相位差测量课件.ppt

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1、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6.6测量范围的扩展习题六6.1概述振幅、频率和相位是描述正弦交流电的三个“要素”。以电压为例，其函数关系为（6.1-1）式中：Um为电压的振幅；为角频率；为初相位。设，称瞬时相位，它随时间改变，是t=0时刻的瞬时相位值。两个角频率为的正弦电压分别写为(6.1-2)它们的瞬时相位差(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

2、压的角频率时，则有(6.1-4)由此可见：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。在实际工作中，经常需要研究诸如放大器、滤波器、各种器件等的频率特性，即输出输入信号间幅度比随频率的变化关系(幅频特性)和输出输入信号间相位差随频率的变化关系(相频特性).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。测量相位差的方法很多，主要有：用示波器测量；把相位

3、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。本章对上述四类方法测量相位差的基本工作原理都作以介绍，但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一、直接比较法设电压（6.2-1）为了叙述问题方便，并设式(6.2—1)中u2(t)的初相位为零。图6.2—1比较法测量相位差将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6.2—1所示的上下对称的波形。设u1过零点分别为A、

4、C点，对应的时间为过零点分别为B、D点，对应的时间为。正弦信号变化一周是360o,过零点A比u2过零点B提前出现，所以u1超前u2的相位，即u1与u2的相位差(6.2-2)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，则可将线段AB写为，线段，其中K为比例常数，则式(6．2—2)改写为(6.2-3)量得波形过零点之间的长度AB和AC即可由式(6.2—3)计算出相位差。二、椭圆法在§5。6中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，一般情况下示波

5、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，基于此点用来测量相位差的方法称为椭圆法。一般情况下，示波器的Y、X两个通道可看作为线性系统，所以荧光屏上光点的位移量正比于输入信号的瞬时值。如图6．2—2所示，u1加于y通道，u2加于X通道，则光点沿垂直及水平的瞬时位移量y和x分别为(6.2-4)式中为比例常数。设分别为(6.2-5)将式(6．2—5)代入式(6．2—4)得(6.2-6)式中Ym、Xm分别为光点沿垂直及水平方向的最大位移。由式(6．2—6)(b)得，代入式(a)得(6.2-7)式(6．2—7)是一

6、个广义的椭圆方程，其椭圆图形如图6．2—30令式(6．2—7)中，求出椭圆与垂直、水平轴的交点分别等于(6.2-8)图6.2—2椭圆法测量相位差图6.2—3椭圆图形由式(6，2—8)可解算得相位差图6.2—4相位差刻度板设椭圆的长轴为A，短轴为B，可以证明相位差(6.2-10)如果在示波器荧光屏上配置一个如图6．2—4所示的刻度板，测量时读取椭圆长、短轴刻度，由式(6．2—10)可算出。由于椭圆总是与短轴垂直，测量视角小，同时短轴对甲的变化很敏感，因而测量误差较小。还应说及的是，示波器Y通道、X通道的相频特性一般不会是完全一样的，

7、这要引起附加相位差，又称系统的固有相位差。为消除系统固有相位差的影响，通常在一个通道前接一移相器(如Y通道前)，在测量前先把一个信号，如，接入X通道和经移相器接入Y通道，如图6．2-5(a)所示。调节移相器使荧光屏上显示的图形为一条直线，然后把一个信号经移相器接入Y通道，另一个信号接入X通道进行相位差测量，如图6．2—5(b)所示。图6.2—5校正系统固有相位差6.3相位差转换为时间间隔进行测量一、模拔1式直读相位计图6．3-1(a)是模拟式直读相位计的原理框图，(b)是相应的各点波形图。图6.3—1模拟直读相位计原理框图与各点波

8、形图6.3—1模拟直读相位计原理框图与各点波形以电流为例，其平均电流（6.3-1）联系式(6．2—2)，得（6.3-2）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。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，这种方法就