如何利用双踪示波器测量两个电压信号的相位差?如何判别波形的超前与滞后?

利用双踪示波器测量两个电压信号的相位差,并判别波形的超前与滞后,可以通过以下步骤实现:

1. 连接探头

所需设备

  • 双踪示波器
  • 两个探头(通常为10X衰减探头)

连接探头到待测信号

  • Probe 1:将第一个探头的接地夹子连接到电路板的接地点,探针连接到第一个信号的测试点。
  • Probe 2:将第二个探头的接地夹子连接到相同的接地点,探针连接到第二个信号的测试点。

2. 启用和配置通道

启用通道

  • 启用CH1:按下"CH1"按钮以激活第一个通道。
  • 启用CH2:按下"CH2"按钮以激活第二个通道。

调整耦合模式

  • CH1耦合模式:设置为DC耦合(或AC耦合,视需求而定)。
  • CH2耦合模式:设置为DC耦合(或AC耦合,视需求而定)。

垂直灵敏度(Volts/Div)调整

  • 调整CH1:根据第一个信号的幅度调整CH1的垂直灵敏度。例如,如果信号是2Vpp,可以设置为500mV/Div。
  • 调整CH2:根据第二个信号的幅度调整CH2的垂直灵敏度,使其与第一个信号相匹配或适应第二个信号的幅度。

垂直偏移调整

  • CH1垂直偏移:调整CH1的垂直偏移,使其信号在屏幕上居中。
  • CH2垂直偏移:调整CH2的垂直偏移,使其信号也在屏幕上居中或稍微上下分开,以防止重叠。

3. 配置时间基准(Time/Div)

时间基准调整

  • 根据信号频率调整时间基准。例如,对于1kHz的信号,可以设置为200µs/Div。确保两个信号的周期均能清晰地显示在屏幕上。

4. 配置触发设置

触发源选择

  • 选择触发源:通常选择CH1作为触发源。如果需要,也可以选择CH2或者外部触发源(EXT TRIG)。

触发模式

  • 触发模式:选择边沿触发(Edge Trigger),一般选择上升沿(Rising Edge)。

触发电平

  • 触发电平:将触发电平设置在信号的中间电平位置。例如,如果信号是2Vpp,将触发电平设置为1V。

5. 测量相位差

使用光标工具

  • 打开光标工具:在示波器的菜单中找到并启用光标工具。
  • 选择时间光标:通常有两对光标,一对用于时间测量,另一对用于电压测量。选择时间光标。
  • 设置光标位置
    • 将第一对光标分别放在第一个信号的上升沿或下降沿的某一点(例如零交叉点)。
    • 将第二对光标分别放在第二个信号的相应点上。

记录时间差

  • 示波器会自动显示光标之间的时间差Δt。这就是两个信号在时域上的相位差。

计算相位差

  • 使用公式计算相位差θ(以度为单位): [ θ = Delta t/T*360°] 其中,T是信号的周期。

6. 判别波形的超前与滞后

  • 观察时间差Δt
    • 如果CH1信号的上升沿(或零交叉点)出现在CH2信号之前,则CH1超前于CH2。
    • 如果CH1信号的上升沿(或零交叉点)出现在CH2信号之后,则CH1滞后于CH2。

示例操作步骤

假设你要测量两个1kHz、2Vpp的正弦信号的相位差,并判别波形的超前与滞后:

1. 连接信号

将通道1连接到第一个信号,通道2连接到第二个信号,这里用信号发生器模拟两个正弦信号,通过BNC线进行连接。

图为普源精电DG5352信号发生器

2. 启用和配置通道

  1. 启用通道
    • 按下"CH1"按键以启用第一个通道。
    • 按下"CH2"按键以启用第二个通道。
  2. 调整耦合模式
    • CH1设置为DC耦合。
    • CH2设置为DC耦合。
  3. 调整垂直灵敏度
    • CH1设置为500mV/Div。
    • CH2设置为500mV/Div。
  4. 调整垂直偏移
    • 调整CH1和CH2的垂直偏移,使信号在屏幕上不重叠。

3. 配置时间基准

  1. 时间基准:设置为200µs/Div。

4. 配置触发设置

  1. 触发源:选择CH1。
  2. 触发模式:上升沿触发。
  3. 触发电平:设置为1V。

最终得到如下图所示稳定显示在屏幕上的波形

图为普源精电DHO4804数字示波器

5. 测量相位差

  1. 使用光标工具
    • 打开光标工具。
    • 选择时间光标。
    • 设置光标位置:
      • 第一对光标放在CH1的上升沿零交叉点。
      • 第二对光标放在CH2的相应点。

图为普源精电DHO4804数字示波器

  1. 记录时间差
    • 显示Δt42µs。
  2. 计算相位差
    • 周期( T = 1/f = 1/1000Hz = 1ms )。
    • 相位差 (θ = Delta t/T*360° = 42/1000* 360° = 15.12° )。

6. 判别波形的超前与滞后

  • 如果CH1的上升沿零交叉点出现在CH2之前,则CH1超前于CH2;反之则CH1滞后于CH2。由显示的波形可以判断,CH1信号超前于CH2。

总结

通过以上步骤,你可以使用双踪示波器准确测量两个电压信号的相位差,并判别波形的超前与滞后:

  1. 连接探头:将两个信号连接到示波器。
  2. 启用和配置通道:确保正确的耦合模式、垂直灵敏度和垂直偏移设置。
  3. 调整时间基准:根据信号频率合理设置时间基准。
  4. 配置触发设置:选择合适的触发源、模式和电平。
  5. 测量相位差:使用光标工具测量时间差,并通过公式计算相位差。
  6. 判别超前与滞后:通过观察时间差Δt来判别信号的超前或滞后情况。

这些步骤能够帮助你高效、准确地测量和分析多通道信号,为各种电子工程和信号处理任务提供可靠支持。

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