Фаза-Мощность стр207-251 (1066265)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Глава 7 ИЗМЕРЕНИЕ ФАЗОВОГО СДВИГА

7.1. Общие сведения

Одним из основных параметров электрических колебаний, определяющих состояние колебательного процесса в любой за­данный момент времени, является фаза. Наряду с фазой одного колебания интерес представляет соотношение фаз двух колеба­ний. Необходимость в измерениях этих параметров возникает при исследовании усилителей, фильтров, линейных цепей, гра­дуировке фазовращателей, снятии фазочастотных характеристик различных радиотехнических устройств и т.п.

Понятие «фаза» характеризует гармоническое (синусои­дальное) колебание в любой конкретный момент времени. Для гармонического колебания имеющего амплитуду , и круговую частоту , текущая (мгновенная) фаза в любой момент времени представляет собой весь аргу­мент функции ( где — начальная фаза.

Фазовым сдвигом Дф двух гармонических сигналов одина­ковой частоты и на­зывают модуль разности их начальных фаз
(7.1)

Общепринято величину называть разностью фаз двух сигналов. Если начальные фазы и сигналов остаются неиз­менными, то фазовый сдвиг не зависит от времени.

Для двух гармонических колебаний с разными круговыми частотами и начальными фазами и у которых нулевые значения амплитуд при переходе через ось абсцисс сдвинуты на интервал времени , разность фаз

Для негармонических колебаний понятие фазового сдвига заменяют понятием их сдвига во времени. В этом случае измеря­ют время задержки одного сигнала относительно другого.

В зависимости от конкретной измерительной задачи и диапа­зона частот, в котором производятся измерения, требования к точности измерения фазового сдвига могут быть разными — от достаточно грубых измерений (с погрешностью измерения 1 ...5°) до весьма точных (0,01°).

Рис. 7.1. Графики двух сигналов с одинаковыми периодами; а — гармонических; б — гармонического и негармонического

Измерение разности фаз колебаний с разными частотами редко представляет практический интерес. Поэтому обычно ре­шают задачу измерения разности фаз двух гармонических коле­баний с равными частотами. При этом фазовый сдвиг удобно представить в виде зависимости от сдвига сигналов во времени , соответствующего их идентичным фазам. В частности, для двух гармонических сигналов u , имеющих одинаковый период (рис. 7.1, а), фазовый сдвиг в радианах

(7.2)

Два сигнала с одинаковыми частотами называют синфазны­ми, находящимися в квадратуре и противофазными., если фазо­вый сдвиг между ними равен 0, и соответственно. Примени­тельно к периодическим гармоническому и негармоническому сигналам (рис. 7.1, б) и двум негармоническим сигналам с одинаковым периодом Т используют понятие об их сдвиге (задержке) во времени .

Измерение фазового сдвига осуществляют приборами, назы­ваемыми фазометрами, а в качестве мер сдвига применяют фазо­вращатели, т.е. линейные четырехполюсники, у которых выход­ной сигнал сдвинут по фазе относительно входного. Фазовраща­тели бывают регулируемыми и нерегулируемыми.

Для измерения фазового сдвига применяют различные мето­ды измерений: осциллографические, компенсационный, преобра­зования фазового сдвига во временной интервал, цифровой (дис­кретного счета), преобразования частоты. Приборы для измере­ний фазового сдвига, реализующие перечисленные способы (кроме осциллографических), представлены аналоговыми и циф­ровыми электронными фазометрами, обеспечивающими измере­ния в диапазоне от инфразвуковых до высоких частот.

7.2. Осциллографические методы измерения фазового сдвига

Для измерения фазового сдвига с помощью осциллографа применяют методы линейной, синусоидальной и круговой раз­верток, а также метод полуокружности и компенсационный метод.

Метод линейной развертки.

Рассматриваемый метод реализуют при наблюдении на эк­ране одновременно двух сигналов (см. рис. 7.1, а). Способ ли­нейной развертки состоит в подаче напряжений и в каналы вертикального отклонения двухлучевого или двухканального осциллографа (на входы и ) и последую­щем измерении интервалов и Т. Применяют и однолучевой осциллограф (рис. 7.2), если на его вход Y подавать иссле­дуемые сигналы поочередно через быстродействующий элек­тронный коммутатор. Электронный коммутатор периодически переключают с помощью импульсов типа «меандр», поступаю­щих с генератора и следующих с частотой F > 25...100 Гц. В том и другом вариантах горизонтальные развертки осциллог­рафов (Внутр. сипхр.) должны быть синхронизированы одним из исследуемых сигналов. Полезно перед измерением уравнять амплитуды обоих входных напряжений.

Измерив временные отрезки и Т (рис. 7.1), вычисляют фа­зовый сдвиг сигналов в радианах по формуле (7.2) или в градусах

(7.3)

При данном методе измерения погрешность измерения фазо­вого сдвига составляет ± 5...7° и вызвана нелинейностью раз­вертки, неточностью замера интервалов и Т, а также ошибками определения положения оси времени.

Метод синусоидальной развертки или метод эллипса

Данный метод можно реализовать с помощью однолучевого универсального осциллографа при подаче одного сигнала на вход Y, а второго —- на вход Х отклонения луча. При этом гене­ратор развертки осциллографа должен быть выключен. Пусть на входы X и Y осциллографа одновременно поданы исследуемые напряжения и , для которых фазовый сдвиг (далее в формулах для и аргумент t для упрощения записей везде опущен). Мгновенные отклонения электронного луча на экране по горизонтали и верти­кали равны (рис. 7.3):

(7.4)

(7.5)

где коэффициенты h_x, h_y — соответственно чувствительности осциллографа к отклонению электронного луча по горизонтали и вертикали; , амплитуды отклонения луча.

Электронный луч вычертит на экране осциллографа эллипс (см. рис. 7.3).

Пусть амплитуды от­клонений напряжений по входам X - Y. Это условие легко выполнить, подавая исследуемые напряжения поочередно на входы кана­лов вертикального и гори­зонтального отклонений осциллографа. Регулируя коэффициенты усиления каналов, добиваются равных отклонений луча. Если a = Ь, измеряемый фазовый сдвиг связан с размерами эллипса следующим выражением:

где А — малая, В — большая оси эллипса.

Таким образом, необходимо измерить малую А и большую В оси эллипса и вычислить фазовый сдвиг по формуле

(7.6)

Метод эллипса не позволяет однозначно определить фазо­вый сдвиг в диапазоне 0...360⁰. Неоднозначность измерения име­ет место для фазовых сдвигов:

и и и

,

Для получения правильного результата измерения , необ­ходимо подавать сигнал на вход Y осциллографа через фазов­ращатель, создающий дополнительный фазовый сдвиг на 90°. По изменению осциллограммы можно сделать вывод о значении .

Погрешность измерения фазового сдвига между синусои­дальными сигналами методом эллипса составляет + (2. ..5)°. Она зависит от точности измерения длин отрезков, входящих в вы­ражение (7.6), размера осциллограммы и точности фокусировки луча на экране осциллографа. Эти причины оказывают тем большее влияние, чем ближе значение измеряемого сдвиг фаза к нулю или к 90°. Возможна и систематическая погрешность измерения из-за наличия разного фазового сдвига, создаваемого уси­лителями каналов вертикального и горизонтального отклонения. Для ее устранения можно (перед началом измерений) один из исследуемых сигналов подать на вход 7 осциллографа непосредст­венно, а на вход X — через регулируемый фазовращатель. Изменяя настройку фазовращателя, надо добиться появления на экране ос­циллографа наклонной прямой линии, расположенной под углом 45°, Затем, сохраняя эту настройку, подают на вход фазовращате­ля второй сигнал и проводят измерение фазового сдвига.

Метод круговой развертки

Этот метод обеспечивает измерение фазового сдвига практи­чески в пределах от 0 до 360°. Сущность метода поясняют схемы и диаграммы, показанные на рис. 7.4. для случая измерения фазового сдвига между сигналами и

При измерениях генератор развертки осциллографа предва­рительно выключают и на входы Y и X подают сигнал и сигнал (рис. 7.4, а), задержанный относительно и₁ по фазе на 90° с помощью дополнительного фазовращателя ФВ. При одинаковом отклонении электронного луча по горизонтали и вертикали на эк­ране осциллографа будет наблюдаться осциллограмма, имеющая вид окружности (рис. 7.4, б).

Анализируемые напряжения и и₂ поступают также на вхо­ды идентичных формирователей Ф1 и Ф2, преобразующих сину­соидальные колебания в последовательность коротких однопо-лярных импульсов и и₅ (рис. 7.4. в). Передние фронты этих импульсов практически совпадают с моментом перехода синусо­ид через нулевое значение при их возрастании. Импульсные сиг­налы и и₅ объединяют с помощью логической схемы ИЛИ. Вы­ходной сигнал этой схемы в виде двухимггульсной последо­вательности и₆ подают на вход Z управления яркостью луча осциллографа. В результате на окружности в точках 1 и 2 появ­ляются отметки повышенной яркости (см. рис. 7.4, б).

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов учебной работы