第六章相位差測量

第6章相位差測量6.1概述6.2用示波器測量相位差6.3相位差轉換為時間間隔進行測量6.4相位差轉換為電壓進行測量6.5零示法測量相位差習題六6.1概述

在本章中，相位差的測量是指測量同一頻率的兩信號之間的相位差。兩同頻正弦波信號間的相位關系主要內(nèi)容一、相位差測量的應用二、相位差的含義三、測量方法一、相位差測量的應用主要研究網(wǎng)絡相頻特性，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；為初相位當時，(常數(shù))①瞬時相位：②兩個信號瞬時相位差：結論: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。主要有以下四類：示波法θ—時間間隔轉換法θ—V轉換法零示法三、測量方法6.2用示波器測量相位差兩種有實用意義的方法：一、直接比較法二、橢圓法一、直接比較法測量原理：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ul超前u2(u1為觸發(fā)源)相位差公式：例1：如圖所示，求兩個同頻率正弦信號的相位差。周期TABCDΔT例2：相位差測量：測兩次時間間隔取平均值。Δt2Δt1＋＋－－相位差公式：二、橢圓法1.測量連線圖：2.測量原理：①特殊相位差的李沙育圖形同頻正弦波信號同頻正弦波信號②一般地，李沙育圖形為橢圓，而橢圓的形狀和兩信號的相位差有關，基于此點用來測量相位差的方法稱為橢圓法。測量公式1：因為X最大位移Y最大位移Y軸交點X軸交點

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

(a)校正(b)測量校正后進行測量6.3相位差轉換為時間間隔進行測量

用示波器測量相位差的方法簡便易行，但測量準確度低。

θ—時間間隔轉換法是把相位差轉換為時間間隔，先測量出時間間隔再換算為相位差。SP3386型高精度通用計數(shù)器/相位計相位差與時間間隔的關系推導因為又兩信號的相位差為初相位之差，所以所以,ΔT是兩個同頻正弦信號過零點之間的時間間隔。過零點主要內(nèi)容一、模擬式直讀相位計二、數(shù)字式相位差計一、模擬式直讀相位計測量原理：(a)原理框圖(b)各點波形圖平均電流電流表過零點觸發(fā)脈寬為時間間隔如RS、JK、D和T觸發(fā)器等010相位差與平均電流的關系：成正比的關系平均電流I0T二、數(shù)字式相位差計

數(shù)字式相位差計又稱電子計數(shù)式相位差計1.測量原理與波形圖：①測量原理：根據(jù)相位差公式：應用電子計數(shù)器測量周期T和兩同頻正弦波過零點時間差ΔT

，依上式換算為相位差。②原理波形圖所以時間閘門Ⅰ時間閘門Ⅱ測量一個周期缺點：不能直讀。2.實用電子計數(shù)式相位差計①測量方法的改進：因此測量公式：②原理框圖：計數(shù)n③測量誤差：

與測量時間間隔的誤差源相同，主要包括標準頻率誤差、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，被測信號的頻率f＝10kHz，取b＝1，fc＝360×10×10kHz＝36MHz，則結論：相位測量精度與b的選擇有關。④優(yōu)缺點：優(yōu)點——1)測量迅速，讀數(shù)直觀清晰。2)可以測量兩個同頻正弦信號每一個周期的相位差，即“瞬時”相位。缺點——1)測量頻率低。2)當被測信號頻率改變時，需跟蹤調(diào)整晶振的頻率fc

3.平均值相位計：①測量原理框圖和波形測量K個周期時間閘門Ⅰ的輸出：時間閘門Ⅱ的輸出：分頻計數(shù)值A與n的關系:Tm與T可以無關實質：多周期測量②測量原理(式中為比例系數(shù))

(g為整數(shù))③優(yōu)點：1)測量迅速，讀數(shù)直觀清晰。2)不必調(diào)fc去跟蹤被測信號頻率。3)量化誤差?。挥蒚m引起的誤差很小，一般可以忽略4.校正①校正對象：

兩個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)測量兩信號的相位差為：A1——固有相位差的計數(shù)值A2——實測的相位差計數(shù)值④自動校正原理框圖核心器件互鎖＋測量校正A2A1自動完成A2－A1的運算擴大固有相移提高測量精度6.4相位差轉換為電壓進行測量二、相位差—電壓轉換式數(shù)字相位計一、模擬電表指示的相位計按相位—電壓轉換電路性質的不同有：一、模擬電表指示的相位計1.測量原理：

利用鑒相器或檢相器將相位差轉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，由電表指示被測信號的相位差。鑒相器輸入電路Ⅰ輸入電路Ⅱ濾波器電表u1(t)u2(t)ud(t)UO相位差－電壓轉換直流電壓2.鑒相器差接式相位檢波電路：RC低通濾波器已知：結論：濾波后的直流電壓：請思考：相位差刻度如何標定?ud(t)鑒相器二、相位差—電壓轉換式數(shù)字相位計1.原理框圖:1LSB＝??Φ相位差電壓時間間隔雙穩(wěn)電路數(shù)字式顯示φ2.原理波形圖濾波后的直流電壓U0相位差轉換為時間間隔整形整形微分1LSB＝Ug／360Φ6.5零示法測量相位差1.測量原理 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信號間的相位差值。抵消被測信號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：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00～900②一種改進的RC移相器uo與ui之間的相位差00～－1800SP3386型高精度通用計數(shù)器/相位計

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）動態(tài)范圍30mVrms～