Измерение характеристик сигналов и цепей

Измерение параметров гармонического сигнала с помощью электронного осциллографа

Параметры гармонического сигнала можно определить экспериментально с помощью электронного осциллографа. На рис. 4.1 показан пример наблюдаемой на экране осциллограммы, на которой отображается временная диаграмма наблюдаемого сигнала и задана координатная сетка.

Шаг сетки по вертикали равен 1 В на деление, а амплитуда составляет 2,7 деления, следовательно, ее величина равна U=2,7 В. По горизонтали на оси времени шаг сетки 1 мс на одно деление, период сигнала равен 3,1 деления, то есть T=3,1 мс. При измеренном периоде нетрудно определить циклическую частоту сигнала.

Гц и круговую частоту.

рад/с.

При определении амплитуды необходимо устанавливать нулевой уровень напряжения. Удобнее измерять расстояние по вертикали между максимальным и минимальным значениями сигнала, которое называют размахом. Для гармонического сигнала размах равен удвоенной амплитуде.

Начальная фаза сигнала может быть определена только при условии задания начала отсчета времени — точки. Однако это начало отсчета условно (может быть задано в любой момент времени), поэтому осциллографическое измерение начальной фазы гармонического сигнала практически не имеет смысла.

Совершенно иная ситуация возникает при измерении сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами с одинаковой частотой. При этом на экране осциллографа должны наблюдаться две временных диаграммы измеряемых гармонических напряжений, как показано на рис. 4.2. Взаимное смещение сигналов на экране осциллографа не зависит от начала отсчета времени. Это позволяет экспериментально определить фазовый сдвиг одного сигнала относительно другого, который выбран в качестве опорного.

Если необходимо определить сдвиг фаз напряжения относительно выбранного в качестве опорного напряжения, то по временной диаграмме рис. 4.2 получим, что смещение во времени сигнала равно деления или мкс (знак минус означает, что сигнал смещен относительно опорного влево, то есть раньше во времени).

Сдвиг фаз между рассматриваемыми сигналами равен.

. (4.1).

Период гармонических колебаний на рис. 4.2 равен 6,28 мкс, а круговая частота соответственно.

рад/с, тогда из (4.1) получим, что сдвиг фаз рад. Как видно, напряжение (меньшее по амплитуде) опережает по фазе опорное напряжение на 1 рад или 57⁰.

Если в качестве опорного напряжения выбрать, то временной сдвиг от него второго сигнала будет равен мкс, а сдвиг фаз рад или -57⁰. Это означает, что напряжение отстает по фазе от на 1 рад.

Временной сдвиг напряжения относительно на рис. 4.2 можно оценивать и так, как показано на рис. 4.3, при этом деления или 5,28 мкс. При этом новое значение оказывается больше полученного ранее на величину периода, а сдвиг фаз равен.

Рис. 4.3.

рад. (4.2).

В результате оказывается, что напряжение отстает по фазе от опорного сигнала на угол 5,28 рад, что эквивалентно полученному ранее результату, так как отличается от него на величину. Для обеспечения однозначности фазового сдвига его величину обычно выбирают в интервале от до или .