Міністерство освіти і науки України Національний технічний університет України
«Київський Політехнічний інститут» Радіотехнічний факультет
Кафедра теоретичних основ радіотехніки
РЕФЕРАТ
з дисципліни «Основи радіовимірювання»
на тему «Вимірювання фазового зсуву. Тригерні методи вимірювання фазового зсуву»
| | Виконавець: ст.Зозуля Р.В. гр. РС-91 | | | | | |
Викладач:
Захарченко О.С.
Київ – 2022
Зміст
Вимірювання фазового зсуву.…………………………….3
Осцилографічний метод…………………………………..4
Метод з перетворенням КФЗ на струм чи напругу……...5
Тригерні методи вимірювання фазового зсуву …………6
Список використаної літератури ………………………...10
Вимірювання фазового зсуву
Фаза поряд з частотою та амплітудою є основним параметром коливального процесу. Фаза – аргумент гармонічної функції x=Xmcos(ωt+φ), де Xm, ω – відповідно амплітуда і кругова частота гармонічного коливання; (ωt+φ) – фаза коливання. Фаза коливання складається з двох складових – змінної ωt і постійної φ. Частіше доводиться вимірювати не власне фазу, а кут фазового зсуву (КФЗ) між двома коливними процесами x1 і x2 однієї і тієї ж частоти: x1=Xm1cos(ωt+φ1); x2=Xm2cos(ωt+φ2). В цьому випадку КФЗ дорівнює різниці постійних складових фаз двох коливань φ= φ1– φ2 і не залежить від початку відліку часу.
Сигнали з кратними частотами описуються зведеним значенням КФЗ. В залежності від того, до якої частоти зведено коливання, КФЗ визначають за однією з двох формул:
; 
. При спотвореній формі сигналів під φ розуміють КФЗ між їх першими гармоніками.
Зазвичай КФЗ виражається у радіанах або градусах, а зсув часу – в секундах
Розглянемо найрозповсюдженіші серед методів прямого перетворення для вимірювання КФЗ :
Осцилографічний метод
методи з перетворенням КФЗ на струм чи напругу
методи з перетворенням КФЗ на число імпульсів (тригерний метод)
Осцилографічний метод
При використання способу лінійної розгортки досліджувані сигнали подаються або на вхід двох вібраторів (коли використовується світловий осцилограф), або ж на два входи двохпроменевого осцилографа. Горизонтальна лінійна розгортка створюється механічним шляхом для світлопроменевого осцилографа або за рахунок подачі лінійної напруги на горизонтальні пластини електронного осцилографа. Отримані зображення двох коливних процесів (рис. 1.1, а) використовують для визначення КФЗ (в градусах):
, 
Рисунок 1.1 - Вимірювання КФЗ методами лінійної та синусоїдної розгорток.
де а – відтинок між точками переходу кривих через нуль; b – відтинок, пропорційний до періоду коливань.Інший різновид осцилографічного методу – це використання фігур Ліссажу, при якому використовується спосіб синусоїдної розгортки (рис. 1.1, б). Перед вимірюванням добиваються симетрії вертикальної і горизонтальної розгорток осцилографа. Потім один із сигналів подають на вхід підсилювача вертикальної розгортки, а другий – на вхід підсилювача горизонтальної розгортки. При однакових частотах вхідних сигналів на екрані спостерігатиметься еліпс, кут нахилу якого залежатиме від КФЗ:
, де с, D – проекції еліпса на осі координат; d, e – відтинки між точками перетину еліпсом осей координат. Знак КФЗ визначають по напрямку обертання променя осцилографа: при φ>0 промінь обертатиметься за годинниковою стрілкою, при φ<0 – проти
Методи з перетворенням КФЗ на струм чи напругу
Перетворення КФЗ на струм ілюструється на прикладі ключових схем фазочутливих випрямлячів – ФЧВ (рис. 4.2, а). Один з сигналів х1 подається на вхід 1–1, другим сигналом х2, що його зазвичай називають опорним (ще комутуючим, керуючим), змінюється за допомогою ключа S провідність вимірювального кола від G0 до 0 (рис. 4.2, б). Залежність вихідного сигналу від часу показано на рис. 4.2, в. При застосуванні згладжувального фільтра постійна
Рисунок 1.2 - Вимірювання КФЗ шляхом перетворення на напругу чи струм.
Складова вихідного сигналу І0 буде рівною:
І0=CX1m G0 cos φ,
де С – постійний коефіцієнт; X1m – амплітуда сигналу х1. Як бачимо, струмовий вихідний сигнал пропорційний до амплітуди вхідного сигналу х1, косинусу КФЗ і не залежить від амплітуди опорного сигналу. Тому за опорний сигнал використовують менш стабільний з двох вхідних сигналів за амплітудою сигнал з попереднім підсиленням і обмеженням. Амплідуду іншого вхідного сигналу X1m слід підтримувати постійною. Чутливість ФЧВ
залежить від КФЗ; вона максиальна при φ=90˚ і наближається до нуля при φ=0 і φ=180˚, тому такий ФЧВ зазвичай використовують в діапазоні 30˚<φ<150˚.
Основними джерелами похибок фазомірів з ключовими ФЧВ є зміна параметрів кола під впливом дестабілізуючих факторів, непостійність амплітуди вхідного сигналу, похибка відлікового пристрою, похибка градуювання і відхилення нуля.
Методи з перетворенням КФЗ на число імпульсів (тригерний метод)
Ці методи грунтуються на перетворення КФЗ в інтервал часу і заповненні отриманого інтервалу часу імпульсами відомої частоти. Фазометри, побудовані на цьому методі, містять перетворювач КФЗ на інтервал часу (ПФЧ) і автоматичний пристрій перерахунку числа імпульсів в значення КФЗ.
ПФЧ ділять на тригерні і перетворювачі з перекриттям. Обидва типи можуть бути виконані як по однопівперіодній, так і по двохпівперіодній схемах.
В найпростішому однопівперіодному пристрої (рис. 1.3)
Рисунок 1.3 - Однопівперіодний тригерний ПФЧ.
досліджувані напруги u1 і u2 подаються на входи формувачів Ф1 та Ф2, які при переході напруги від від’ємної до дотатньої формують імпульси u’1 і u’2, що надходять на вхід тригера Т. На вході тригера отримуємо імпульс, тривалість котрого пропорційна до КФЗ:
, де Т – період вхідного сигналу. Недоліком однопівперіодних тригерних перетворювачів є залежність показів прилада від наявності постійної складової вхідного сигналу, наявності парних гармонік та ін.
Рисунок 1.4 - Найпростіший фазометр з перетворенням КФЗ на код.
Найпростіший фазометр з перетворенням КФЗ в код за один період досліджуваної напруги (рис. 1.4) складається з перетворювача ПФЧ, схеми співпадіння СС, генератора квантуючих імпульсів Г та лічильника Ліч. КФЗ між напругами u1 і u2 перетворюється на сигнал ш3 тривалістю tφ, який надходить на схему СС. На виході схеми співпадіння отримуємо імпульси, число N котрих пропорційне до tφ, тобто КФЗ:
N=tφ/T0,
де Т0 – період квантуючих імпульсів. Пам’ятаючи, що
, цей вираз можемо переписати у вигляді:
. При номінальному значенні КФЗ φном=360˚ число імпульсів Nном, підраховане лічильником, визначається виразом
Nном=Т/Т0.
При φном=360˚ максимальна похибкка від квантування буде рівною
. Нижня робоча частота фазометра необмежена, а верхня обумовлюється похибкою квантування:
. (4.11)Тут f0 – частота квантуючих імпульсів. При f0=100 МГц і δ0=0,05˚ значення fmax=14 кГц.
Фазометри даного типу мають найвищу швидкодію
Список використаної літератури
http://ni.biz.ua/12/12_9/12_91248_izmerenie-fazovogo-sdviga.html
https://library.kre.dp.ua/Books/2-4%20kurs/Електрорадіовимірювання/Вимірювання%20в%20системах%20зв’язку.%20Кн.%201.%20Загальні%20електрорадіовимірювання%20_%20посібник..pdf
https://www.researchgate.net/publication/338703328_OSCILOGRAFICNIJ_METOD_VIMIRUVANNA_FAZOVOGO_ZSUVU_NA_BAZI_DVONAPIVPERIODNOGO_PERETVORENNA
https://uk.wikipedia.org/wiki/Зсув_фаз