25. Измерение фазового сдвига. Осциллографические методы измерения фазового сдвига
ИЗМЕРЕНИЕ ФАЗОВОГО СДВИГА
Понятие
фазы
связано с гармоническими (синусоидальными)
колебаниями. Для напряжения
полной
фазой является весь аргумент гармонической
функции; величину j
называют начальной фазой. Для двух
гармонических колебаний с равными
частотами
;
,
вводят понятие разности фаз
,
которую обычно называют фазовым
сдвигом.
Обычно
принимают за начало отсчета момент
времени, при котором начальная фаза
первого (опорного) колебания равна 0.
Тогда
;
где
j
– фазовый сдвиг между этими напряжениями.
Для
негармонических, в частности импульсных,
колебаний понятие фазового сдвига
заменяют понятием сдвига во времени. В
этом случае измеряют время задержки.
Для гармонических колебаний времени
задержки
соответствует
фазовый сдвиг
.
Фазовый
сдвиг можно измерить непосредственно
по осциллограммам
исследуемых напряжений,
наблюдая их одновременно на экране
осциллографа (рис. 3.1). Очевидно, что
,
где a
– расстояние в делениях между пересечениями
осциллограммами нулевой линии; b
– длительность
периода, выраженная в делениях шкалы.
Для этих измерений используют осциллограф
с двухлучевой электронной трубкой или
со встроенным электронным коммутатором.
Погрешность измерения угла j
этим способом определяется погрешностями
измерения длин отрезков а
и b:
,где
– погрешность измерения j;
– абсолютные погрешности измерения
отрезков а
и b.Можно
считать максимально возможной
погрешностью одно малое деление шкалы
осциллографа
;
.
Здесь
,
j
– в градусах; а,
b
– в малых делениях шкалы осциллографа.
При
измерении фазового сдвига способом
эллипса одно
из исследуемых напряжений подают на
вход Y,
а другое – на вход Х
осциллографа. Осциллограф работает в
ХY-режиме
(генератор линейной развертки отключен).
При этом луч на экране описывает эллипс
(рис. 3.2). Фазовый сдвиг определяют по
формуле
где l
, h
– отрезки, отсекаемые эллипсом по осям
Х
и Y;
L,
H
– максимальные отклонения по осям Х
и Y.
Погрешность
измерения этим способом вычисляют по
формуле
,
а погрешность
принимается равной одному малому делению
шкалы осциллографа, H
и h
– размеры
эллипса, выраженные в малых делениях
шкалы осциллографа.
При
измерениях этим способом необходимо
учитывать фазовый сдвиг, вызываемый
неидентичностью фазочастотных
характеристик усилителей вертикального
и горизонтального отклонений осциллографа,
,
где
–
сдвиг фаз между каналами Y
и Х.
Метод круговой развертки
Этот метод обеспечивает измерение фазового сдвига практически в пределах от 0 до 360 градусов. Измерение фазового сдвига между сигналами u1=Um1sinwt u2=Um2sinw(t-t1). Генератор развертки предварительно выключается и на входы X Y подаются сигналы u1 и u2(задержанный относительно u1 по фазе на 90 с помощью доп фазовращателя). При одинаковом отклонении луча по горизонтали и вертикали на экране осц будет наблюдаться осциллограмма, в форме окружности. Анализируемы напряжения u1 и u2 поступают так же на входы идентичных формирователей, преобраз синусоидальные колебания в последовательность коротких однополярных импульсов u4 и u5. Передние фронты этих импульсов практически совпадают с моментом перехода синусоид через нулевое значение при их возрастании. Импульсные сигналы соед спомощью логической схемы ИЛИ. Ее выходной сигнал в виде двухимпульсной последовательности подается на вход Z управления яркости луча осц. В результате на окружности в точках 1 и 2 появл отметки повышенной яркости. Изменение фазового сдвига между u1 и u2 выполняется как показано на рис. Полную окружность, которой соответствует угол 360 луч описывает за время равное периоду сигналов, а дугу между точками 1 и 2, которой соотв некоторый угол ∆фи – за время задержки этих сигналов ∆t=∆фи*T/360
