“瞬时”相位计.PPT

* 第 六 章 相 位 差 测 量 第6章 相位差测量 §6.1 概 述 振幅、频率和相位是描述正弦交流电的三个“要素”。 Um为电压的振幅； ω角频率；φ0为初相位。 瞬时相位差 当角频率 则有 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。 相位差的测量是研究网络相频特性中必不可少的重要方面，如何使相位差的测量快速、精确已成为生产科研中重要的研究课题。 测量相位差的方法主要有：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；与标准移相器的比较(零示法)等。 §6.2 用示波器测量相位差 一、直接比较法 设电压 将ul、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，使在荧光屏上显示出如图所示的上下对称的波形。 u1超前u2的相位，即u1与u2的相位差 式中：T为两同频正弦波的周期； 为两正弦波过零点的时间差。 若示波器水平扫描的线性度很好 测量波形过零点之间的长度AB和AC即可计算出相位差。 示波器用直接比较法测量两同频率正弦波的相位差，其测量误差主要来源： ① 示波器扫描的锯齿电压呈非线性。 ②两垂直通道的一致性差引入了附加相位差。 ③人眼读数误差。 二、椭圆法 一个广义的椭圆方程 令式中 求出椭圆与垂直、水平轴的交点y0、x0分别等于 可解算得相位差 设椭圆的长轴为A，短轴为B，则相位差为 可减小测量误差较小 相位差刻度盘 示波器Y通道、X通道的相频特性一般不会是完全一样的，这要引起附加相位差，又称系统的固有相位差。 消除系统固有相位差的影响方法 椭圆法测量相位差的特点：一台示波器即可解决问题，不 需其它专用设备，但测量误差较大，测量操作不方便。 §6.3 相位差转换为时间间隔进行测量 一、模拟式直读相位计 模拟式直读相位计的原理框图 以电流为例，其平均电流 得 由于管子导通电流Im是固定的，所以相位差与平均电流I0成正比。 模拟式直接相位计特点：电路简单、操作方便，但只能测量长时间内相位差的平均值，不能测出“瞬时”相位差，且电流表本身误差及读数误差都较大，误差大约（1-3）%。 二、数字式相位差计 （电子计数式相位差计） 基本原理 由波形图可知： 被测两信号相位差 为使电路简单、测量操作简便，一般取 式中:b为整数 将上两式代入得 再代入上两式得 数值n就代表相位差，只是小数点位置不同。它可经译码显示电路以数字显示出采，并自动指示小数点位置，测量者在数字相位差计可直接读出相位差。 只要使晶振标准频率满足上式 就不必测量待测信号周期了的数值，从而可节省一个闸门形成电路，一个计数显示电路。 实用电子计数式直读相位差计框图 以上数字式相位计是一种“瞬时”相位计，可测量两个同频率正弦信号的瞬时相位，即每一周期的相位差。 在“瞬时”相位计基础上，增加一个计数门构成平均值相位计 平均值相位计框图 工作过程： 被测信号过零点的时间间隔转换成宽度为ΔT的闸门脉冲uA加到时间闸门Ⅰ的输入端，使它开启。在开启时间ΔT内，晶振频率fc的标准脉冲uB通过该时间闸门形成uC加到时间闸门Ⅱ。 ΔT内通过Ⅰ的标准频率脉冲n个 闸门脉冲发生器是由晶振、分频器、门控电路组成，它送出宽度为Tm的门控信号 ，Tm应当远大于被测信号的最大周期Tmax一般取 在Tm内通个闸门I的标准频率脉冲又通过闸门II送入计数器计数，设计数值为A 考虑 若选取Tm和fc，使 则 计数值A可直接用相位差表示，测量者可直接从仪器显示的计数值A读出被测两信号的相位差。 数字式相位差计测相位差除了存在标准频率误差、触发误差、量化误差之外，还存在由于两个通道的不一致性而引入的附加误差。 应用可逆计数器消除系统的固有相移 §6.4 相位差转换为电压进行测量 利用非线性器件把被测信号的相位差转换为电压或电流的增量，在电压表或电流表刻度上相位刻度，由电表指示可直接读出被测信号的相位差。 一、差接式相位检波电路 电路结构： 时间常数R1C1、R2C2、R3C3远大于被信号周期T 鉴相器电路对称 设输入信号为 工作过程： D1导通 D1截止 D2导通 D2截止 由于 ，因而 ， 由前述的定性分析，可知 所以F点电位 因为R1=R2，