第六章 相位差的測量

1、1第六章第六章 相位差測量相位差測量目目 錄錄6.1 6.1 相位測量概述相位測量概述6.2 6.2 示波相位差測量示波相位差測量6.3 6.3 相位差轉(zhuǎn)換成時間間隔測量相位差轉(zhuǎn)換成時間間隔測量6.4 6.4 相位差轉(zhuǎn)換成電壓測量相位差轉(zhuǎn)換成電壓測量6.5 6.5 零示法測量相位零示法測量相位6.6 6.6 測量范圍的擴(kuò)展測量范圍的擴(kuò)展2 振幅振幅、頻率頻率和和相位相位是描述交流信號的三個是描述交流信號的三個“要素要素”。 u(t)=Umsin(t+0） Um 為電壓的振幅；為電壓的振幅；為頻率；為頻率； 0為初相位；為初相位； t+0稱瞬時相位，隨時間改變。稱瞬時相位，隨時間改變。 當(dāng)兩個角

2、頻率為當(dāng)兩個角頻率為1、2的交流信號分別為的交流信號分別為 u1(t)=Umsin(1t+1） u2(t)=Umsin(2t+2） （6.1-2） 則，它們的瞬時相位差則，它們的瞬時相位差(t) (1t+1）- (2t+2） （1-2)t(1-2) （6.1-3） 6.1 6.1 相位測量概述相位測量概述 第六章第六章相位差測量相位差測量3顯然，兩個角頻率不相等的正弦電壓（或電流）之間的瞬時顯然，兩個角頻率不相等的正弦電壓（或電流）之間的瞬時相位差是時間相位差是時間t 的函數(shù)，隨時間的改變而改變。的函數(shù)，隨時間的改變而改變。當(dāng)兩個正弦電壓的角頻率當(dāng)兩個正弦電壓的角頻率1=2=時時 則有：則有：

3、 (t) 12 (6.1-4) (6.1-4) 由此可見：由此可見：兩個頻率相同的正弦量間的相位差是常數(shù)，并兩個頻率相同的正弦量間的相位差是常數(shù)，并等于兩正弦量的初相之差等于兩正弦量的初相之差。 應(yīng)用：研究諸如放大器、濾波器、各種器件等的頻率特性。應(yīng)用：研究諸如放大器、濾波器、各種器件等的頻率特性。 1、輸入輸出信號間幅度比隨頻率的變化關(guān)系（幅頻特性）、輸入輸出信號間幅度比隨頻率的變化關(guān)系（幅頻特性） 2、輸出輸入信號間相位差隨頻率的變化關(guān)系（相頻特性）、輸出輸入信號間相位差隨頻率的變化關(guān)系（相頻特性）第六章第六章相位差測量相位差測量6.1 6.1 相位測量概述相位測量概述 4 測量相位差的方

4、法很多，主要有：測量相位差的方法很多，主要有： 簡單直觀的示波器測量方法簡單直觀的示波器測量方法 把相位差轉(zhuǎn)化為時間間隔把相位差轉(zhuǎn)化為時間間隔 測量出時間間隔再換算為相位差測量出時間間隔再換算為相位差 把相位差轉(zhuǎn)換為電壓，測量出電壓再換算為相位差把相位差轉(zhuǎn)換為電壓，測量出電壓再換算為相位差 與標(biāo)準(zhǔn)移向器的比較（零示法）等。與標(biāo)準(zhǔn)移向器的比較（零示法）等。 本章對上述四類方法測量相位差的基本工作原理作以本章對上述四類方法測量相位差的基本工作原理作以介紹，介紹，重點是把相位差轉(zhuǎn)換為時間間隔的測量方法重點是把相位差轉(zhuǎn)換為時間間隔的測量方法。 第六章第六章相位差測量相位差測量6.1 6.1 相位測量概

5、述相位測量概述 56.2示波相位差測量示波相位差測量 示波相位差測量就是應(yīng)用示波器測量兩示波相位差測量就是應(yīng)用示波器測量兩個同頻正弦電壓之間的相位差。個同頻正弦電壓之間的相位差。 示波器測量相位差的方法很多示波器測量相位差的方法很多, ,本節(jié)僅介本節(jié)僅介紹更具有實用意義的直接比較法和橢圓法。紹更具有實用意義的直接比較法和橢圓法。 第六章第六章相位差測量相位差測量6 設(shè)同頻率的兩電壓信號為設(shè)同頻率的兩電壓信號為一、一、直接比較法直接比較法tUtutUtummsin)()sin()(2211 將將u1(t)，u2 (t)分別接到雙蹤示波器的分別接到雙蹤示波器的Y1和和Y2通道通道,適當(dāng)調(diào)適當(dāng)調(diào)節(jié)掃

6、描旋鈕節(jié)掃描旋鈕,使在熒光屏上顯示出如下圖所示的上下對稱的使在熒光屏上顯示出如下圖所示的上下對稱的波形。波形。圖6.21 比較法測量相位差第六章第六章相位差測量相位差測量7第六章第六章相位差測量相位差測量設(shè)設(shè) u1(t)分別為分別為A、C點點,對應(yīng)的時間對應(yīng)的時間tA、tC u2(t)過零點分別為過零點分別為B、D點點,對應(yīng)的時間為對應(yīng)的時間為tB,、tD正弦信號變化一周是正弦信號變化一周是360度度, u1(t)的過零點的過零點A比比u2 (t)過零過零點點B提前提前tB-tA出現(xiàn)，所以出現(xiàn)，所以u1(t) 超前超前u2 (t) 的相位，即的相位，即 u2 (t)與與u1 (t)的相位差的相

7、位差 3600(tB-tA)/(tC-tA)=3600(T/T ) (6.2-1)式中：式中：T為兩同頻正弦波的周期，為兩同頻正弦波的周期，T 為兩正弦波過零點為兩正弦波過零點的間隔。的間隔。一、一、直接比較法直接比較法8 若顯示器水平掃描線性度好，可將線段若顯示器水平掃描線性度好，可將線段AB寫為線段寫為線段 ABK( tBtA )， 線段線段 ACK(tCtA )， 其中其中K為比例常數(shù)，則式為比例常數(shù)，則式(6.2-2)改寫為改寫為 3600（AB/AC）當(dāng)測量得到波形過零點之間的長度當(dāng)測量得到波形過零點之間的長度AB和和AC，即可由上即可由上式計算出相位差式計算出相位差第六章第六章相位

8、差測量相位差測量一、一、直接比較法直接比較法9 示波器水平掃描的非線性示波器水平掃描的非線性,即掃描用的鋸齒電即掃描用的鋸齒電 壓呈非線性。壓呈非線性。 2. 雙蹤示波器兩垂直通道一致性差而引入了附加雙蹤示波器兩垂直通道一致性差而引入了附加 的相位差。的相位差。 3.人眼讀數(shù)誤差，這項誤差是三項誤差中最大的。人眼讀數(shù)誤差，這項誤差是三項誤差中最大的。 直接比較法的測量精度不高，一般為直接比較法的測量精度不高，一般為(2050)。 在示波器上用直接比較法測量兩同頻正弦量的相位差，其在示波器上用直接比較法測量兩同頻正弦量的相位差，其測量誤差主要來源于：測量誤差主要來源于：第六章第六章相位差測量相位

9、差測量 在應(yīng)用直接比較法測量相位差時盡量使用雙跟蹤示波器，在應(yīng)用直接比較法測量相位差時盡量使用雙跟蹤示波器，兩個正弦量波形同時顯示在熒光屏上，可方便觀測兩波形過零兩個正弦量波形同時顯示在熒光屏上，可方便觀測兩波形過零點時間及周期，并得到較準(zhǔn)確的結(jié)果。點時間及周期，并得到較準(zhǔn)確的結(jié)果。 一、一、直接比較法直接比較法10二、二、 橢圓法（李沙育圖形法）橢圓法（李沙育圖形法） 一般情況下，示波器的一般情況下，示波器的Y、X兩個通道可看作為線性系兩個通道可看作為線性系統(tǒng)，所以熒光屏上光點的位移量正比于輸入信號的瞬時值。統(tǒng)，所以熒光屏上光點的位移量正比于輸入信號的瞬時值。 將將u1(t)加于加于Y通道，

10、通道，u2(t)加于加于X通道，則光點沿垂直及通道，則光點沿垂直及水平的瞬時位移量水平的瞬時位移量y(t)和和x(t)分別為分別為 式中式中Kx,Yy為比例常數(shù)。為比例常數(shù)。 （6.2-36.2-3）第六章第六章相位差測量相位差測量)()(;)()(21tuKtxtuKtyxy 11設(shè)設(shè): : 1122( )sin()( )sinmmu tutu tut則得：則得： 12()sin()sin()(sincoscossin )()sinsiny mmmx mmytKutYtYttxtKut Xt (6.2-4) (6.2-4)式中式中 分別為光點沿垂直及水平方向的最大位移。由上分別為光點沿垂直及

11、水平方向的最大位移。由上式第二式得式第二式得 ，并代入第一式得，并代入第一式得:mmXY ,sin( )/mtx tX22( ) (/)( ( )cos( ) sin )mmmy tYXx tXx t （6.2-56.2-5）第六章第六章相位差測量相位差測量二、二、 橢圓法（李沙育圖形法）橢圓法（李沙育圖形法）12 上式是一個廣義的橢圓方程，其橢圓圖形如下圖。令上式是一個廣義的橢圓方程，其橢圓圖形如下圖。令求出橢圓與垂直、水平軸的交點，分別為求出橢圓與垂直、水平軸的交點，分別為:0)(, 0)(txty00sinsinmmxXyY （6.2-6）圖6.22 橢圓法測量相位差第六章第六章相位差測

12、量相位差測量22( )(/)( ( )cos( ) sin )mmmy tYXx tXx t二、二、 橢圓法（李沙育圖形法）橢圓法（李沙育圖形法）13解算得相位差解算得相位差這種方法有缺點：這種方法有缺點：1、當(dāng)、當(dāng) (n為整數(shù)為整數(shù))時，時，X0靠近靠近Xm ，而，而Y0靠近靠近 Ym，難以把它們讀準(zhǔn)。，難以把它們讀準(zhǔn)。2、這時的、這時的X0和和Y0的值對的值對的變化很不敏感，測量誤差就會增大。的變化很不敏感，測量誤差就會增大。 應(yīng)用橢圓的長短軸之比關(guān)系計算應(yīng)用橢圓的長短軸之比關(guān)系計算 可以減小這種情況所引起可以減小這種情況所引起的測量誤差。的測量誤差。 設(shè)橢圓的長軸為設(shè)橢圓的長軸為A，短軸

13、為，短軸為B，可以證明相位差，可以證明相位差 =2arctg（B/A） (6.2-8) 在示波器的熒光屏上測量出橢圓長軸在示波器的熒光屏上測量出橢圓長軸A和短軸和短軸B，由上式就可，由上式就可算出相位差。算出相位差。 00arcsin/arcsin/mmy YxX（6.2-7）(21)90n。第六章第六章 相位差測量相位差測量二、二、 橢圓法（李沙育圖形法）橢圓法（李沙育圖形法）14 需要指出：需要指出： Y、X通道的相頻特性一般不會完全一通道的相頻特性一般不會完全一樣，會引起附加相位差（又稱系統(tǒng)的固有相位差）。樣，會引起附加相位差（又稱系統(tǒng)的固有相位差）。 為消除系統(tǒng)固有誤差的影響，通常需校

14、正兩個通道為消除系統(tǒng)固有誤差的影響，通常需校正兩個通道的相位差。的相位差。圖圖6.26.25 5 校正系統(tǒng)固有相位差校正系統(tǒng)固有相位差第六章第六章相位差測量相位差測量U1優(yōu)點：一臺示波器即可解決問題，不需要其他的專用設(shè)備。優(yōu)點：一臺示波器即可解決問題，不需要其他的專用設(shè)備。但這種測量相位差的方法的誤差較大，測量操作也不方便。但這種測量相位差的方法的誤差較大，測量操作也不方便。156.3 6.3 相位差轉(zhuǎn)換成時間間隔進(jìn)行測量相位差轉(zhuǎn)換成時間間隔進(jìn)行測量 原理：原理： 將信號周期將信號周期T和信號過零點的時間差和信號過零點的時間差T變換變換為電壓和脈沖寬度，并測量出為電壓和脈沖寬度，并測量出T和和

15、T，根據(jù)，根據(jù) 3600（AB/AC），可得到相位差），可得到相位差 重點介紹：重點介紹： 模擬直讀式相位計模擬直讀式相位計 數(shù)字式相位計數(shù)字式相位計第六章第六章相位差測量相位差測量)/(360)/()(36000TTttttACAB16一、模擬直讀式相位計一、模擬直讀式相位計兩路同頻正弦波兩路同頻正弦波 u1 、u2 經(jīng)各自的脈沖形成電路得到兩組經(jīng)各自的脈沖形成電路得到兩組窄脈沖即窄脈沖即uc和和ud。 將將uc，ud接到雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩個觸發(fā)輸入端。接到雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩個觸發(fā)輸入端。 ud 使它翻轉(zhuǎn)成為使它翻轉(zhuǎn)成為Q=“0”，i = Im， 電位為電位為E uc 使它翻轉(zhuǎn)成為使它翻轉(zhuǎn)成為Q

16、非非“0”， 電位近似為電位近似為0，i 0。圖圖6.3-1 6.3-1 模擬直讀相位計原理框圖與各點波形模擬直讀相位計原理框圖與各點波形第六章第六章相位差測量相位差測量QQ17這樣的過程反復(fù)進(jìn)行。雙穩(wěn)態(tài)電路這樣的過程反復(fù)進(jìn)行。雙穩(wěn)態(tài)電路 輸出電壓及電流輸出電壓及電流i 都是都是矩形脈沖，脈沖寬度為矩形脈沖，脈沖寬度為T，重復(fù)周期為，重復(fù)周期為T，因此它們的平均，因此它們的平均值正比于相位差值正比于相位差。而平均電流為：。而平均電流為：Q0(/)mIIT T （6.3-1）由由3600（AB/AC）式，得：）式，得： 00360 ()mII（6.3-2）優(yōu)點：電路簡單，操作方便。優(yōu)點：電路簡單

17、，操作方便。缺點：讀數(shù)是測量時間內(nèi)相位差的平均值，不能測出缺點：讀數(shù)是測量時間內(nèi)相位差的平均值，不能測出“瞬時瞬時”相位差，誤差比較大，約為相位差，誤差比較大，約為1-3% 。第六章第六章相位差測量相位差測量一、模擬直讀式相位計一、模擬直讀式相位計18二、二、數(shù)字式相位差計數(shù)字式相位差計 原理：應(yīng)用電子計數(shù)器來測量周期原理：應(yīng)用電子計數(shù)器來測量周期T和兩同頻正弦和兩同頻正弦波過零點時間差波過零點時間差T，根據(jù)式，根據(jù)式3600（AB/AC）換算）換算為相位差。為相位差。第六章第六章相位差測量相位差測量 圖圖6.3-2 6.3-2 數(shù)字式相位差計原理波形圖數(shù)字式相位差計原理波形圖cNnfTTNn

18、TToo3603603600(tB-tA)/(tC-tA)=3600(T/T )（6.3-3）（6.3-4）19上面的原理理論上可行，但具體實現(xiàn)很復(fù)雜，操作也上面的原理理論上可行，但具體實現(xiàn)很復(fù)雜，操作也不方便。因為它需要兩個時間閘門形成電路，兩個計數(shù)不方便。因為它需要兩個時間閘門形成電路，兩個計數(shù)顯示電路，同時，再讀得顯示電路，同時，再讀得n和和N后還要經(jīng)后還要經(jīng) 換算為相位差換算為相位差 ，不能直讀。，不能直讀。 第六章第六章相位差測量相位差測量NnTToo360360二、二、數(shù)字式相位差計數(shù)字式相位差計20為使電路簡單、測量操作方便，一般取為使電路簡單、測量操作方便，一般取 式中式中b

19、b為整數(shù)。將上式代入為整數(shù)。將上式代入 得得（6.366.36）再將上式代入式再將上式代入式 得得（6.376.37） 由上式可看出，數(shù)值由上式可看出，數(shù)值 n n 就代表相位差，就代表相位差，b b的變化只的變化只是小數(shù)點位置不同。是小數(shù)點位置不同。 它可經(jīng)譯碼顯示電路以數(shù)字顯示出來，并自動它可經(jīng)譯碼顯示電路以數(shù)字顯示出來，并自動指示小數(shù)點位置，測量者可直接讀出相位值。指示小數(shù)點位置，測量者可直接讀出相位值。 第六章第六章相位差測量相位差測量ffboc 10360（6.35)6.35)cNnfTTbobocTfTfN1036010360NnTToo360360 bn 10 二、二、數(shù)字式相位

20、差計數(shù)字式相位差計21 只要使晶振標(biāo)準(zhǔn)頻率滿足 ，就不必測量待測信號周期T 的數(shù)值，從而可節(jié)省一個閘門形成電路，一個計數(shù)顯示電路。這種相位差計可以測量兩個信號的“瞬時”相位差，測量迅速，讀數(shù)直觀清晰。圖圖6.36.33 3 電子計數(shù)式相位差計框圖電子計數(shù)式相位差計框圖第六章第六章相位差測量相位差測量ffboc10360)(1tu)(2tu尖脈沖閘門信號閘門信號TT二、二、數(shù)字式相位差計數(shù)字式相位差計22誤差誤差: :與計數(shù)器測周期或測時間間隔時相同與計數(shù)器測周期或測時間間隔時相同即：即： 標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差 觸發(fā)誤差觸發(fā)誤差 量化誤差量化誤差 /2nmUU第六章第六章相位差測量相位差測量

21、ceff n1 二、二、數(shù)字式相位差計數(shù)字式相位差計23 計數(shù)式相位計只能用于測量低頻率信號相位差，而且要計數(shù)式相位計只能用于測量低頻率信號相位差，而且要求測量的精度越高，能測量的頻率就越低。求測量的精度越高，能測量的頻率就越低。 因為要求測量精確度越高所使用的因為要求測量精確度越高所使用的 fc 應(yīng)越高。應(yīng)越高。例如，若被測頻率為例如，若被測頻率為1MHz，要求測量誤差為，要求測量誤差為1時，即取時，即取 中中b=1，則，則 目前還做不到對如此高的頻率信號進(jìn)行整形和計數(shù)。目前還做不到對如此高的頻率信號進(jìn)行整形和計數(shù)。360 10 1MHz=3600MHzcf 第六章第六章相位差測量相位差測量

22、ffboc10360二、二、數(shù)字式相位差計數(shù)字式相位差計24 再如，若某計數(shù)器最高計數(shù)頻率為再如，若某計數(shù)器最高計數(shù)頻率為100MHz，要，要求測量誤差為求測量誤差為1，其能測量的待測信號頻率應(yīng)小，其能測量的待測信號頻率應(yīng)小于于300KHz，如果提高測量精確度，要求測量誤差為，如果提高測量精確度，要求測量誤差為0.1，則該計數(shù)器能測量的最高待測信號頻率僅，則該計數(shù)器能測量的最高待測信號頻率僅為為30KHz。第六章第六章相位差測量相位差測量二、二、數(shù)字式相位差計數(shù)字式相位差計25平均值相位計的工作原理平均值相位計的工作原理: 在在“瞬時瞬時”相位計的基礎(chǔ)上，增相位計的基礎(chǔ)上，增加加了一個計數(shù)門而

23、構(gòu)成的。它比了一個計數(shù)門而構(gòu)成的。它比電子計數(shù)式相位差計電子計數(shù)式相位差計多一個時多一個時間閘門間閘門和閘門脈沖發(fā)生器。和閘門脈沖發(fā)生器。 設(shè)計數(shù)值為設(shè)計數(shù)值為A 第六章第六章相位差測量相位差測量圖圖6.34 6.34 平均值相位計原理框圖平均值相位計原理框圖 由由UD , UE 可知可知 A=nK因為因為 K=Tm/T , n=fcT, =360o T/T則則 A=(Tmfc/360o) =a a=Tmfc/360o若取若取Tm和和fc , 使使 a =10g (g為整數(shù)為整數(shù)) , 則則 =A*10g (6.3(6.39 9）二、二、數(shù)字式相位差計數(shù)字式相位差計26 =A10 g 表明，計

24、數(shù)值表明，計數(shù)值A(chǔ)可直接用相位差可直接用相位差表示，測量者可直接從儀器顯示的計數(shù)值表示，測量者可直接從儀器顯示的計數(shù)值 A 讀出讀出被測兩信號的相位差。被測兩信號的相位差。 這種方法測量相位差實際上是被測信號這種方法測量相位差實際上是被測信號K個周個周期內(nèi)的平均相位差。期內(nèi)的平均相位差。 例如例如 fc= 10MHz，取，取 Tm=360，則，則 a = 10000 于是于是 = A10-4 。第六章第六章相位差測量相位差測量二、二、數(shù)字式相位差計數(shù)字式相位差計平均值相位計的工作原理平均值相位計的工作原理:27 用平均值相位差計測量相位差，不必調(diào)用平均值相位差計測量相位差，不必調(diào) fc去去跟蹤

25、被測信號頻率，測量方便，量化誤差也小。跟蹤被測信號頻率，測量方便，量化誤差也小。 與測量時間間隔相比，只多了一項與測量時間間隔相比，只多了一項Tm準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度引起的誤差，而引起的誤差，而Tm是由晶振分頻得到，這項誤差是由晶振分頻得到，這項誤差很小，一般可以忽略。很小，一般可以忽略。 數(shù)字式相位差計測相位差除了標(biāo)準(zhǔn)頻率誤數(shù)字式相位差計測相位差除了標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差，觸發(fā)誤差，量化誤差之外，差，觸發(fā)誤差，量化誤差之外，還存在由于兩個還存在由于兩個通道的不一致性而引起的通道的不一致性而引起的附加誤差附加誤差。 第六章第六章相位差測量相位差測量二、二、數(shù)字式相位差計數(shù)字式相位差計平均值相位計的工作原理平均值

26、相位計的工作原理:28為消除這一誤差，可以采取校正措施：為消除這一誤差，可以采取校正措施： 1o 在測量之前把待測兩信號的任一信號（例如在測量之前把待測兩信號的任一信號（例如u1）同時）同時加在相位計的兩通道的輸入端，顯示的計數(shù)值加在相位計的兩通道的輸入端，顯示的計數(shù)值A(chǔ)1 即系統(tǒng)兩通即系統(tǒng)兩通道間的固有相位差。道間的固有相位差。 2o 把待測的兩信號分別加在兩通道的輸入端，顯示計數(shù)把待測的兩信號分別加在兩通道的輸入端，顯示計數(shù)值值A(chǔ)2 ，則兩信號的相位差為，則兩信號的相位差為:2121/() 10bAAaAA （6.3-106.3-10）若從相位差計讀得若從相位差計讀得A2 2和和A1 1

27、，由上式可算出校正后待測信號的，由上式可算出校正后待測信號的相位差。如果電路采用可逆計數(shù)器，上述修正過程可以自動相位差。如果電路采用可逆計數(shù)器，上述修正過程可以自動進(jìn)行。進(jìn)行。第六章第六章相位差測量相位差測量二、二、數(shù)字式相位差計數(shù)字式相位差計平均值相位計的工作原理平均值相位計的工作原理:296.4 6.4 相位差轉(zhuǎn)換為電壓進(jìn)行測量相位差轉(zhuǎn)換為電壓進(jìn)行測量 原理：利用原理：利用非線性電子器件非線性電子器件把被測量信號的把被測量信號的相位差轉(zhuǎn)換為電壓或電流的增量，由電壓表或電相位差轉(zhuǎn)換為電壓或電流的增量，由電壓表或電流表指針在相位刻度表盤的位置，直接讀出被測流表指針在相位刻度表盤的位置，直接讀出

28、被測信號的相位差。信號的相位差。 轉(zhuǎn)換電路常稱作為檢相器或鑒相器，其電轉(zhuǎn)換電路常稱作為檢相器或鑒相器，其電路形式有多種，這里介紹常用的兩種。路形式有多種，這里介紹常用的兩種。 第六章第六章相位差測量相位差測量30一、差接式相位檢波電路一、差接式相位檢波電路 下圖（下圖（a）所示的鑒相電路應(yīng)具有較嚴(yán)格的電路對稱：）所示的鑒相電路應(yīng)具有較嚴(yán)格的電路對稱：兩個二極管特性應(yīng)完全一致，變壓器中心抽頭準(zhǔn)確，一兩個二極管特性應(yīng)完全一致，變壓器中心抽頭準(zhǔn)確，一般取般取 R1=R2 ，C1=C2 。 設(shè)輸入信號為設(shè)輸入信號為u1=U1msint ，u2=U2msin(t-) 且且 U1mU2m1V ，使兩二極管

29、工作在線性檢波狀態(tài)。還使兩二極管工作在線性檢波狀態(tài)。還假設(shè)時間常數(shù)假設(shè)時間常數(shù) R1C1、R2C2 、R3C3都遠(yuǎn)大于被測信號的都遠(yuǎn)大于被測信號的周期周期T。A+-+-B+-+1u1u1u2u1D2D1C2C3C3R2R1REB mU.mU2.mU1.ABmU.mU1（a）差接式相位檢波電路）差接式相位檢波電路(b)電壓矢量圖電壓矢量圖圖圖6.41差接式相位檢波電路原理差接式相位檢波電路原理第六章第六章相位差測量相位差測量F311、當(dāng)、當(dāng)uAE0 時，時， D1導(dǎo)通。導(dǎo)通。 uAE0時，二極管時，二極管D2導(dǎo)通，導(dǎo)通， uEB 給給C2充電；充電； uEBR Rc c。第六章第六章相位差測量相

30、位差測量6 6.5 5 零示法測量相位差零示法測量相位差48 由于高精度的可調(diào)移相器難于制作，且刻度與頻率有關(guān)，由于高精度的可調(diào)移相器難于制作，且刻度與頻率有關(guān)，所以目前高、低頻率范圍測量兩信號相位差很少應(yīng)用零所以目前高、低頻率范圍測量兩信號相位差很少應(yīng)用零示法。但在微波領(lǐng)域，移相器容易進(jìn)行精密校正。而且示法。但在微波領(lǐng)域，移相器容易進(jìn)行精密校正。而且其他的微波相位計價格昂貴，所以多采用零示法測量相其他的微波相位計價格昂貴，所以多采用零示法測量相位差。位差。第六章第六章相位差測量相位差測量6.5 6.5 零示法測量相位差零示法測量相位差496.6 6.6 測量范圍的擴(kuò)展測量范圍的擴(kuò)展 本章本章

31、6.2-6.5講述的幾種測量相位差方法，大多只能講述的幾種測量相位差方法，大多只能在低頻范圍應(yīng)用，有的還只能工作于固定頻率。若在低頻范圍應(yīng)用，有的還只能工作于固定頻率。若要測量高頻信號相位差，或在寬頻率范圍測量信號要測量高頻信號相位差，或在寬頻率范圍測量信號的相位差，可以用頻率變換法把被測高頻信號變換的相位差，可以用頻率變換法把被測高頻信號變換為低頻或某一固定的信號進(jìn)行測量。這樣，測量信為低頻或某一固定的信號進(jìn)行測量。這樣，測量信號相位差的頻率范圍擴(kuò)大了，而且測試更為方便。號相位差的頻率范圍擴(kuò)大了，而且測試更為方便。第六章第六章相位差測量相位差測量50圖圖6.6-16.6-1外差法擴(kuò)展相位測量

32、頻率范圍的原理框圖外差法擴(kuò)展相位測量頻率范圍的原理框圖 被測信號、分別加到混頻器被測信號、分別加到混頻器I和混頻器和混頻器II，與同一本地振蕩信號混頻，使其差頻位于低頻與同一本地振蕩信號混頻，使其差頻位于低頻范圍內(nèi)，然后經(jīng)放大后用低頻相位計測量。范圍內(nèi)，然后經(jīng)放大后用低頻相位計測量。第六章第六章相位差測量相位差測量6.6 6.6 測量范圍的擴(kuò)展測量范圍的擴(kuò)展51定量分析定量分析 設(shè)設(shè)1122( )sin( )sin( )sinmmLL mLutUtutUtutUt (6.6-1) (6.6-1)混頻二極管的伏安特性為混頻二極管的伏安特性為 2012( )( )iaau ta ut(6.6-2)

33、(6.6-2)式中式中a0 、a1、a2為常數(shù)。對于混頻器為常數(shù)。對于混頻器I，混頻器二極管上，混頻器二極管上的電壓的電壓11sinsinLmLmLuuuUtUt(6.6-3)(6.6-3)第六章第六章相位差測量相位差測量6.6 6.6 測量范圍的擴(kuò)展測量范圍的擴(kuò)展52將式（將式（6.6-3）代入式（）代入式（6.6-2）得混頻器）得混頻器I中電流中電流ttUUatUatUatUatUaatUtUatUtUaaiLLmmLLmmLLmmLLmmLLmmsinsin2sinsinsinsinsinsinsinsin12222221211102121101上式中只有最后一項產(chǎn)生差頻電流上式中只有最

34、后一項產(chǎn)生差頻電流 ，即，即ci1121coscmLmLia U Ut (6.6-4) (6.6-4)對于混頻器對于混頻器II，混頻器二極管上的電壓，混頻器二極管上的電壓22sinsinLmLmLuuuUtUt(6.6-5)(6.6-5)第六章第六章相位差測量相位差測量6.6 6.6 測量范圍的擴(kuò)展測量范圍的擴(kuò)展53 將式（將式（6.6-4）代入式（）代入式（6.6-2）采用與上類似的推導(dǎo)過程得）采用與上類似的推導(dǎo)過程得流經(jīng)混頻器流經(jīng)混頻器II得差頻電流：得差頻電流：21cosccmLmLuRia RU Ut (6.6-7) IIc22cosmLmLia UUt(6.6-6)設(shè)混頻器設(shè)混頻器I

35、、II有相同的負(fù)載電阻有相同的負(fù)載電阻R，因此兩混頻器輸出的差，因此兩混頻器輸出的差頻項分別為：頻項分別為： 22cosIIcIIcmLmLuRia RU Ut (6.6-8)第六章第六章相位差測量相位差測量6.6 6.6 測量范圍的擴(kuò)展測量范圍的擴(kuò)展54 比較式（比較式（6.6-7）、（）、（6.6-8）可知，兩混）可知，兩混頻器輸出的混頻電壓的相位差仍然為頻器輸出的混頻電壓的相位差仍然為，因此，因此用低頻相位差計所測得的值就是被測高頻信號用低頻相位差計所測得的值就是被測高頻信號的相位差。的相位差。第六章第六章相位差測量相位差測量6.6 6.6 測量范圍的擴(kuò)展測量范圍的擴(kuò)展55 使用外差法擴(kuò)展量程時應(yīng)注意：使用外差法擴(kuò)展量程時應(yīng)注意：10 當(dāng)本機(jī)振蕩頻率與信號頻率很