第六章相位差测量

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六6.1概述

在本章中，相位差的测量是指测量同一频率的两信号之间的相位差。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；ω为角频率；为初相位当时，(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。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TABCDΔT例2：相位差测量：测两次时间间隔取平均值。Δt2Δt1＋＋－－相位差公式：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。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调节同一正弦波信号

(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。

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,ΔT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相位差与平均电流的关系：成正比的关系平均电流I0T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。②原理波形图所以时间闸门Ⅰ时间闸门Ⅱ测量一个周期缺点：不能直读。2.实用电子计数式相位差计①测量方法的改进：因此测量公式：②原理框图：计数n③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，则结论：相位测量精度与b的选择有关。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。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：①测量原理框图和波形测量K个周期时间闸门Ⅰ的输出：时间闸门Ⅱ的输出：分频计数值A与n的关系:Tm与T可以无关实质：多周期测量②测量原理(式中为比例系数)

(g为整数)③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①校正对象：

两个通道的不一致性而引入的固有相位差/相移②校正方法：A1ⅠⅡA2ⅠⅡ(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④自动校正原理框图核心器件互锁＋测量校正A2A1自动完成A2－A1的运算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一、模拟电表指示的相位计按相位—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。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＝??Φ相位差电压时间间隔双稳电路数字式显示φ2.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／360Φ6.5零示法测量相位差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相位差00～－900相位差00～900②一种改进的RC移相器uo与ui之间的相位差00～－1800SP3386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～