Исследование фазового сдвига методом эллипса
Исследуемые напряжения, как и в предыдущем случае, подаются на входы осциллографа. Но вместо временной развертки сигналов (режим Y/T) активизируется режим B/A или A/B (рис 2.1).
 |  |
 |
Рис 2.1. Схема включения и осциллограмма
Для 90(градусов) и для 270(градусов)
Для 135(градусов) и для 225(градусов)
Для 315(градусов) и 45(градусов)
При одинаковой амплитуде сигналов на экране отображается эллипс с осями А - малая и В – большая ось. Фазовый сдвиг связан с размерами эллипса соотношением
tg φ/2=A/B или φ=2arctg(A/B)
Для разных фазовых сдвигов сохранить в отчете осциллограммы, а результаты измерений записать в таблицу.
| Фазовый сдвиг генераторов φ (град) | +45 | +90 | +135 | -45 | -90 | -135 |
| А (мм) | ||||||
| В (мм) | ||||||
| φ измеренное (град) |
Метод эллипса не позволяет однозначно определить фазовый сдвиг в диапазоне (0…360)0. Это видно из осциллограмм на рис 2.2.
Рис 2.2. Осциллограммы для разных фазовых сдвигов.
Неоднозначность измерения имеет место для фазовых сдвигов:
0<φ<900 и 270<φ<3600;
90<φ<1800 и 180<φ<2700;
φ=900 и φ=2700
Погрешность измерения фазового сдвига методом эллипса зависит от точности измерения длин осей, размера осциллограммы, точности фокусировки луча на экране и обычно составляет ±(2…5)0.
Цифровой фазометр
Цифровой способ измерения фазового сдвига включает две основные операции:
¾ Преобразование фазового сдвига в интервал времени;
¾ Измерение интервала времени методом дискретного счета.
3.1. Преобразование фазового сдвига в интервал времени
Выполняется компаратором с гистерезисом - триггером Шмита U1 и U2. Этот элемент находится в корзине EWB Logic Gates под названием Schmitt Triggered Invertor.
Статья Help приведена ниже.
Schmitt Trigger
This component is basically a comparator with hysteresis. The internal comparator voltages are changed each time the output changes state (high to low or low to high).
See also:
Hysteresis Block (Controls parts bin)
The Schmitt trigger outputs:
0 if the voltage is rising and Vin > Vtg+
1 if the voltage is falling and Vin < Vtg-
where
Vtg+ = 1.6 V (Vih)
Vtg- = 0.9 V (Vil)
Applications may be found in pulse and digital communications systems where noisy digital signals are frequently encountered and are required to be "cleaned up" into reliable digital signals without ambiguity.
In the example shown below, the Schmitt trigger is processing a noisy triangle waveform into a clean logic level pulse. The "noisy" waveform is produced by a 1.4v peak to peak sine wave superimposed on a clean triangular waveform representing the original signal before noise degradation.
When the input rises with less than 1,6V, the output is high. After the input crosses (becomes greater than) the 1.6V level for the first time, output changes to low and no further changes in output occur until the input crosses the 0.9V threshold in the negative direction. At this point, the output changes to high and the process repeats.
Non inverting Schmidtt triggers are also available from semiconductor manufacturers.
Рис 3.1. Схема включения и осциллограмма формирователя с использованием триггера Шмита
Триггер Шмита незаменим, когда надо формировать цифровой сигнал из аналогового в условиях помех. Обычный компаратор в таких случаях формирует дребезг на фронтах цифрового сигнала.
Для снижения влияния помех аналоговый сигнал следует усилить до максимальной амплитуды ±10 В, которую может обеспечить операционный усилитель (ОУ) AR1 и AR2.
Коэффициент усиления инвертирующего усилителя, изображенного на рис 3.2 зависит только от резисторов в цепи отрицательной обратной связи R2, R3 в одном канале и R4 R5 в другом.
Ku=-R2/R1
Знак минус означает, что фаза сигнала на выходе сдвинута на 1800 по сравнению с входным (отсюда и название инвертирующий усилитель на ОУ).
Для контроля формы сигнала используется осциллограф, а для амплитудно-частотной характеристики усилителя (АЧХ) - Bode Plotter.
Из библиотеки ОУ (например Motorolla) выбрать подходящий тип ОУ.
 1. Схема 2. Осциллограммы 3. АЧХ |   |
Рис 3.2. Схема предварительного усилителя
Убедиться, что сигнал на выходе около 10 В, форма сигнала при усилении не искажается, остается синусоидальной. Полоса пропускания измеряется по АЧХ (верхняя граничная частота fв, частота, при которой Ku уменьшается на 3 дб). Fв должна быть больше чем измеряемая частота.
Измерить:
Uвых max=
Ku=
fв =
Рис 3.3. Исследуемая схема преобразователя гармонических сигналов во временные интервалы.
 |  |
Рис 3.4. Осциллограммы сигналов на выходе ОУ и после триггеров Шмита
Результат измерений занести в таблицу.
| Фазовый сдвиг генераторов φ (град) | +45 | +90 | +135 | -45 | -90 | -135 |
| Δt (мс) | ||||||
| Т0(мс) | ||||||
| φ измеренное (град) |