第6章_相位差测量

第6章相位差测量第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第6章相位差测量6.1概述两同频正弦波信号间的相位关系第6章相位差测量主要内容一、相位差测量的应用二、相位差的含义三、测量方法第6章相位差测量一、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第6章相位差测量二、相位差的含义以正弦交流电压为例：式中：Um为电压的振幅；ω为角频率；为初相位)sin(0tUum)()()()(21212211ttt0tt0)sin()sin(22221111tUutUumm2121当时，(常数)①瞬时相位：②两个信号瞬时相位差：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。第6章相位差测量主要有以下四类：示波法θ—时间间隔转换法θ—V转换法零示法三、测量方法第6章相位差测量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、椭圆法第6章相位差测量一、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)sin()(sin)(2211tUtutUtumm过零点ul超前u2(u1为触发源))(),(ACABttkACttkAB注：ACABttttTTACAB360360360或相位差公式：第6章相位差测量例1：如图所示，求两个同频率正弦信号的相位差。5.678/5.1360360360divdivACABTT周期TABCDΔT第6章相位差测量测量误差来源：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）。第6章相位差测量例2：相位差测量：测两次时间间隔取平均值。Δt2Δt1＋＋－－TttTttTttftt212121211802222或相位差公式：第6章相位差测量二、椭圆法1.测量连线图：2.测量原理：①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第6章相位差测量②一般地，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tUutUummsin)sin(2211测量公式1：sinsin00mmXxYy)arcsin()arcsin(00mmXxYy因为X最大位移Y最大位移Y轴交点X轴交点第6章相位差测量(a)椭圆图形(b)相位差刻度板测量公式2：ABarctan2长轴短轴优点：比测量公式1的测量误差小第6章相位差测量3.校正系统固有相位差（由于X、Y通道的相频特性不同）调节同一正弦波信号(a)校正(b)测量00校正后进行测量第6章相位差测量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。θ—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TT360第6章相位差测量相位差与时间间隔的关系推导）－）－（TtUtUtumm(sinsin)(222tUtumsin)(11TTTfT3602因为又两信号的相位差为初相位之差，所以第6章相位差测量)()()(,0)(,00)(,0)0(112121211121ttTtTtttTuu时当时当过零点所以,ΔT是两个同频正弦信号过零点之间的时间间隔。TT360）－TtUtum(sin)(22tUtumsin)(11过零点第6章相位差测量主要内容一、模拟式直读相位计二、数字式相位差计第6章相位差测量一、模拟式直读相位计测量原理：(a)原理框图(b)各点波形图平均电流电流表过零点触发脉宽为时间间隔如RS、JK、D和T触发器等010第6章相位差测量相位差与平均电流的关系：成正比的关系mITTI0mIITT0360360T平均电流I0T第6章相位差测量二、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：①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ΔT，依上式换算为相位差。TT360第6章相位差测量②原理波形图ccfTTTNccfTTTnTnTNfcNnTT360360所以时间闸门Ⅰ时间闸门Ⅱ测量一个周期缺点：不能直读。第6章相位差测量2.实用电子计数式相位差计①测量方法的改进：ffbc10360一般取bbcTfTfN1036010360)10(10360360360bbnnNn因此测量公式：②原理框图：计数n第6章相位差测量③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Δn＝±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)10(b1.0)10(b))10((bn结论：相位测量精度与b的选择有关。第6章相位差测量④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。ffbc10360)10(bn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第6章相位差测量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：第6章相位差测量一、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。鉴相器输入电路Ⅰ输入电路Ⅱ滤波器电表u1(t)u2(t)ud(t)UO相位差－电压转换直流电压第6章相位差测量2.鉴相器差接式相位检波电路：cos)()()(22mFdUtutututUtumsin)(11）－（tUtumsin)(22RC低通滤波器cos20mUU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)鉴相器第6章相位差测量二、相位差—电压转换式数字相位计1.原理框图:1LSB＝??Φ相位差电压时间间隔双稳电路数字式显示φ第6章相位差测量2.原理波形图滤波后的直流电压U0TTUUg03603600ggUUU相位差转换为时间间隔整形整形微分1LSB＝Ug／360Φ第6章相位差测量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。抵消被测信号间的相位差电压表或电流表或示波器调节第6章相位差测量2.移相器①RC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位差为缺点：相移调节范围小，不同相移输出电压幅度不同)]/(1arctan[RC)]/(1arctan[2RC相位差00～－900相位差00～900第6章相位差测量②一种改进的RC移相器uo与ui之间的相位差00～－1800cRR第6章相位差测量SP3386型高精度通用计数器/相位计频率范围通道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）动态范围30mVrms～1.5Vrms(正弦波)测量精度±7×10-9/闸门测频分辨率9位/秒测周范围7ns～7000s测时范围20ns～7000s相位测量0～360°（精度0.05度）计数测量0～1×1012第6章相位差测量习题六p.1916.26.36.5