志频率计性能的两大重要指标。频率计的稳定度和准确性主要取决于自身的基准参考频率，该频率同样是由晶体振荡器产生的。大家都知道普通晶体振荡器中的石英晶体谐振频率会根据温度的变化发生微小的变化，不同品质的石英晶体的这种变化幅度是不同的，但不能完全避免。晶体这种微小的变化在很多消费类电子产品的电子线路中可以忽略不计，但作为高精度的频率计基准参考源则不可忽略。

为了提高频率计基准参考源的稳定度，一方面应采用稳定性好的高品质石英晶体，另一方面在晶体环境温度上下功夫。TCXO温度补偿特性晶体通过附加温度补偿电路，削减环境温度变化对石英晶体振荡器振荡频率产生变化的影响。一般中档的频率计都会至少考虑使用TCXO晶体振荡器作为基准。更的OCXO恒温控制式晶体振荡器通过附加恒温槽，使晶体振荡器或石英晶体周围的温度保持相对恒定，这样可以将环境温度变化对石英晶体振荡器振荡频率产生变化的影响降到Zdi。

此外，有的高端频率计还采用铯钟和铷钟，提供更的稳定度，这些频率计多是ding级频率计。不同档次的TCXO振荡器性能不同，价格也相差很多，所以并不是说采用TCXO的频率计都一定上档次。一块普通石英晶体价格可以不到1元，一个TCXO振荡器少则十几元，好一点的都要几十元、上百元，因此在一些廉价频率计里，制造者另辟蹊径，在普通的石英晶体外围使用PTC等发热材料构成原始的温度补偿匣定装置。以较低的成本提高晶体的稳定性，这也被一些厂家称为“采用恒温装置”，虽然此举原理相同，但很难与专业高性能TCXO/OCXO媲美。

频率计除了高稳定性外，自身的准确性也很重要。自己都不准确的频率计去测量其他设备根本没有意义。频率计准不准是以国家基准参考频率为准则来判断的，频率计的校准需要到当地的计量院，那里有国家标准的频率基准。这就是标准仪器需要定期计量的原因。个人用户可以对比信得过的频率计或者信号源来校准自己的频率计。

频率计的性能除了稳定性，还体现在分辨率和测量速度上。频率计的分辨率一般以频率计测量时显示位数表示，位数越高，分辨率越高。常见的频率计初级产品在8位以下，中档产品在9～10位，科研级高端产品可以达到12位。有的频率计可以通过算法提升显示位数，但这将影响测量速度。

市场上出售的有一类“等精度频率计”，所谓“等精度”是指测量原理等精度测量的优点是可以解决待测信号的脉冲周期不完整的问题，使得测量误差主要与频率计自身基准参考频率相关，达到精度恒定的效果。等精度频率计在测量机制上优于传统单位时间计数法的频率计。