МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА
ЛЕКЦИЯ №17
Фаза определяет значение гармонического (синусоидального) колебания в рассматриваемый момент времени.
Фазой напряжения является wt + j, где j - начальная фаза. Разность фаз Dj двух гармонических колебаний с разными частотами
,
определяется величиной Dj = (w1 - w2)t + j1 - j2 и является линейной функцией времени. На практике наиболее часто измеряется разность фаз двух гармонических колебаний одинаковых частот. В этом случае Dj = j1 - j2. Модуль этой величины называется фазовым сдвигом. Если колебания не гармонические, то измеряют временной сдвиг между ними. Для этого используют прибор – измеритель временных интервалов, либо электронно-счетный частотомер, работающий в режиме измерения интервалов времени.
Для измерения фазового сдвига можно использовать двухлучевой электронный осциллограф, либо однолучевой с электронным коммутатором на входе канала вертикального отклонения. Это дает возможность наблюдать на экране ЭЛТ два гармонических колебания U1 и U2 (рис. 3.5).
Рис. 3.5
По осциллограммам измеряют отрезки ab и ac и определяют фазовый сдвиг:
.
При определении фазового сдвига таким образом во избежание ошибок необходимо учитывать возможную неидентичность фазовых характеристик каналов вертикального отклонения двухлучевого осциллографа.
Измерение фазового сдвига методом эллипса
Пусть имеются два гармонических колебания:
,
.
Напряжение U1 подается на вход канала “Y”, а напряжение U2 - на вход канала “X”. Генератор развертки отключается, и на экране ЭЛТ будет наблюдаться эллипс (рис. 3.6).
Рис. 3.6
Усиление каналов X и Y нужно отрегулировать так, чтобы x = y, тогда измеряемый фазовый сдвиг будет определяться величинами A и B:
,
где A и B малая и большая оси эллипса
.
Как и в предыдущем случае, при изменении Dj возможны ошибки за счет неодинаковых фазовых характеристик усилителей вертикального и горизонтального отклонения. Поэтому перед измерениями следует скомпенсировать фазовый сдвиг между каналами X и Y. Для этого одно из исследуемых напряжений, например U1, подают непосредственно на вход одного из каналов, например, канала X, а напряжение U2 подают на канал Y через регулируемый фазовращатель. Регулировкой фазовращателя добиваются появления на экране ЭЛТ наклонной прямой линии. После этого, не меняя регулировок фазовращателя, проводят измерения фазового сдвига Dj между напряжениями U1 и U2.
Измерение фазового сдвига методом полуокружности
Этот метод позволяет измерить фазовый сдвиг в пределах ±p с определением знака.
На рис. 3.7 приведена измерительная схема.
Рис. 3.7
Напряжение U1 подается на вход “Y” осциллографа после однополупериодного выпрямления. То же напряжение U1 подается на вход канала X через 90-градусный фазовращатель. Регулировкой усиления каналов X и Y добиваются одинакового отклонения луча по вертикали и горизонтали. Напряжение U2 подают на вход “Z”. Это напряжение модулирует яркость луча. При отсутствии модуляции яркости (U2 = 0) на экране ЭЛТ будет наблюдаться полуокружность (рис. 3.8, а).
Рис. 3.8
При модуляции яркости напряжением U2 и сдвиге фаз Dj = 0 между напряжениями U1 и U2 на экране ЭЛТ будет видна дуга полуокружности (рис. 3.8, б). При положительном фазовом сдвиге видна левая часть полуокружности (рис. 3.8, в), а при отрицательном Dj - правая часть (рис. 3.8, г). При Dj = ±180° видна прямая линия (рис. 3.8, д). Затемненная часть изображения показана пунктирной линией.
Измерение фазового сдвига компенсационным методом
В этом методе фазовый сдвиг, вносимый регулируемым фазовращателем, выставляется равным измеряемому фазовому сдвигу между напряжениями U1 и U2. Измерительная схема приведена на рис. 3.9
Рис. 3.9
Фазовый сдвиг, вносимый измерительным фазовращателем, плавно изменяют до тех пор, пока индикатор равенства фаз не зафиксирует нулевой сдвиг фаз между напряжениями и U2. Искомый фазовый сдвиг между напряжениями U1 и U2 отсчитывают по шкале измерительного фазовращателя. В качестве индикатора равенства фаз используют осциллограф. Перед измерениями, как и в предыдущих случаях, следует скомпенсировать различие в фазовых сдвигах, вносимых каналами X и Y.