用示波器测相位

实验二：用示波器测量频率和相位

一、实验目的：

1、学会利用示波器测量频率和相位的方法；

2、比较几种测量相位的误差。

二、实验原理：

在示波器测试技术中，通常是根据周期来推算频率的。相位的测量实际是相位差的测量，因为信号Um sin（ωt十Ф）的相位（ωt十Ф）是随时间变化的，测量绝对的相位值是无意义的。因此，具有实际意义的相位测量是指两个同频率的弦信号之间的相位差的测量。

利用示波器线性扫描下的多波形显示是测量相位差最直观、最简便的方法。相位量的原理是把一个完整的信号周期定为3600，然后将两个信号在X轴上的时间差换成角度值。

李沙育图形法测相位是利用示波器X和Y通道分别输入被测信号和一个已知信号，调节已知信号的频率使屏幕上出现稳定的图形，这些图形称为李沙育图形，根据已知信号的频率（或相位）便可求得被测信号的频率（或相位）李沙育图形法既可测量频率又可测量相位。

三、实验设备：

1、函数信号发生器，型号YB1638，指标：0.2Hz-2MHz，数量1台；

2、双踪示波器，型号YB4360，指标：DC--60MHz，数量1台。

四、实验预习要求：

1、复习好《电子测量》中示波测量技术的有关章节。

2、参照仪器使用说明书，了解函数信号发生器、双踪示波器的各旋钮、开关的作用。

五、实验步骤

1．用双踪示波法测量相位

将欲测量的两个信号A和B分别接到示波器的两个输入通道，示波器设置为双踪显示方式，调节有关旋钮，使荧光屏上显示两条大小适中的稳定波形，先利用荧光屏上的坐标测出信号的一个周期在水平方向上所占的长度，然后再测量两波形上对应点（如过零点、峰值点等）之间的水平距离，则两信号的相位差为：

ΔФ=(x/x T)×3600

式电X为两波形上对应点之间的水平距离；X T为被测信号的一个周期在水平方向上所占的距离。为减小测量误差，还可取波形前后测量的平均值，用这种方法测相位差时应该注意，只能用其中一个信号去触发另一路信号，最好选择其中幅度较大的那一个，而不要用多个信号分别去触发，以便提供一个统一的参考点进行比较。

尽管可以采用一些措施减小误差，但由于光迹的聚焦不可能非常细，读数时又有一定误差，使用双踪示波法测量相位差的准确度是不高的，尤其是相位差较小时误差更大。

2．用李沙育图形法测量频率或相位

（1）测量频率：

李沙育图形法测量频率时，示波器工作于X—Y方式下，频率已知的信号与频率未知的信号加到示波器的X、Y两个输人端，调节已知信号的频率，使荧光屏上得到李沙育图形，由此可测出被测信号的频率。

示波器工作于X—Y方式时，X和Y两信号对电子束的使用时间总是相等的，而且X

和Y信号分别确定的是电子束水平、垂直方向的位移，所以信号频率越高，波形经过垂直线和水平线的次数越多（如正弦波每个周期经过两），即垂直线、水平线与李沙育图形的交点数分别与X和Y信号频率成正比。因此，李沙育图形存在关系：

F Y/F X=N H/N V

式中，N H和Nv分别为水平线、垂直线与李沙育图形的交点数；F Y和F X分别为示波器Y和X信号的频率。下表列出了常用的几种不同频率、不同相位的李沙育图形。

事实上，垂直线（或水平线）与李沙育图形的切点数N’v（或N’H）也与X（或Y）信号频率成正比，即：

F Y/F X=N H/N V=N’H /N’v

李沙育图形法适合测量频率比在1：10－10：1之间的信号，否则波形显示复杂，难以确定交点数或切点数，给调整和测量带来困难。

（2）测量相位差：

在低频相位差的测量中，常采用李沙育图形法（也称为椭圆法）。这种方法是要把比较相位差的两个同频率、同幅度的正弦信号分别送入示波器的Y通道和X通道，使示波器工作在X—Y显示方式，这时示波器的屏幕上会显示出一个椭圆波形，即李沙育图形。最后由椭圆上的坐标可求得两信号的相位差为

ΔФ=arc sin(Y0/Ym) 或ΔФ=arc sin(X0/Xm)

式中，ΔФ为两信号的相位差；X。、Y。为椭圆与X轴、Y轴截距的一半；Xm、Ym 为荧光屏上光点在X轴、Y轴方向上的最大偏转距离的一半。

由上式可以看出，X。、Y。、Xm、Ym都是在一个轴上测量的，因而与示波器的垂直或水平灵敏度没有关系。

虽然李沙育图形法测量过程比双踪示波法复杂，但其测量结果比双踪示波器要准确。

六、思考题：

1．利用示波器测量李沙育图形时，如何减小其相位测量误差？

2．试述利用李沙育测量频率的原理。

3．试述本次实验中，相位的两种测量方法的特点及异同。