5.6.1 Вимірювання частоти і фази.

Вимірювання частоти і фази електричних коливань за допомогою осцилографа широко поширені. Вимірювання частоти в загальному випадку проводиться шляхом порівняння досліджуваних коливань з коливаннями відомої частоти. Вельми зручним прийомом є одночасна фіксація на екрані двохпроменевого осцилографа (або однопроменевого — за допомогою електронного перемикача) двох коливань, частота одного з яких наперед вісті. Аналогічні результати можуть бути отриманий порівнянням періоду напруги частоти, що виміряється, з періодом розгортки або накладенням на осцилограму міток часу з використанням калібратора тривалості. Основною перевагою цих способів вимірювання частоти є можливість дослідження коливань будь-якої форми, недоліком — невисока точність.

Більше точні результати можуть бути отриманий при порівнянні двох коливань синусоїдальної форми методом фігур Ліссажу.

Подаючи на одну з пар пластин синусоїдальну напругу певної частоти, а на іншу — напругу, що досліджується, можна у ряді випадків по виду фігури Ліссажу судити про частоту або зсув фази невідомої напруги. На рис. 5.7 показані фігури Ліссажу для декількох, простих випадків співвідношення частот і кутів зсуву фаз.

Визначення частоти цим способам засновано на тому, що будь-яка фігура -Ліссажу вписується в прямокутник, сторони якого відповідно рівні подвоєним амплітудам коливань, що складаються.

Рис. 5.7 Фігури Ліссажу

Відношення числа торкань нерухомої фігури на екрані з однією з вертикальних сторін прямокутника п до числа торкань тієї ж фігури з однією з горизонтальних його сторін т. характеризує кратність частот порівнюваних коливань.

Якщо напруга_, що виміряється, має частотою f_x подано, на вхід У осцилографа, а напруга відомої частоти f_o — на вхід X, отримаємо співвідношення

f_x/f_o= т/п,

з якого може бути визначений частота f_x.

Звичайно прагнуть проводити порівняння частот, підбираючи частоту зразкового генератора рівній частоті коливань, що виміряються, оскільки при цьому фігура має найпростіший вигляд— круг, еліпс, пряма (рис. 18.7).

Іноді добитися нерухомості фігури Ліссажу важко унаслідок нестабільності порівнюваних частот. Тому, змірявши частоту обертання фігури _f, можна ввести поправку:

Знак поправки залежить від напряму обертання фігури.

Цей метод, що дає високу точність, визначувану точністю генератора відомої частоти, доцільно застосовувати тільки при відносно невеликій кратності частот, що виміряються і відомих, звичайно не перевищуючої 6—8, і _f, рівної приблизно 2—3.

Якщо ж порівнювані частоти розрізняються значно, то фігури Ліссажу стають заплутаними і піддаються розшифровці насилу. Тому в подібних випадках переважно користуватися круговою розгорткою.

В цьому випадку одна з напруг з більш низькою (відомою) частотою через фазозсувний ланцюг подається на входи Х і У осцилографа. Напруга більш високої частоти (невідомої) підводиться до модулюючому яскравість електроду (канал Z). Зображення кола на екрані в цьому випадку виходить пунктирним. По числу штрихів, що світяться, на колі судять про співвідношення порівнюваних частот.

Визначити фазові зсуви між двома напругами можна шляхом одночасного спостереження двох кривих на екрані осцилографа. Крім того, зсув фаз може бути зміряний і за допомогою фігур Ліссажу. На рис.8 показані фігури Ліссажу, що виходять при подачі на пластини осцилографа двох синусоїдальних коливань однакової частоти і амплітуди, але відмінних по фазі. Якщо на отриманій осцилограмі побудувати осі, як це показано на рис. 18.8, то шуканий фазовий зсув

Осі осцилограми зручніше всього побудувати, знімаючи по черзі напруги з кожної пари відхилюючих пластин. Прямі лінії, що виходять при цьому, і будуть осями осцилограми.

Більш високу точність вимірювання можна отримати, включаючи регульований фазозсувний пристрій послідовно в ланцюг однієї пари відхилюючих пластин. Фазовий зсув регулюється до тих пір, поки еліпс на екрані осцилографа не перетвориться на пряму лінію. Різниця фаз, що виміряється, в цьому випадку відлічується безпосередньо по шкалі фазообертача.

Рис. 5.8. Використання фігур Ліссажу для вимірювання фазових зсувів

Фазовий зсув можна визначити також і за допомогою кругової розгортки. Один із способів вимірювання полягає в наступному. Одна з напруг використовується для отримання кругової розгортки. Потім обидві напруги за допомогою формуючого пристрою перетворяться в серію короткочасних імпульсів (відповідних звичайно моменту переходу кривих через нуль в позитивному напрямі). Ці імпульси подаються на модулюючий електрод трубки, утворюючи на осцилограмі затемнені мітки, відстань між якими відповідає шуканій різниці фаз.