Лабораторная работа по теме «измерение фазовых сдвигов электрических сигналов с помощью осциллографов»

1. Цели занятия

1. Изучить конструкцию, принцип действия и основные технические характеристики универсальных осциллографов.

2. Приобрести практические навыки работы с универсальными осциллографами.

2. Пояснения к занятию

2.1 Краткие теоретические сведения

Фазовым сдвигом двух гармонических сигналов одинаковой частоты

u₁ =U₁ и u₂ =U₂ называется модуль разности их начальных фаз Δ = |φ₁ – φ₂|.

Для измерения фазового сдвига используют способ линейной развертки и способ синусоидальной развертки. Кроме того, известен компенсационный метод измерения фазового сдвига.

2.1.1 Измерение фазового сдвига способом линейной развертки

Для измерения фазового сдвига между двумя гармоническими сигналами способом линейной развертки используются двухканальные или двухлучевые осциллографы. Указанные выше сигналы u₁ и u₂ подаются в каналы вертикального отклонения осциллографа. Генератор развертки при этом включен. Амплитуды обоих сигналов выравнивают, изменяя коэффициенты усиления каналов вертикального и горизонтального отклонения. Осциллограмма на экране осциллографа будет иметь вид, как показано на рис 1.

u₁

u₂

Рис. 1.

Как видно из рис.1, от фазового сдвига Δφ зависит сдвиг сигналов во времени Δt. Измерив сдвиг осциллограмм во времени, зная частоту исследуемого сигнала , определяют фазовый сдвиг по формуле

Δφ = ω Δt = , (1)

где Т = 2π/ω – период исследуемых колебаний.

2.2.2 Измерение фазового сдвига способом синусоидальной развертки

Способ синусоидальной развертки может быть осуществлен с помощью однолучевого осциллографа. В канал вертикального отклонения подается напряжение u_y = U_y sin (ωt + φ), а в канал горизонтального – u_x = U_x sin ωt. Генератор развертки выключен. На экране осциллографа появляется осциллограмма в виде эллипса (рис. 2), уравнение которого имеет вид

y = , (2)

где В и А – максимальные отклонения по вертикали и горизонтали .

Из формулы (2) видно, что если положить x = 0, то получим вертикальный отрезок y₀ = B sin , а положив х = 0, получим горизонтальный отрезок х₀ = А sin φ. Отсюда: sin φ = ± y₀/B = ± x₀/A.

На практике для вычисления фазового сдвига измеряют отрезки 2x₀ или 2y₀ и 2А или 2В, соответственно и по формуле

φ =± arcsin 2х₀ /2А =± arcsin 2y₀/2B (3)

Рис. 2.

2 Задание на лабораторную работу:

2.1. Измерить фазовый сдвиг между двумя гармоническими сигналами с помощью осциллографа с1-83 методом линейной развертки

Собрать схему, как показано на рис. 1.

Рис. 1. Схема измерения фазовых сдвигов

Выбрать режим работы осциллографа таким, при котором на экране ЭЛТ наблюдаются два сигнала, а их переключение осуществляется в конце каждого прямого хода развертки. Установить режим синхронизации «ВНУТР. І». Подать на входы Y каждого из каналов осциллографа сигналы от низкочастотных генераторов Г3-36А и Г3-118 в соответствии с данными таблицы 1. Установить переключатели входов каналов в одинаковое положение. Установить амплитуду изображения на экране ЭЛТ 6-7 делений. Добиться устойчивого изображения. Установить по одному периоду исследуемых сигналов по горизонтали. Расположить кривые по центру экрана. Измерить период опорного сигнала в делениях шкалы. Измерить разность по горизонтали между соответствующими точками сигнала в делениях шкалы. Вычислить фазовый сдвиг по формуле

Δφ = * 360⁰

Выполнить указанные мероприятия для каждого значения сигналов, как указано в таблице 1, полученные результаты занести в таблицу 1. Сделать выводы по проделанной работе.

Таблица 1

	Установленные значения по шкалам генераторов НЧ
Г3-118	Амплитуда, В	3	3	4
	Частота, Гц	10000	20000	30000
Г3-36А	Амплитуда, В	3	3	4
	Частота, Гц	10000	20000	30000
	Δφ , 0	28,8	22,5	33,75

Вывод:

Изучил конструкцию, принцип действия и основные технические характеристики универсальных осциллографов, а также приобрёл практические навыки работы с ними. Измерил фазовый сдвиг между двумя гармоническими сигналами с помощью осциллографа С1-83 методом линейной развёртки.