正弦信号相位测量

实验一 元件特性的示波测量法一、实验目的1、学习用示波器测量正弦信号的相位差。

2、学习用示波器测量电压、电流、磁链、电荷等电路的基本变量3、掌握元件特性的示波测量法，加深对元件特性的理解。

二、实验任务1、 用直接测量法和李萨如图形法测量RC 移相器的相移ϕ∆即uC u sϕϕ-实验原理图如图5-6示。

2、 图5-3接线，测量下列电阻元件的电流、电压波形及相应的伏安特性曲线（电源频率在100Hz~1000Hz 内）： （1）线性电阻元件（阻值自选）（2）给定非线性电阻元件（测量电压范围由指导教师给定）电路如图5-7 3、按图5-4接线，测量电容元件的库伏特性曲线。

4、测量线性电感线圈的韦安特性曲线，电路如图5-55、测量非线性电感线圈的韦安特性曲线，电源通过电源变压器供给，电路如图5-8所示。

图 5-7 图 5-8这里，电源变压器的副边没有保护接地，示波器的公共点可以选图示接地点，以减少误差。

三、思考题1、元件的特性曲线在示波器荧光屏上是如何形成的，试以线性电阻为例加以说明。

答：利用示波器的X-Y方式，此时锯齿波信号被切断，X轴输入电阻的电流信号，经放大后加至水平偏转板。

Y轴输入电阻两端的电压信号经放大后加至垂直偏转板，荧屏上呈现的是u x,u Y的合成的图形。

即电流电压的伏安特性曲线。

3、为什么用示波器测量电路中电流要加取样电阻r，说明对r的阻值有何要求？答：因为示波器不识别电流信号，只识别电压信号。

所以要把电流信号转化为电压信号，而电阻上的电流、电压信号是同相的，只相差r倍。

r的阻值尽可能小，减少对电路的影响。

一般取1-9Ω。

四、实验结果1．电阻元件输入输出波形及伏安特性2．二极管元件输入输出波形及伏安特性实验二 基尔霍夫定律、叠加定理的验证 和线性有源一端口网络等效参数的测定一、实验目的1、加深对基尔霍夫定律、叠加定理和戴维南定理的内容和使用范围的理解。

2、学习线性有源一端口网络等效电路参数的测量方法3、学习自拟实验方案，合理设计电路和正确选用元件、设备、提高分析问题和解决问题的能力 二、实验原理 1、基尔霍夫定律：基尔霍夫定律是电路普遍适用的基本定律。

正弦波相位采样电路
正弦波相位采样电路是一种能够检测正弦波信号的相位信息的电路。

在采样过程中，通过将正弦波信号转换为相应的电平信号，并利用数字信号处理技术对采样数据进行处理，可以获得正弦波信号的相位信息。

下面是一个简单的正弦波相位采样电路的实现方案：
1.模拟-数字转换器（ADC）：将正弦波信号转换为数字信号，用于后续的数字信号处理。

2.采样保持电路（S/H）：用于在采样期间保持正弦波信号的幅度不变，以便于ADC进行准确的采样。

3.数字信号处理器（DSP）：用于对ADC输出的数字信号进行处理，包括滤波、频谱分析和相位检测等。

4.相位检测算法：用于从数字信号中提取相位信息。

可以采用多种算法，如互相关法、自相关法、基于FFT的算法等。

在具体实现时，需要根据实际情况选择合适的ADC、DSP和相位检测算法，并设计合适的采样保持电路，以保证采样的准确性和可靠性。

此外，还需要注意采样频率、采样点数等参数的选择，以满足实际应用的需求。

基于LabVIEW 的正弦信号频率与相位测量1. 前言信号频率与相位的测量具有重要的实际意义。

本文调研了频率与相位的多种测量算法，并借助LabVIEW 编程实现。

在此基础上，对各种算法进行了比较研究，且提出了行之有效的改进措施。

2. 采样定理与误差分析2.1 采样定理时域信号()f t 的频谱若只占据有限频率区间m m ωω（-,），则信号可以用等间隔的采样值唯一表示，而最低采样频率为m 2f 。

采样定理表明：信号最大变化速度决定了信号所包含的最高频率分量，要使采样信号能够不失真地反映原信号，必须满足在最高频率分量的一个周期内至少采样两个点。

2.2 误差分析对连续周期信号()a x t 进行采样得离散序列()d x n ，如果满足采样定理，则离散序列()d x n 的傅里叶级数()dg X k 是连续信号()a x t 的傅里叶级数1()ag X k ω的周期延拓，否则会出现两种形式的误差。

2.2.1 泄漏误差在连续信号()a x t 一个周期1T 内采样1N 个点，如果正好满足11s N T T =（s T 为采样间隔），则是完整周期采样，采样结果()d x n 仍为周期序列，周期为1N 。

基于()d x n 一个周期1N 个点计算离散傅里叶级数()dg X k ，由()dg X k 可以准确得到连续信号()a x t 的傅里叶级数1()ag X k ω。

如果在连续信号()a x t 的M 个周期时间内采样整数1N 个点，即11s N T MT =，也是完整周期采样。

在此情况下，采样结果()d x n 仍为周期序列，周期为1N ，但()d x n 的一个周期对应于()a x t 的M 个周期，由离散序列()d x n 仍然可以准确得到连续信号()a x t 的频谱。

如果以上两种情况都不满足，则为不完整周期抽样，()d x n 也不再是周期序列。

如果取()d x n 近似周期的1N 个点计算傅立叶级数，则产生误差，此误差称为泄漏误差。

同频正弦信号间相位差测量的设计[导读]介绍了以单片机为核心，通过倍频电路实现的两同频正弦信号相位差测量的设计，并对该系统的硬、软件作了比较详尽的阐述。

关键词：信号介绍了以单片机为核心，通过倍频电路实现的两同频正弦信号相位差测量的设计，并对该系统的硬、软件作了比较详尽的阐述。

关键词：单片机，倍频电路，相位差1 引言本设计目的在于测量出任意两相同频率正弦信号之间的相位差，并将测量结果以数字形式显示出来。

具体实现方法为：先通过比较电路将两路同频信号分别转换为相应的脉冲信号，然后将其中的一路信号通过反相器取反后与另一路信号相与，得到一等脉宽的脉冲波形，此脉冲波形的脉宽t，即表示两信号的相位差。

将原信号对应的任意一路脉冲信号（周期为T）倍频后，作为单片机计数器的计数脉冲，并对相位差脉冲记数，得记数值为W。

设倍频电路的倍频系数为A，则记数脉冲周期为T／A，可得到两信号相位差角计算公式如下：其中N＝360／A，N为常数，是相位测量系统的最小精确度。

经过单片机系统编程即可实现此简单运算式，并将运算结果Q送LED显示。

原理框图如图1所示。

2 系统硬件电路原理分析与设计整个系统硬件电路由比较整形电路、倍频电路、单片机AT89C51及显示电路组成。

2．1 比较整形电路电路采用电压比较器LM339。

LM339内有4个电压比较器，取其中的两个比较器即可。

两路信号分别接两个比较器同相输入端，将反相输入端接地，即构成过零比较电路。

两比较器输出即转换为脉冲信号。

将其中一路脉冲通过反相器CC4069取反后与另一路信号通过与门CC4081相与，可得一等脉宽的脉冲信号，此脉宽即记载着两输入信号之间的相位差，我们称之为相位差脉宽。

转换过程见图2。

2．2 倍频电路由相位差计算公式可知，倍频系数A越大，测量精度就越高，测量越准确。

本电路采用A＝720的倍频电路，因此相位测量精度为N＝360／720＝0．5°，可以满足实际需要。

倍频电路由锁相环集成电路CC4046和双BCD（Binary－Coded DecimalNotation）同步加法计数器CC4518组成。

在电路测试实验中，相位差测量（简称相位测量）的应用很广泛。

例如测量各种滤波器移相器和放大器等双口网络的频率特性时，就需要对它们的输入信号与输出信号之间的相位差进行测量，也就是测量不同频率的正弦信号在通过双口网络时所产生的相位移。

用示波器来进行相位差的测量，能测量的最小相角可达5-10度。

双踪示波器测量相位差时，可采用直接显示波形的方法。

设有两个频率的正弦信号电压
U1=Vm1sin（ωt+φ1）
U2 =Vm2sin（ωt+φ2）
它们之间的相位差为Δφ=（ωt+φ1）-（ωt+φ2）=φ1-φ2 上式中φ1为电压U1的初相，φ2为电压U2的初相，由上式可知，两个同频率的正弦电压的相位差与时间无关。

将这两个被测的正弦信号分别输入到双踪示波器的CHA和CHB两通道内，如图C 所示，此时示波器X轴的线性锯齿波电压同时对两个被测信号进行扫描，调节两条扫描线（即时基线）使之重合，于是在示波器的荧光屏上就可以同时显示出两个信号的波形，如图 D所示。

根据荧光屏上显示的U1和U2两个信号的波形，量出它们的一个周期在示波器时间基线上所占的格数（所对应的相位为360度）和两个波形相位点在时间基线上间距的格数m，从而求得相位差
Δφ=（n/m）*360度
为了读数和计算方便，测量时可以适当调节示波器面板上的相关旋钮，使荧光屏上显示的信号的一个周期恰好为X轴上坐标刻度的九格（或八格），这样X轴上的刻度值每格就代表360度/9=40度（360度/8=45度）。