电子测量技术第06章讲解.ppt

第６章　相位差测量　;6.1　概　　述 　　正弦交流电的 “三要素”——振幅、频率和相位。 以电压为例，其函数关系为 u=Um sin(ωt+φ0)　　　　　　　(6.1-1) 式中：Um为电压的振幅；ω为角频率；φ0为初相位。 　　设φ=ωt+φ0，称为瞬时相位，它随时间改变，φ0是t=0时刻的瞬时相位值。;　　　　u1=Um1 sin(ω1t+φ1) 　　　　u2=Um2 sin(ω2t+φ2) (6.1-2) 它们的瞬时相位差为 θ=(ω1t+φ1)－(ω2t+φ2) =(ω1－ω2)t+(φ1－φ2) (6.1-3) 　　显然，两个角频率不相等的正弦电压(或电流)之间的瞬时相位差是时间t的函数，它随时间改变而改变。 当两正弦电压的角频率ω1=ω2=ω时，有 　　　　　　　θ=φ1－φ2　　　　　　　　　 　 (6.1-4);　　在研发工作中，经常要研究诸如放大器、滤波器等各种器件的频率特性，包括： 幅频??性——输出、输入信号间的幅度比随频率的变化关系； 相频特性——输出、输入信号间的相位差随频率的变化关系。 尤其在图像信号传输与处理、多元信号的相干接收等学科领域，研究网络(或系统)的相频特性显得更为重要。;　　相位差测量：是研究网络相频特性中必不可少的重要方面。 　　测量相位差的方法： 用示波器测量； 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； 把相位差转换为电压，先测量出电压，再换算为相位差；与标准移相器进行比较的比较法(零示法)等。 本章都加以介绍，重点讨论把相位差转换为时间间隔的测量方法。;6.2　用示波器测量相位差 　　应用示波器测量两个同频正弦信号间的相位差的方法很多，本节仅介绍具有实用意义的两种方法。 6.2.1　直接比较法 设电压为 　　　　　　　u1(t)=Um1 sin(ωt+φ) 　　　　　　　u2(t)=Um2 sinωt　　　　　　　　　(6.2-1) 　　为了叙述方便，设式(6.2-1)中u2(t)的初相位为零。;　　将u1、u2分别接到双踪示波器的Y1通道和Y2通道，适当调节扫描旋钮和Y增益旋钮，使荧光屏显示出如图6.2-1所示的上、下对称的波形。;设u1过零点分别为A、C点，对应的时间为tA、tC； u2过零点分别为B、D点，对应的时间为tB、tD。 u1过零点A比u2过零点B提前tB－tA出现，所以u1超前u2的相位，即u1与u2的相位差为;　　若示波器水平扫描的线性度很好，则可将线段AB写为AB≈k(tB－tA)，线段AC≈k(tC－tA)，其中k为比例常数，式(6.2-2)改写为;　　测量误差主要来源于： (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) 双踪示波器两垂直通道Y1、Y2一致性差而引入了附加的相位差。如，u1经Y1通道传输后有15°相位滞后，u2经Y2通道传输后有12°相位滞后，那么引入的附加相位差 Δφ = 15°－ 12°=3° 　　(3) 人眼读数误差，这是三项误差中最大的。 　　直接比较法的测量精确度不高，一般为±(2°~ 5°)。;　　应当说明，在应用直接比较法测量相位差时尽量使用双踪示波器，两个正弦波形同时显示在荧光屏上，观测两波形过零点时间及周期方便且较准确。 如果仅有普通单踪示波器，则可作如下测量：先把u1接到Y通道输入端，显示出上、下对称的u1波形，记下波形过零点A、C的位置；然后换接u2于Y通道，显示出上、下对称的u2波形，注意显示u2波形时的横坐标线应与显示u1波形时的横坐标线在同一条直线上，记下u2波形过零点B、D的位置，由式(6.2-3)计算出相位差φ。;　　用单踪示波器测量两正弦量的相位差时应采用外同步，通常把u1(或u2)接到外同步输入端，使两次测量(分别显示u1和u2波形)都用u1(或u2)同步。 因单踪示波器测量两正弦量相位差时分别显示u1、u2波形，则引入误差之处包括： 如扫描因数和起点位置不同， 两次波形显示过零点需记录和测量。 所以，单踪示波器测量相位差比用双踪示波器时误差还要大。;6.2.2　椭圆法 　　在5.6节（P168）讲述了李沙育图形法测量信号频率，若频率相同的两个正弦量信号分别接到示波器的X通道与Y通道，则一般情况下示波器荧光屏上显示的李沙育图形为椭圆，而椭圆的形状和两信号的相位差有关。 那么，基于上述椭圆来测量相位差的方法称为椭圆法。 　　;图6.2-2　椭圆法测量相