7-3. ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД

Измерение фазового сдвига осциллографическим методом можно реализовать способами линейной, синусоидальной и круговой разверток. Ограничимся рассмотрением первых двух способов, как наиболее распространенных.

Способ линейной развертки осуществляется так. В каналы вертикального отклонения двухлучевого или двухканального осциллографа подают напряжения генератор развертки осциллографа включен. Полезно уравнять амплитуды обоих напряжений. Осциллограмма будет иметь вид, представленный на рис. 7-9. Фазовый сдвиг вычисляют по формуле подставляя измеренные длины отрезков , соответствующие

Рис. 7-9. Осциллограмма при линейной развертке

Способ синусоидальной развертки осуществляется с помощью однолучевого осциллографа. В канал вертикального отклонения подается напряжение а в канал горизонтального — генератор развертки выключен. На экране осциллографа появляется осциллограмма в виде эллипса (рис. 7-10), уравнение которого согласно формуле имеет вид

где максимальные отклонения по вертикали и горизонтали соответственно.

Положив получим вертикальный отрезок положив , получим горизонтальный отрезок Отсюда: Перед измерением удобно уравнять максимальные отклонения по вертикали и по горизонтали тогда Для вычисления фазового сдвига измеряют по осциллограмме отсекаемые на координатных осях отрезки или и сторону прямоугольника или в который вписан эллипс:

Способ синусоидальной развертки не позволяет определить фазовый сдвиг однозначно. Когда оси эллипса совпадают с осями координат, фазовый сдвиг равен 90 или 270°. Если большая ось эллипса располагается в первом и третьем квадрантах, то фазовый сдвиг или если во втором и четвертом, то или Для устранения неоднозначности нужно ввести дополнительный сдвиг 90°, и по изменению вида осциллограммы легко определить действительный фазовый сдвиг. Например, получили равный 30 или 330°. Ввели дополнительно Если осциллограмма осталась в прежних квадрантах, то если переместилась во второй и четвертый, то

Осциллографический метод не требует никаких дополнительных приборов и прост по идее. Однако он является косвенным, требует линейных измерений и вычислений, что приводит к значительным погрешностям. Общая погрешность складывается из случайных погрешностей — измерения длин отрезков, совмещения следа луча с линиями масштабной сетки и конечного значения диаметра светового пятна на экране осциллографа, и систематических — инструментальной и методической. Инструментальная погрешность возникает за счет наличия собственных фазовых сдвигов в каналах осциллографа. Методическая погрешность связана с наличием гармоник в исследуемых напряжениях.

Рис. 7-10. Осциллограмма при синусоидальной развертке

Погрешность измерения отрезков I можно уменьшить тщательной фокусировкой луча при малой яркости и применением осциллографа с электронно-лучевой трубкой, в которой масштабная сетка нанесена на внутреннюю поверхность экрана. Фазовый сдвиг в каналах осциллографа легко обнаружить, подав одно и то же напряжение на оба входа осциллографа. При отсутствии фазового сдвига на экране появится прямая линия. Если появляется эллипс, то нужно измерить значение фазового сдвига по формуле и внести в результат измерения соответствующую поправку. Если поправку точно определить не удается, то погрешность можно исключить методом компенсации. Для этого нужно выполнить два измерения: первое — как обычно, а второе — подав исследуемые напряжения на противоположные входы осциллографа. В результате первого измерения получим где неизвестный фазовый сдвиг в каналах осциллографа. В результате второго получим Из разности находим искомый фазовый сдвиг