7.2. Измерение фазового сдвига осциллографическим методом

Измерение фазового сдвига осциллографическим методом можно реализовать способами линейной, синусоидальной и круговой разверток.

Ограничимся рассмотрением первых двух способов, как наиболее распространенных.

С пособ линейной развертки осуществляется так. В каналы вертикального отклонения двулучевого или двухканального осциллографа подают напряжения:

и

.

Генератор развертки осциллографа включен. Полезно уравнять амплитуды обоих напряжений. Осциллограмма будет иметь вид, представленный на рис. 7.2. Фазовый сдвиг вычисляют по формуле (7.1), подставляя измеренные длины отрезков l и, Δl, соответствующие Т и ΔТ.

Способ синусоидальной развертки осуществляется с помощью однолучевого осциллографа. В канал вертикального отклонения подается напряжение

,

а в канал горизонтального –

.

Генератор развертки выключен. На экране осциллографа появляется осциллограмма в виде эллипса (рис. 6.3.), уравнение которого имеет вид

,

где А и В – максимальные отклонения по вертикали и горизонтали соответственно.

Положив x = 0, получим вертикальный отрезок

;

положив y = 0, получим горизонтальный отрезок

.

Отсюда

.

Для вычисления фазового сдвига измеряют по осциллограмме отсекаемые на координатных осях отрезки 2x₀ или 2y₀ и сторону прямоугольника 2А или 2В, в который вписан эллипс. Фазовый сдвиг вычисляют по формуле

. (7.2)

Способ синусоидальной развертки не позволяет определить фазовый сдвиг однозначно. Когда оси эллипса совпадают с осями координат, фазовый сдвиг равен 90 или 270⁰. Если большая ось эллипса располагается в первом и третьем квадрантах, то фазовый сдвиг 0 < φ < 90⁰ или 270< φ <360⁰; если во втором и четвертом, то 90 < φ <180⁰ или 180 < φ < 270⁰. Для устранения неоднозначности нужно ввести дополнительный сдвиг 90⁰, и по изменению вида осциллограммы легко определить действительный фазовый сдвиг. Например, получили φ, равный 30⁰ или 330⁰. Ввели дополнительно +90⁰. Если осциллограмма осталась в прежних квадрантах, то φ =330⁰, если переместилась во второй и четвертый, то φ =30⁰.

Осциллографический метод не требует никаких дополнительных приборов и прост по идее. Однако он является косвенным, требует линейных измерений и вычислений, что приводит к значительным погрешностям.

Общая погрешность складывается из случайных погрешностей (измерения длин отрезков, совмещения следа луча с линиями масштабной сетки и конечного значения диаметра светового пятна на экране осциллографа) и систематических (инструментальной и методической). Инструментальная погрешность возникает за счет наличия собственных фазовых сдвигов в каналах осциллографа. Методическая погрешность связана с наличием гармоник в исследуемых напряжениях.

7.3. Требования к технике безопасности

1. Перед включением в сеть приборов проверить целостность сетевых шнуров.

2. Заземлить приборы.

7.4. Задание на выполнение лр

1. Измерить фазовый сдвиг с помощью осциллографа в режиме линейной развертки.

2. Измерить фазовый сдвиг с помощью осциллографа в режиме синусоидальной развертки.