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普源示波器測量相位差的方法

發(fā)布日期:2025-07-09 11:20:37         瀏覽數(shù):   

信號相位差的基本概念

相位差是指兩個同頻率交流信號在波形上的時間偏移或角度偏移,通常有兩種表達方式:

時間相位差(△t):即兩個波形的特征點(如峰值、零點、邊沿)之間的時間間隔。

角度相位差(?):通過時間差與周期的比值換算得到,計算公式為 ? = (△t / T) × 360°,其中 T 為信號周期。

示波器測量相位差的原理正是基于這兩個公式,先獲取時間差,再結(jié)合周期計算角度差,從而精準反映兩路信號的相位關系。

測量前的注意事項

信號頻率一致性

相位差的測量前提是兩個信號必須具有相同頻率。若頻率不同,不同周期下的相位差會不斷變化,測量結(jié)果毫無意義。因此,測量前需確認兩路信號的頻率參數(shù)一致。

波形質(zhì)量保障

確保信號波形清晰穩(wěn)定,避免因噪聲干擾導致特征點模糊??赏ㄟ^適當調(diào)整示波器的觸發(fā)方式、帶寬限制或增益,減少波形中的毛刺和失真,為準確識別參考點奠定基礎。

參考點統(tǒng)一標準

必須選擇明確且統(tǒng)一的參考點(如上升沿、下降沿、零交點等)。常見參考點包括:

上升沿:信號從低電平升至高電平的過零點

下降沿:信號從高電平降至低電平的過零點

峰值點:信號波形的最高點或最低點

參考點選擇不一致會直接導致測量誤差,例如用通道一的上升沿與通道二的下降沿對比,會得到錯誤的相位差結(jié)果。

示波器操作步驟

基礎測量流程

信號接入與顯示:將兩路信號分別接入示波器的兩個通道(如 CH1 和 CH2),調(diào)節(jié)垂直檔位和水平時基,使兩路波形完整、清晰地顯示在屏幕上,且波形不重疊、無切割。

開啟相位測量功能:進入示波器的 “測量” 菜單,在 “時間測量” 或 “相位測量” 子菜單中,選擇兩路信號的相位差測量選項。示波器通常提供 8 種測量模式,涵蓋上升沿與上升沿、上升沿與下降沿等不同組合的延時與相位差測量。

統(tǒng)一參考點設置:以 RIGOL DHO4804 示波器為例,其相位測量默認以 50% 中值(信號幅值的中點)作為參考點。若需修改參考點(如改為 10% 或 90%),必須對兩路信號同時調(diào)整,否則會引入顯著誤差。例如,將通道一的中值改為 60% 而通道二保持 50% 時,原本相差 90° 的正弦波會被誤測為 76.9°,誤差高達 14.5%。 

普源示波器測量相位差的方法(圖1)

普源示波器測量相位差的方法(圖2)

關鍵參數(shù)影響驗證

實驗表明,信號幅度不會影響相位差測量結(jié)果。例如,通道一為 5Vpp、1V 偏移的正弦波,通道二為 2Vpp 的正弦波,只要頻率和參考點一致,測量結(jié)果仍能準確反映預設的 90° 相位差。這說明相位關系僅由信號的頻率和時間偏移決定,與幅值無關。

 

普源示波器測量相位差的方法(圖3)

李薩如圖形測量法

除直接測量外,還可通過示波器的 XY 模式繪制李薩如圖形,間接反映兩路信號的相位和頻率關系。

頻率相同的情況

當兩路信號頻率相等時,李薩如圖形的形狀由相位差決定:

相位差為 0° 時,圖形為一條傾斜的直線

普源示波器測量相位差的方法(圖4)

相位差為 90° 時,圖形接近標準圓形

普源示波器測量相位差的方法(圖5)

相位差為 180° 時,圖形為一條反向傾斜的直線

普源示波器測量相位差的方法(圖6)


頻率不同的情況

若兩路信號頻率存在整數(shù)比關系(如 2:3),李薩如圖形會呈現(xiàn)特定的閉合曲線,通過曲線的交點數(shù)量可推算頻率比值。例如,頻率比為 2:3 的信號,其李薩如圖形的水平方向交點數(shù)與垂直方向交點數(shù)之比為 3:2。

這種方法不僅能輔助判斷相位差,還能快速驗證信號頻率的關聯(lián)性,是相位測量中不可或缺的補充手段。

普源示波器測量相位差的方法(圖7)

總結(jié)

使用示波器測量相位差時,需嚴格遵循 “頻率一致、參考統(tǒng)一、波形清晰” 的原則,通過直接測量功能或李薩如圖形法獲取結(jié)果。實際操作中,應根據(jù)信號特征選擇合適的參考點,并注意設備參數(shù)的同步設置,以確保測量精度。無論是電力系統(tǒng)中的相位校驗,還是電子電路中的信號同步分析,掌握這些方法都能有效提升相位差測量的準確性和效率。

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