第6章_相位差测量.ppt

第6章相位差测量 6 1概述6 2用示波器测量相位差6 3相位差转换为时间间隔进行测量6 4相位差转换为电压进行测量6 5零示法测量相位差习题六 6 1概述 两同频正弦波信号间的相位关系 主要内容 一 相位差测量的应用二 相位差的含义三 测量方法 一 相位差测量的应用 主要研究网络相频特性 如放大器 滤波器等 滤波器的幅频特性 滤波器的相频特性 二 相位差的含义 以正弦交流电压为例 式中 Um为电压的振幅 为角频率 为初相位 当时 常数 瞬时相位 两个信号瞬时相位差 结论 两个频率相同的正弦量间的相位差是常数 并等于两正弦量的初相之差 主要有以下四类 示波法 时间间隔转换法 V转换法 零示法 三 测量方法 6 2用示波器测量相位差 两种有实用意义的方法 一 直接比较法二 椭圆法 一 直接比较法 测量原理 将同频率ul u2分别接到双踪示波器的Y1通道和Y2通道 过零点 ul超前u2 u1为触发源 相位差公式 例1 如图所示 求两个同频率正弦信号的相位差 周期T A B C D 测量误差来源 1 示波器水平扫描的非线性 即扫描用的锯齿电压呈非线性 2 垂直通道一致性引入附加相位差 3 人眼读数误差 最大 例2 相位差测量 测两次时间间隔取平均值 t2 t1 相位差公式 二 椭圆法 1 测量连线图 2 测量原理 特殊相位差的李沙育图形 同频正弦波信号 同频正弦波信号 一般地 李沙育图形为椭圆 而椭圆的形状和两信号的相位差有关 基于此点用来测量相位差的方法称为椭圆法 P176 测量公式1 因为 X最大位移 Y最大位移 Y轴交点 X轴交点 a 椭圆图形 b 相位差刻度板 测量公式2 长轴 短轴 优点 比测量公式1的测量误差小 3 校正系统固有相位差 由于X Y通道的相频特性不同 a 校正 b 测量 校正后进行测量 6 3相位差转换为时间间隔进行测量 用示波器测量相位差的方法简便易行 但测量准确度低 时间间隔转换法是把相位差转换为时间间隔 先测量出时间间隔再换算为相位差 SP3386型高精度通用计数器 相位计 相位差与时间间隔的关系推导 因为 又两信号的相位差为初相位之差 所以 所以 T是两个同频正弦信号过零点之间的时间间隔 过零点 主要内容 一 模拟式直读相位计二 数字式相位差计 一 模拟式直读相位计 测量原理 a 原理框图 b 各点波形图 电流表 脉宽为时间间隔 如RS JK D和T触发器等 0 1 0 相位差与平均电流的关系 成正比的关系 平均电流I0 二 数字式相位差计 数字式相位差计又称电子计数式相位差计1 测量原理与波形图 测量原理 根据相位差公式 应用电子计数器测量周期T和两同频正弦波过零点时间差 T 依上式换算为相位差 原理波形图 所以 时间闸门 时间闸门 测量一个周期 缺点 不能直读 2 实用电子计数式相位差计 测量方法的改进 因此测量公式 原理框图 计数n 测量误差 与测量时间间隔的误差源相同 主要包括标准频率误差 触发误差和量化误差 量化误差 n 1所带来的相位误差 例如 被测信号的频率f 10kHz 取b 1 fc 360 10 10kHz 36MHz 则 结论 相位测量精度与b的选择有关 优缺点 优点 1 测量迅速 读数直观清晰 2 可以测量两个同频正弦信号每一个周期的相位差 即 瞬时 相位 缺点 1 测量频率低 2 当被测信号频率改变时 需跟踪调整晶振的频率fc 3 平均值相位计 测量原理框图和波形 测量K个周期 时间闸门 的输出 时间闸门 的输出 计数值A与n的关系 Tm与T可以无关 实质 多周期测量 测量原理 式中为比例系数 g为整数 优点 1 测量迅速 读数直观清晰 2 不必调fc去跟踪被测信号频率 3 量化误差小 由Tm引起的误差很小 一般可以忽略 4 校正 校正对象 两个通道的不一致性而引入的固有相位差 相移 校正方法 A1 A2 a 校正 b 测量 两信号的相位差为 A1 固有相位差的计数值A2 实测的相位差计数值 自动校正原理框图 核心器件 测量 校正 A2 A1 扩大固有相移提高测量精度 6 4相位差转换为电压进行测量 二 相位差 电压转换式数字相位计 平衡式相位检波电路 一 模拟电表指示的相位计 差接式相位检波电路 按相位 电压转换电路性质的不同有 一 模拟电表指示的相位计 1 测量原理 利用鉴相器或检相器将相位差转换为电压或电流的增量 在电压表或电流表盘上刻上相位刻度 由电表指示被测信号的相位差 相位差 电压转换 直流电压 2 鉴相器差接式相位检波电路 RC低通滤波器 已知 结论 滤波后的直流电压 请思考 相位差刻度如何标定 ud t 鉴相器 二 相位差 电压转换式数字相位计 1 原理框图 1LSB 相位差 电压 时间间隔 双稳电路 数字式显示 2 原理波形图 滤波后的直流电压U0 相位差转换为时间间隔 整形 整形 微分 1LSB Ug 360 6 5零示法测量相位差 1 测量原理零示法又称比较法 它是以一精密移相器相移值与被测相移值作比较 调节精密移相器使平衡指示器示零 则精密移相器表针指示的相移值就是两被测信号间的相位差值 2 移相器 RC移相器 a 低通滤波器 如图 a 输出电压与输入电压的相位差为 b 高通滤波器 如图 b 输出电压与输入电压的相