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示波器電壓的測(cè)量-比較測(cè)量法
閱讀:2956 發(fā)布時(shí)間:2021-9-28比較測(cè)量法就是用一已知的標(biāo)準(zhǔn)電壓波形與被測(cè)電壓波形進(jìn)行比較求得被測(cè)電壓值。
將被測(cè)電壓Vx輸入示波器的Y軸通道,調(diào)節(jié)Y軸靈敏度選擇開關(guān)“V/div"及其微調(diào)旋鈕,使熒光屏顯示出便于測(cè)量的高度Hx并做好記錄,且“V/div"開關(guān)及微調(diào)旋鈕位置保持不變。去掉被測(cè)電壓,把一個(gè)已知的可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電壓Vs輸入Y軸,調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電壓的輸出幅度,使它顯示與被測(cè)電壓相同的幅度。此時(shí),標(biāo)準(zhǔn)電壓的輸出幅度等于被測(cè)電壓的幅度。比較法測(cè)量電壓可避免垂直系統(tǒng)引起和誤差,因而提高了測(cè)量精度。
時(shí)間的測(cè)量
示波器時(shí)基能產(chǎn)生與時(shí)間呈線性關(guān)系的掃描線,因而可以用熒光屏的水平刻度來(lái)測(cè)量波形的時(shí)間參數(shù),如周期性信號(hào)的重復(fù)周期、脈沖信號(hào)的寬度、時(shí)間間隔、上升時(shí)間(前沿)和下降時(shí)間(后沿)、兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間差等等。
將示波器的掃速開關(guān)“t/div"的“微調(diào)"裝置轉(zhuǎn)至校準(zhǔn)位置時(shí),顯示的波形在水平方向刻度所代表的時(shí)間可按“t/div"開關(guān)的指示值直讀計(jì)算,從而較準(zhǔn)確地求出被測(cè)信號(hào)的時(shí)間參數(shù)。
相位的測(cè)量
利用示波器測(cè)量?jī)蓚€(gè)正弦電壓之間的相位差具有實(shí)用意義,用計(jì)數(shù)器可以測(cè)量頻率和時(shí)間,但不能直接測(cè)量正弦電壓之間的相位關(guān)系。利用示波器測(cè)量相位的方法很多,下面,僅介紹幾種常用的簡(jiǎn)單方法。
1.雙蹤法
雙蹤法是用雙蹤示波器在熒光屏上直接比較兩個(gè)被測(cè)電壓的波形來(lái)測(cè)量其相位關(guān)系。測(cè)量時(shí),將相位超前的信號(hào)接入YB通道,另一個(gè)信號(hào)接入YA通道。選用YB觸發(fā)。調(diào)節(jié)“t/div"開關(guān),使被測(cè)波形的一個(gè)周期在水平標(biāo)尺上準(zhǔn)確地占滿8div,這樣,一個(gè)周期的相角360°被8等分,每1div相當(dāng)于45°。讀出超前波與滯后波在水平軸的差距T,按下式計(jì)算相位差φ:
φ=45°/div×T(div)
如T==1.5div ,則φ=45°/div×1.5div=67.5°
2.李薩如圖形法測(cè)相位
將示波器的X軸選擇置于X軸輸入位置,將信號(hào)u1接入示波器的Y軸輸入端,信號(hào)u2接入示波器的X軸輸入端。適當(dāng)調(diào)節(jié)示波器面板上相關(guān)旋鈕,使熒光屏上顯現(xiàn)一個(gè)大小適宜的橢圓(在特殊情況下,可能是一個(gè)正圓或一根斜線)。
形成橢圓的原理如圖5-13所示。
由圖可見,設(shè)Y軸偏轉(zhuǎn)板上的信號(hào)u1導(dǎo)前于X軸偏轉(zhuǎn)板上的信號(hào)u21/8周期,設(shè)u2的初相為零,即φ2=0,因此當(dāng)u2為零時(shí),u1為一個(gè)較大的值。如圖中的“0"點(diǎn)。此時(shí),熒光屏上的光點(diǎn)也相應(yīng)地位于“0"點(diǎn)。隨著時(shí)間的變化,u1上升,u2也上升,則熒光屏上的光點(diǎn)向右上方移動(dòng)。當(dāng)經(jīng)1/8周期后,u1、u2分別到達(dá)“1"點(diǎn),此時(shí)u1到達(dá)最大值,u2為一個(gè)較大的值,熒光屏上的光點(diǎn)位于相應(yīng)的“1"。如此繼續(xù)下去,熒光屏上的光點(diǎn)將描出一個(gè)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的橢圓。如果u1滯后于u2則形成一個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的橢圓。當(dāng)然,這只有在信號(hào)頻率很低時(shí)(如幾赫茲),且在短余輝的熒光屏上便會(huì)清楚地看到熒光屏上的光點(diǎn)順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。由上述可見橢圓的形狀是隨兩個(gè)正弦信號(hào)電壓u1、u2相位差的不同而不同。因此可以根據(jù)橢圓的形狀確定兩個(gè)正弦信號(hào)之間的相位差Δφ。在圖5-13中設(shè)A是橢圓與Y軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo),B是橢圓上各點(diǎn)坐標(biāo)的最大值。由圖可見,A是對(duì)應(yīng)于t=0時(shí)u1的瞬時(shí)電壓,即
A=Um1sinφ1
B是對(duì)應(yīng)于u1的幅值,即
B=Um1
于是A/B=(Um1sinφ1)/ Um1= sinφ1
來(lái)表示。在實(shí)際測(cè)試中為讀數(shù)方便,常讀取2A,2B(或2C,2D),按式
Δφ=arc sin(2A/2B)或Δφ=arc sin(2C/2D)
來(lái)計(jì)算相位差。
圖5-14所示的各種圖形分別表示正弦信號(hào)電壓在不同相位差時(shí)的情況。不難看出,如果橢圓的主軸在第1和第3象限內(nèi),則相位差在0°~90°或270°~360°之間;如果主軸在第2和第4象限內(nèi),相位差在90°~180°或180°~270°之間。
圖5-14 不同相位差時(shí)的圖形
頻率的測(cè)量
用示波器測(cè)量信號(hào)頻率的方法很多,下面介紹常用的兩種基本方法。
1.周期法
對(duì)于任何周期信號(hào),可用前述的時(shí)間間隔的測(cè)量方法,先測(cè)定其每個(gè)周期的時(shí)間T,再用下式求出頻率f :f=1/T
例如示波器上顯示的被測(cè)波形,一周期為8div,“t/div"開關(guān)置“1μs"位置,其“微調(diào)"置“校準(zhǔn)"位置。則其周期和頻率計(jì)算如下:
T=1us/div×8div = 8us
f= 1/8us =125kHz
所以,被測(cè)波形的頻率為125kHz。
2.李薩如圖形法測(cè)頻率
將示波器置X-Y工作方式,被測(cè)信號(hào)輸入Y軸,標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)輸入“X外接",慢慢改變標(biāo)準(zhǔn)頻率,使這兩個(gè)信號(hào)頻率成整數(shù)倍時(shí),例如fx :
fy=1:2,則在熒光屏上會(huì)形成穩(wěn)定的李沙育圖形。
李薩如圖的形狀不但與兩個(gè)偏轉(zhuǎn)電壓的相位有關(guān),而且與兩個(gè)偏轉(zhuǎn)電壓的頻率也有關(guān)。用描跡法可以畫出ux與uy的各種頻率比、不同相位差時(shí)的李沙育圖形,幾種不同頻率比的李薩如圖形如圖5-15所示。
利用李薩如圖形與頻率的關(guān)系,可進(jìn)行準(zhǔn)確的頻率比較來(lái)測(cè)定被測(cè)信號(hào)的頻率。其方法是分別通過(guò)李薩如圖形引水平線和垂直線,所引的水平線垂直線不要通過(guò)圖形的交叉點(diǎn)或與其相切。若水平線與圖形的交點(diǎn)數(shù)為m,垂直線與圖形的交點(diǎn)數(shù)n,則
fy / fx=m / n
當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)頻率fx(或fy)為已知時(shí),由上式可以求出被測(cè)信號(hào)頻率fy(或fx)。顯然,在實(shí)際測(cè)試工作中,用李沙育圖形進(jìn)行頻率測(cè)試時(shí),為了使測(cè)試簡(jiǎn)便正確,在條件許可的情況下,通常盡可能調(diào)節(jié)已知頻率信號(hào)的頻率,使熒光屏上顯示的圖形為圓或橢圓。這時(shí)被測(cè)信號(hào)頻率等于已知信號(hào)頻率。
圖5-16常用頻率比的李沙育圖形
由于加到示波器上的兩個(gè)電壓相位不同,熒光屏上圖形會(huì)有不同的形狀,但這對(duì)確定未知頻率并無(wú)影響。
李薩如圖法測(cè)量頻率是相當(dāng)準(zhǔn)確的,但操作較費(fèi)時(shí)。同時(shí),它只適用于測(cè)量頻率較低的信號(hào)。