所有的周期性信號都可以用幅度和相位來描述.我們在基本電路理論中都學(xué)到了這一點。你一定記得,當(dāng)信號通過一個網(wǎng)絡(luò)時,必須計算它的相位變化。幸運的是,你也可以用?示波器 使用幾種方法。

周期性電子波形的相位描述某一特定位置在某一時間點。 圖1 一些重要的相位點:最大幅值,最小幅值,正和負均為零.波形的相位是周期性的,波形的一個完整的周期被定義為有360或2的相位弧度。

圖1 周期正弦波上的顯著相位點是峰值和零交叉點。

什么是?相位差? 它是兩個相位點之間的相位差異,通常在兩個不同的波形上具有相同頻率。通常,你會對信號通過電路、電纜、連接器或電路板跟蹤前后的相位差感興趣。具有前導(dǎo)相位的波形具有比其伙伴上相同相位點更早發(fā)生的特定相位點。例如,當(dāng)一個信號通過一個電容器時,就是這樣的情況:輸出電流將使輸出電壓達到90度。相反,具有滯后相位的波形的相位點比其他成對波形的相位點出現(xiàn)得更晚。兩個信號如果是180度的不相,則被認為是對立的。在相位上不同的信號被稱為相位正交.

采用延遲時間測量的相位差

在示波器上,通過尋找兩種波形與其周期之間的時滯來測量相位差。你可以使用示波器的光標(biāo)完成這個任務(wù),如 圖2 相對光標(biāo)測量兩個10兆赫正弦波最大值之間的時間差。屏幕右下角的光標(biāo)時間讀取顯示10n的延遲。周期也可以用游標(biāo)測量。相位差可以用方程確定:

Φ = t D /t P × 360 = 10 ns/100 ns × 360o = 36o

地點: D 波形和T之間的延遲 P 是波形的周期。

圖2 利用示波器測量兩種波形上相同相位點之間的時滯

這項技術(shù)是模擬示波器測量的殘余。它的工作原理是數(shù)字示波器,但測量精度很大程度上取決于手動放置的光標(biāo)。

相位參數(shù)

通過提供基于源波形延遲和周期的直接相位測量來簡化相位測量。您可以為每個波形選擇測量閾值和斜率。相位測量與前一節(jié)采用的方法相同,即使用插值器來確保測量的相位點的精確位置。使用示波器的內(nèi)置測量功能的優(yōu)點是,它刪除了光標(biāo)作為錯誤源的位置。相位可以以度、弧度或周期百分比的單位讀取。 圖3 提供一個相位測量的例子.

圖3 用相位測量參數(shù):參數(shù)P1(左下)用統(tǒng)計顯示相位參數(shù)。

在屏幕圖像的左下角使用參數(shù)P1進行相位測量。這個示波器進行"所有實例"的測量,意味著在每次采集的屏幕上每一個周期都要測量相位。大量的相位測量支持測量統(tǒng)計數(shù)據(jù),如圖所示 圖3.測量統(tǒng)計顯示最新的測量、所有測量的平均值、遇到的最大值和最小值、標(biāo)準(zhǔn)偏差以及統(tǒng)計中包括的測量數(shù)量。關(guān)鍵的統(tǒng)計讀數(shù)是平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。平均值是所有測量結(jié)果的平均值.標(biāo)準(zhǔn)差是衡量測量中不確定性的一種手段.在本例中,平均值為36度。標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.747度。測量中的大部分不確定度是波形上垂直噪聲的函數(shù)。平均值通過平均測量值來減少噪音.降低示波器前端帶寬可以進一步降低噪聲。

動態(tài)相位測量

有時相位差并不是靜態(tài)的,你需要描述一個信號的相位變化--想想相位調(diào)制載波。這種類型的測量依賴于基于參數(shù)的定時測量的"所有實例"特征。測量了每一個周期的波形。此資料可使用?趨勢或跑道圖 .當(dāng)水平軸是測量事件時,趨勢圖將所有測量值以波形連接在一起。另一方面,這條軌道則將測量值作為時間的函數(shù).這與源波形保持同步性。因此,如果其中一個波形被相位調(diào)制,你就可以得到一個瞬間相位的周期圖。 圖4 .

上線,C1,在 圖4 是一個10兆赫載波,相位調(diào)制(PM)由100千赫正弦波。在沒有調(diào)制的情況下,跟蹤C2(頂部第二個)是10兆赫正弦。相位參數(shù)讀取兩個波形之間的相位差。測量的每一個周期的源波形的相位差被繪制在第三跟蹤從頂部(F1),作為相位參數(shù)的軌道,并顯示相差對時間。從本質(zhì)上說,這已經(jīng)對PM波形進行了解調(diào)。

注意,除了打開測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)之外,示波器還顯示了相位參數(shù)的一個標(biāo)志性直方圖。這幅圖展示了一個微型版的相值直方圖。用手指著這個按鈕,點擊就會在底部的軌跡中顯示出全方位的相位差直方圖。直方圖將幅度范圍分解為用戶設(shè)置的"箱數(shù)"。"每一個容器內(nèi)的測量值(垂直比例尺)的數(shù)目與測量值(水平比例尺)的比例是繪制的。鞍形直方圖是典型的正弦信號。軌跡圖中的步驟和直方圖中的間隙是在源波形的每個周期中固定值的相位差值的結(jié)果。

圖4 動態(tài)相位差測量利用參數(shù)軌跡函數(shù)(跟蹤F1),以顯示周期的周期變化,在相位差作為一個時間的函數(shù)。

相位參數(shù)讀數(shù)的最小值和最大值提供了整個調(diào)制周期的相位偏移范圍。

其他相位測量技術(shù)

相位參數(shù)在時域內(nèi)測量相位,并依賴于檢測用戶設(shè)定的電壓閾值之間的波形變換。附加的垂直噪聲,從波形源和示波器本身,限制了這種測量的精度。你可以通過限制示波器的帶寬來提高信噪比水平,這就使得測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差值更小,從而使讀數(shù)更精確。通過多次測量和使用相位的平均值或平均值而不是瞬態(tài)值,進一步提高了精度。

您也可以在頻率域上進行相位測量,方法是在信號頻率下計算輸入的一個點離散傅立葉變換(DFT),并讀取FFT的相位。這是一種用于選擇性測量參數(shù)窄帶相位的技術(shù)。 圖5 介紹了利用相位參數(shù)測量相位差的方法,同時也給出了NBH的測量結(jié)果.在所獲得的記錄中,在參數(shù)游標(biāo)器之間的第一個數(shù)據(jù)點上,在指定頻率讀取信號的相位。如果參數(shù)游標(biāo)處于默認位置,則讀取記錄中第一點的相位。由于我們對兩個信號之間的相位差感興趣,所以需要兩個NBH測量。在…里面 圖5,我們分別測量了C1和C2波形在參數(shù)P-2和P-3。參數(shù)數(shù)學(xué)可以讓你得到P4中的相位差。我們看到NBH差為36,000度,相位參數(shù)為35,993度。注意,NBH測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差明顯低于相位參數(shù)。這是因為在1000周期采集長度下,NBH測量具有較窄的測量帶寬(105千赫)。記住,NBH是一個可選的參數(shù),將增加示波器的成本。

圖5 通過比較相位參數(shù)間的相位差測量結(jié)果,可以看出NBPH法性能稍好。

經(jīng)典相位測量-李薩朱斯圖案

對于那些曾經(jīng)使用模擬示波器的浪漫主義者來說,你可能還記得用一個經(jīng)典的利薩朱斯圖案來測量相位差。它可以通過在示波器的x-Y顯示器上交叉繪制兩個波形來測量。 圖6 .在這個圖中,1(C1)通道上的波形提供水平位移或X位移。通道2(C2)提供垂直偏轉(zhuǎn)。李薩約斯圖案通過X-Y平面的形狀表示相位差。直線表示0或180的相位差,圓表示90的相位差。通過測量最大垂直偏轉(zhuǎn)和零水平偏轉(zhuǎn)時的垂直偏轉(zhuǎn)來確定這些值之間的相位差。在…里面 圖6 ,光標(biāo)標(biāo)記這兩個地點的X-Y圖。

圖6 使用一個經(jīng)典的李薩朱斯顯示器,你可以測量兩個正弦波之間的相位差。

在X和Y元件波形上也會出現(xiàn)并追蹤光標(biāo)。第二通道描述符框中的光標(biāo)讀取顯示計算相位差所需的值。

Φ 2 – Φ 1 = ± sin ?1 (y x=0 /y 最大值 ) 對于位于象限I的橢圓的頂部

Φ 2 – Φ 1 = ± [180-sin ?1 (y x=0 /y 最大值 ) 對于位于象限二的橢圓的頂部

通過檢測雙通道軌跡來確定相位差的標(biāo)志.

在我們的例子中,y 最大值 價值是150V,Y X=0 是89.1,橢圓的頂部是在齊:

Φ 2 – Φ 1 = ± sin ?1 (89.1/150) = ± sin ?1 (0.594) =36.44o

在現(xiàn)代數(shù)字示波器上仍然可以使用李薩朱斯圖案。 圖6 .這種方法的準(zhǔn)確性取決于游標(biāo)的位置,但它產(chǎn)生了合理的結(jié)果,更大的藝術(shù)華麗。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供多種測量階段的技術(shù)。在時域直接測量支持靜態(tài)和動態(tài)相的測量.基于頻域的nbf為靜態(tài)相位測量提供了更精確的結(jié)果,但需要可選的軟件。下一次需要進行相位測量時,請記住這些技術(shù)。