4. Контрольні запитання

1. Дайте визначення фази, фазового зсуву та часу запізнювання сигналів.

2. Які одиниці вимірювання застосовуються для вимірювання фазових зсувів?

3. Наведіть класифікацію методів аналогового вимірювання фазових зсувів.

4. Розкрийте ідею компенсаційного методу вимірювання фазових зсувів та наведіть структурну схему такого фазометра.

5. В чому полягає суть методу прямого перетворення?

6. Наведіть загальну схему та дайте пояснення роботи фазометра з підсумовуванням напруг.

7. Наведіть загальну схему та дайте пояснення роботи фазометра з перемноженням напруг.

8. Розкрийте принцип роботи час–імпульсних фазовимірювальних перетворювачів.

9. Наведіть схему фазометра з час-імпульсним перетворювачем.

10. Викладіть основну ідею осцилографічного методу вимірювання фазових зсувів.

Лекція 12

1. Похибки вимірювання фазових зсувів сигналів

Фазові вимірювання супроводжуються дією ряду специфічних похибок, які не можна не враховувати при оцінці сумарної похибок результату вимірювання. До числа таких похибок, в першу чергу, належать: похибка від паразитного зв’язку між каналами фазометра, похибка від кінцевого значення вхідного опору фазометра, амплітудно-фазова похибка, похибка від наявності в сигналі вищих гармонік, похибка від неідентичності фазо-частотних характеристик каналів фазометра.

1.1. Похибка від паразитного зв’язку між каналами фазометра

Ця похибка виникає внаслідок часткового проходження сигналів з одного каналу в інший. Такий небажаний перехресний вплив вхідних сигналів один на одний утворюється завдяки існуванню паразитних ємносних та ідуктивних зв’язків між ланцюгами каналів. Механізм виникнення цієї похибки пояснює структурна схема рис.12.1а та векторна діаграма напруг рис. 12.1, б.

а

б

Рис. 12.1

В схемі на рис.12.1а наявний паразитний зв’язок між каналами показано уявними ланцюгами з комплексним коефіцієнтами передачі . Сигнали, що пройшли через ці ланцюги додаються до сигналів в інших каналах. При відсутності паразитного зв’язку фазовий зсув між вхідними сигналами становить (рис. 12.1, б). Для спотворених за рахунок паразитного зв’язку сигналів фазовий зсув змінюється до величини . Отже фазова похибка становить . Знайдемо граничне значення цієї похибки. Вважатимемо канали паразитного зв’язку симетричними – . З урахуванням того, що на входи фазометра діють сигнали, які представляються комплексними напругами , маємо

(12.1)

де

(12.2)

Формули (12.2) отримані за умови, що знаменники відмінні від 0. При рівних напругах сигналів, тобто при та маємо

. (12.3)

Застосовуючи (12.3) не важко показати, що максимальна фазова похибка від зв’язку між каналами становить . Так, при (-60 дб) , рад або .

1.2. Похибка від кінцевого значення вхідного опору фазометра

В фазовимірювальній апаратурі жорсткі вимоги висуваються до вхідних опорів та їх довгострокової стабільності. Чому? Справа в тому, що повний опір вхідних ланцюгів фазометрів містить і активну, і ємнісну складові, які утворюють фазообертачі. За рахунок їх дії у досліджувані сигнали вноситься додатковий неконтрольований фазовий зсув. З метою кількісної оцінка цієї похибки розглянемо вхідний ланцюг фазометра рис. 12.2. На цьому рисунку вхідний опір фазометра представлено паралельно підключеними активним резистором та ємністю. Неважко показати, що додатковий фазовий зсув, обумовлений вхідною ємністю фазометра становить

. (12.4)

Так, при =10пФ, =50 Ом, =10МГц, . При повній ідентичності каналів фазометра сигнал у другому каналі теж отримає додатковий фазовий зсув .

Нажаль повністю ідентичні входи фазометрів реалізувати неможливо. І навіть незначні розбіжності параметрів каналів фазометра приводять до відчутних похибок. Так, при розбіжності вхідних ємностей на 1пФ, додатковий фазовий зсув між вхідними сигналами для розглянутих вище умов становитиме .

Рис. 12.2