Измерение фазового сдвига осуществляется при работе осциллографа в режиме <DUAL> в диапазоне частот 2-3 кГц
Управлением синхронизацией по одному из каналов добиться устойчивого изображения входного U1 и выходного U2 напряжений на экране (рис. 1). (Предварительно требуется совместить следы обоих лучей в одну линию при положениях переключателей AC-GND-DC в позиции GND.)
Дискретным переключателем TIME/DIV коэффициента развёртки установить такое значение kP, при котором в пределах экрана по оси Х укладывалось от 1 до 1,5 периодов сигнала (рис. 1, сигнал U1).
Рис. 1. Период сигнала
Измерить фазовый сдвиг с помощью двухканального осциллографа можно двумя способами.
Простое применение любого из них возможно при пренебрежении влиянием входных цепей осциллографа на исследуемую цепь. Для предлагаемых объектов (кроме №3), до частот в 10 кГц, это допустимо.
Первый способ основан на сравнении изображений самих сигналов.
Фазовый сдвиг (в градусах) определяется отношением:
jх= 360×t/T,
где t = ± kP1 × Lt - значение временного запаздывания напряжения U2по отношению к U1 (указанное направление запаздывания соответствует знаку “минус”, обратное – знаку “плюс”), с;
kP1 – коэффициент развертки, установленный при измерении t;
Lt - размер изображения задержки, в дел.;
Т = kP2 × LТ - значение периода, с;
kP2 – коэффициент развёртки, установленный при измерении Т;
LТ – размер изображения периода, дел.
Относительная погрешность результата определяется по формуле
dj =dt+dТ,
где dt, dТ – относительные погрешности измерения t и Т.
Если измерения t и Т производились при kP1 = kP2, то при расчете оценок dt, dТ следует исключить значения dКр1 и dКр2, а фазовый сдвиг определять по выражению:
jх = 360 × Lt / LT.
Окончательно, предельное значение абсолютной погрешности измерения (погрешностью из-за различия фазочастотных характеристик каналов осциллографа пренебрегаем):
Dj = j × dj / 100,
Результат измерения:
jх =j ± Dj.
Второй способ измерения фазового сдвига основан на применении фигуры Лиссажу, для чего надо перевести переключатель коэффициента развёртки TIME/DIV в положение X-Y. Выбором значений коэффициентов отклонений и регулировкой уровня выходного сигнала генератора получить изображение сходное с рис. 2.
Рис. 2. Определение значений коэффициентов отклонений
Желаемый размер ординаты А можно установить при нейтральном положении переключателя AC-GND-DC канала CH1.
Фазовый сдвиг равен
j = arcsin (B / A),
где В – расстояние между пересечениями эллипса с ординатой. (Если эллипс на экране подобен зеркальному отражению эллипса, изображённого на рис. 2, то к расчётному значению фазового сдвига надо прибавить 90о, предварительно убедившись, что режим инверсии сигнала по каналу СН2 не включён (кнопка INV отжата.) Отрезки ординат А и В определяются с абсолютными погрешностями DА=DВ=0,5b. Тогда диапазон, в котором находится истинное значение, ограничен нижней jН и верхней jВ границами:
, ,
где Dj1, Dj2 – погрешности определения фазового сдвига, в общем случае неравные из-за нелинейности функции arcsin(x).
Получаем Dj1= j - jН, Dj2= jВ- j.
Результат измерений:
.
При малых погрешностях Dj1 = Dj2 можно принять Dj = max[Dj1, Dj2]; при отношении необходимо принять Dj2 = Dj1.
Знак фазового сдвига jх этим способом определить невозможно,определить его можно первым способом или на основе теоретического анализа цепи.
Метод сравнения с применением фигур Лиссажу чувствителен к форме сигнала, если эллипс или прямая линия (один из вариантов эллипса) плохо узнаваемы, то это говорит о сильном отличии формы сигнала генератора от синусоидальной.
Описание прибора
Для измерения частоты и периода гармонического сигнала с помощью частотомера установите на генераторе стенда (ГНЧ) периодический сигнал синусоидальной формы частотой 90-100 Гц при нижнем положении индикатора переключателя пределов. Контроль настройки генератора производится по встроенному в стенд частотомеру при нажатии на контрольную кнопку генератора.
Измерение частоты и периода сигнала с помощью универсального частотомера AHP-1001 производится после задания времени счёта 0,1с. Не меняя частоту генератора, повторите измерения, задавая время счёта 1с и 10с.
Для осциллографа включить режим непрерывной синхронизации AUTO по каналу CH1. Переключатель AC-GND-DC(«закрытый вход – открытый вход») установить в среднее положение и, переместив управлением POSITION («смещение Y») горизонтальный след луча в середину экрана, установить переключатель в положение AC («закрытый вход»). Дискретно меняя коэффициент отклонения VOLTS/DIV установить размер видимого изображения сигнала по оси Y в пределах экрана. Регулировкой LEVEL («уровень») синхронизации добиться устойчивого изображения на экране.