第六章相位差測(cè)量

第6章相位差測(cè)量6.1概述6.2用示波器測(cè)量相位差6.3相位差轉(zhuǎn)換為時(shí)間間隔進(jìn)行測(cè)量6.4相位差轉(zhuǎn)換為電壓進(jìn)行測(cè)量6.5零示法測(cè)量相位差習(xí)題六6.1概述

在本章中，相位差的測(cè)量是指測(cè)量同一頻率的兩信號(hào)之間的相位差。兩同頻正弦波信號(hào)間的相位關(guān)系主要內(nèi)容一、相位差測(cè)量的應(yīng)用二、相位差的含義三、測(cè)量方法一、相位差測(cè)量的應(yīng)用主要研究網(wǎng)絡(luò)相頻特性，如放大器、濾波器等濾波器的幅頻特性濾波器的相頻特性二、相位差的含義以正弦交流電壓為例：式中：Um為電壓的振幅；ω為角頻率；為初相位當(dāng)時(shí)，(常數(shù))①瞬時(shí)相位：②兩個(gè)信號(hào)瞬時(shí)相位差：結(jié)論:兩個(gè)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。主要有以下四類：示波法θ—時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換法θ—V轉(zhuǎn)換法零示法三、測(cè)量方法6.2用示波器測(cè)量相位差兩種有實(shí)用意義的方法：一、直接比較法二、橢圓法一、直接比較法測(cè)量原理：將同頻率ul、u2分別接到雙蹤示波器的Y1通道和Y2通道過零點(diǎn)ul超前u2(u1為觸發(fā)源)相位差公式：例1：如圖所示，求兩個(gè)同頻率正弦信號(hào)的相位差。周期TABCDΔT例2：相位差測(cè)量：測(cè)兩次時(shí)間間隔取平均值。Δt2Δt1＋＋－－相位差公式：二、橢圓法1.測(cè)量連線圖：2.測(cè)量原理：①特殊相位差的李沙育圖形同頻正弦波信號(hào)同頻正弦波信號(hào)②一般地，李沙育圖形為橢圓，而橢圓的形狀和兩信號(hào)的相位差有關(guān)，基于此點(diǎn)用來測(cè)量相位差的方法稱為橢圓法。測(cè)量公式1：因?yàn)閄最大位移Y最大位移Y軸交點(diǎn)X軸交點(diǎn)

(a)橢圓圖形(b)相位差刻度板測(cè)量公式2：長(zhǎng)軸短軸優(yōu)點(diǎn)：比測(cè)量公式1的測(cè)量誤差小3.校正系統(tǒng)固有相位差調(diào)節(jié)同一正弦波信號(hào)

(a)校正(b)測(cè)量校正后進(jìn)行測(cè)量6.3相位差轉(zhuǎn)換為時(shí)間間隔進(jìn)行測(cè)量

用示波器測(cè)量相位差的方法簡(jiǎn)便易行，但測(cè)量準(zhǔn)確度低。

θ—時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換法是把相位差轉(zhuǎn)換為時(shí)間間隔，先測(cè)量出時(shí)間間隔再換算為相位差。SP3386型高精度通用計(jì)數(shù)器/相位計(jì)相位差與時(shí)間間隔的關(guān)系推導(dǎo)因?yàn)橛謨尚盘?hào)的相位差為初相位之差，所以所以,ΔT是兩個(gè)同頻正弦信號(hào)過零點(diǎn)之間的時(shí)間間隔。過零點(diǎn)主要內(nèi)容一、模擬式直讀相位計(jì)二、數(shù)字式相位差計(jì)一、模擬式直讀相位計(jì)測(cè)量原理：(a)原理框圖(b)各點(diǎn)波形圖平均電流電流表過零點(diǎn)觸發(fā)脈寬為時(shí)間間隔如RS、JK、D和T觸發(fā)器等010相位差與平均電流的關(guān)系：成正比的關(guān)系平均電流I0T二、數(shù)字式相位差計(jì)

數(shù)字式相位差計(jì)又稱電子計(jì)數(shù)式相位差計(jì)1.測(cè)量原理與波形圖：①測(cè)量原理：根據(jù)相位差公式：應(yīng)用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量周期T和兩同頻正弦波過零點(diǎn)時(shí)間差ΔT

，依上式換算為相位差。②原理波形圖所以時(shí)間閘門Ⅰ時(shí)間閘門Ⅱ測(cè)量一個(gè)周期缺點(diǎn)：不能直讀。2.實(shí)用電子計(jì)數(shù)式相位差計(jì)①測(cè)量方法的改進(jìn)：因此測(cè)量公式：②原理框圖：計(jì)數(shù)n③測(cè)量誤差：

與測(cè)量時(shí)間間隔的誤差源相同，主要包括標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差、觸發(fā)誤差和量化誤差。量化誤差Δn＝±1所帶來的相位誤差：例如，被測(cè)信號(hào)的頻率f＝10kHz，取b＝1，fc＝360×10×10kHz＝36MHz，則結(jié)論：相位測(cè)量精度與b的選擇有關(guān)。④優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)——1)測(cè)量迅速，讀數(shù)直觀清晰。2)可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)同頻正弦信號(hào)每一個(gè)周期的相位差，即“瞬時(shí)”相位。缺點(diǎn)——1)測(cè)量頻率低。2)當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率改變時(shí)，需跟蹤調(diào)整晶振的頻率fc

3.平均值相位計(jì)：①測(cè)量原理框圖和波形測(cè)量K個(gè)周期時(shí)間閘門Ⅰ的輸出：時(shí)間閘門Ⅱ的輸出：分頻計(jì)數(shù)值A(chǔ)與n的關(guān)系:Tm與T可以無關(guān)實(shí)質(zhì)：多周期測(cè)量②測(cè)量原理(式中為比例系數(shù))

(g為整數(shù))③優(yōu)點(diǎn)：1)測(cè)量迅速，讀數(shù)直觀清晰。2)不必調(diào)fc去跟蹤被測(cè)信號(hào)頻率。3)量化誤差??；由Tm引起的誤差很小，一般可以忽略4.校正①校正對(duì)象：

兩個(gè)通道的不一致性而引入的固有相位差/相移②校正方法：A1ⅠⅡA2ⅠⅡ(a)校正(b)測(cè)量?jī)尚盘?hào)的相位差為：A1——固有相位差的計(jì)數(shù)值A(chǔ)2——實(shí)測(cè)的相位差計(jì)數(shù)值④自動(dòng)校正原理框圖核心器件互鎖＋測(cè)量校正A2A1自動(dòng)完成A2－A1的運(yùn)算擴(kuò)大固有相移提高測(cè)量精度6.4相位差轉(zhuǎn)換為電壓進(jìn)行測(cè)量二、相位差—電壓轉(zhuǎn)換式數(shù)字相位計(jì)一、模擬電表指示的相位計(jì)按相位—電壓轉(zhuǎn)換電路性質(zhì)的不同有：一、模擬電表指示的相位計(jì)1.測(cè)量原理：

利用鑒相器或檢相器將相位差轉(zhuǎn)換為電壓或電流的增量，在電壓表或電流表盤上刻上相位刻度，由電表指示被測(cè)信號(hào)的相位差。鑒相器輸入電路Ⅰ輸入電路Ⅱ?yàn)V波器電表u1(t)u2(t)ud(t)UO相位差－電壓轉(zhuǎn)換直流電壓2.鑒相器差接式相位檢波電路：RC低通濾波器已知：結(jié)論：濾波后的直流電壓：請(qǐng)思考：相位差刻度如何標(biāo)定?ud(t)鑒相器二、相位差—電壓轉(zhuǎn)換式數(shù)字相位計(jì)1.原理框圖:1LSB＝??Φ相位差電壓時(shí)間間隔雙穩(wěn)電路數(shù)字式顯示φ2.原理波形圖濾波后的直流電壓U0相位差轉(zhuǎn)換為時(shí)間間隔整形整形微分1LSB＝Ug／360Φ6.5零示法測(cè)量相位差1.測(cè)量原理 零示法又稱比較法，它是以一精密移相器相移值與被測(cè)相移值作比較，調(diào)節(jié)精密移相器使平衡指示器示零，則精密移相器表針指示的相移值就是兩被測(cè)信號(hào)間的相位差值。抵消被測(cè)信號(hào)間的相位差電壓表或電流表或示波器調(diào)節(jié)2.移相器①RC移相器(a)低通濾波器：如圖(a)輸出電壓與輸入電壓的相位差為(b)高通濾波器：如圖(b)輸出電壓與輸入電壓的相位差為缺點(diǎn)：相移調(diào)節(jié)范圍小，不同相移輸出電壓幅度不同相位差00～－900相位差00～900②一種改進(jìn)的RC移相器uo與ui之間的相位差00～－1800SP3386型高精度通用計(jì)數(shù)器/相位計(jì)

頻率范圍通道1和通道20.14mHz～150MHz通道2U100MHz～1.5GHz（90型）通道3100MHz～500MHz（05型）100MHz～1.5GHz（15型）100MHz～2.5GHz（25型）100MHz～3GHz

（30型）1.5GMHz～9GHz

（90型）動(dòng)態(tài)范圍30mVrms～