相位差的数字测量

　　测量相位差的方法很多，主要有：用示波器测量；与标准移相器比较（零示法）；把相位差转换为电压来测量；把相位差转换为时间间隔来测量等。

　　1．相位-电压转换法

　　相位-电压转换式数字相位计的原理框图如图1（a）所示。其各点波形如图1（b）所示。u₁和u₂为频率相同、相位差的两个被测正弦信号，经限幅放大和脉冲整形后变成两个方波，再经微分得到两个对应被测信号负向过零瞬问的尖脉冲，鉴相器为非饱和型高速双稳态电路，被这两组负脉冲所触发，输出周期为T，宽度为T_x的方波，若方波幅度为U_g，则用低通滤波器将方波中的基波和谐波分量全部滤除后，此方波的平均值即直流分量为

　　　　　　（1）

　　式中，T为被测信号的周期，t由两信号的相位差吼决定，即

（a）原理

（b）转换波形

图1　相位-电压转换式数字相位计原理

　　　　　　（2）

　　将式（2）代入式（1）得相位差

　　　　　（3）

　　2．相位-时间转换法

　　将上述相位-电压转换法中鉴相器的时间间隔T_x用计数法对它进行测量，便构成相位－时间转换式相位计，如图2所示。它与时间间隔的计数测量原理基本相同，若时标脉冲周期为T_C，则在T_x时间内的计数值为

　　（4）

（a）原理

（b）转换波形

图2　相位－时间转换式相位计原理图

　　如果采用十进制计数器计数，而且时标脉冲周期T_C与被测信号周期T满足以下关系式

　　　　（4）

　　式中，n为正整数。

　　代入式（3）可得

　　　　　（5）

　　相对量化误差为

　　　　　　（6）

　　由式（4）可知，时标脉冲频率与被测信号频率f_x的关系为

　　（7）

　　由上式可见，由于时标频率不允许太高，所以计数式相位计只能用于测量低频率信号的相位差，而且要求测量精度越高（即n越大），能测量的频率f_x越低。此外，由上式还可见，当被测信号频率f_x改变时，时标脉冲频率也必须按式（7）相应改变。这些是计数式相位计的缺点。