如何使用示波器测量两个频率相同的正弦信号的相位差
2024-06-27 · 专注电子测量仪器领域前沿技术开发与突破
普源精电RIGOL示波器
如何使用示波器测量两个频率相同的正弦信号的相位差
使用示波器测量两个频率相同的正弦信号的相位差可以通过以下步骤实现：
1. 准备工作
所需设备
· 数字示波器
· 两个探头（通常为10X衰减探头）
2. 连接探头与配置通道
1. 连接探头
· 将第一个探头（Probe 1）的接地夹子连接到电路板的接地点，并将探针连接到第一个正弦信号的测试点。
· 将第二个探头（Probe 2）的接地夹子连接到相同的接地点，并将探针连接到第二个正弦信号的测试点。
2. 配置通道
· 将探头分别连接到示波器的CH1和CH2通道。
· 耦合模式：将两个通道都设置为DC耦合，以便获取完整的信号成分。
· 垂直灵敏度（Volts/Div）：根据信号幅度调节两个通道的垂直灵敏度，使信号清晰显示在屏幕上。
· 垂直偏移：调整垂直偏移，使两个信号在屏幕上居中显示。
3. 配置时间基准与触发
1. 配置时间基准
· 时间基准（Time/Div）：根据信号频率调整时间基准。例如，对于1 kHz的信号，可以设置为200µs/Div。
2. 设置触发
· 触发源：选择CH1作为触发源。
· 触发模式：选择边沿触发（Edge Trigger），通常选择上升沿（Rising Edge）。
· 触发电平：将触发电平设置在CH1信号的中间电平位置，比如如果信号是2 Vpp，将触发电平设置为1V。
4. 测量相位差
1. 观察波形
· 启动示波器并观察屏幕上的两条波形，确认它们是否稳定且清晰显示。
· 确保两个信号的周期完全一致，因为它们具有相同的频率。
2. 使用光标测量
· 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。
3. 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。
4. 计算相位差
· 使用公式计算相位差θ（以度为单位）： [ \theta = \frac{\Delta t}{T} \times 360^\circ ] 其中，T是信号的周期。
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：
1. 连接探头与配置通道
1. 连接探头：
· 将Probe 1连接到第一个信号，接地夹子接地。
· 将Probe 2连接到第二个信号，接地夹子接地。
2. 配置通道：
· CH1和CH2设置为DC耦合。
· 垂直灵敏度设置为500mV/Div。
· 垂直偏移调整使信号居中。
2. 配置时间基准与触发
1. 时间基准：设置为200µs/Div。
2. 触发设置：
· 触发源：CH1
· 触发模式：上升沿
· 触发电平：1V
3. 测量相位差
1. 观察波形：启动示波器并确认两条波形稳定且清晰显示。
2. 使用光标测量：
· 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。
3. 记录时间差：
· 假设光标之间的时间差Δt为100µs。
4. 计算相位差：
· 周期( T = \frac{1}{f} = \frac{1}{1000\text{Hz}} = 1 \text{ms} )。
· 相位差 ( \theta = \frac{\Delta t}{T} \times 360^\circ = \frac{100\mu s}{1ms} \times 360^\circ = 36^\circ )。
这里我们用上述操作步骤对信号的相位差进行测量计算：
1、 首先用信号发生器两个通道分别输出两个1KHz的正弦信号，设置好水平时基使我们能清楚看到两个信号的完整周期，触发信源为默认的通道1。
2、 打开光标，将AX、BX两条线分别对应到两个通道的零交越点上，此时可以看到右侧光标测量数据的ΔX值126us。
图为普源精电DHO4804数字示波器
根据前面提到的公式，相位=ΔX/T*360°，可以得到结果为126us/1000us*360°=45.36°。
当然，示波器上也有自动测量功能，能够帮我们直接得到相位差，可以看到示波器上显示的结果为45.969°，这和我们的计算结果是一致的。
总结
通过以上步骤，你可以使用示波器准确测量两个频率相同的正弦信号之间的相位差：
1. 连接探头与配置通道：确保两个信号正确连接到示波器。
2. 配置时间基准与触发：设置合理的时间基准和触发参数。
3. 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。
这种方法非常适用于信号分析和电子电路设计中的相位测量。
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将信号A输入示波器CH1。将触发源选为CH1。按“自动测试”键（Autoset），则A信号会在屏幕上下居中稳定显示。将信号B输入示波器CH2，由于A,B信号是相关的，所以两个信号都能稳定显示。
调整CH2的幅度和位移，使其幅度与A信号相当，并且在屏幕上下居中。使用“光标”功能，移动X1光标至A信号与屏幕中心横线的上升交点处。使用“光标”功能，移动X2光标至B信号与屏幕中心横线的上升交点处。
扩展资料：
模拟示波器采用的是模拟电路（示波管，其基础是电子枪）电子枪向屏幕发射电子,发射的电子经聚焦形成电子束,并打到屏幕上。屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就会发出光来。
数字示波器则是数据采集，A/D转换，软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。数字示波器的工作方式是通过模拟转换器（ADC）把被测电压转换为数字信息。
数字示波器捕获的是波形的一系列样值，并对样值进行存储，存储限度是判断累计的样值是否能描绘出波形为止，随后，数字示波器重构波形。数字示波器可以分为数字存储示波器（DSO），数字荧光示波器（DPO）和采样示波器。
参考资料来源：百度百科-示波器
