李沙育图测试法

郑州中健电气设备有限公司    Fan Series 第二篇李沙育图形法 X-Y 模式是模拟示波器常用的一种显示方式。这种方式是将时基关闭，而用另一个与产生垂直偏转的信号不同的信号来使电子束在水平方向偏转。也就是说用两个信号在 X-Y 方向同时作用于电子束而描绘出图形，以便观察这两个信号的关系，这种图形就是李沙育图形，所以这种方法也称作李沙育图形法。 这种方法最常见的用处是观察两信号间的相位关系。图 1 是当使用互成谐波频率关系的两个信号分别作 X 和 Y 偏转信号时产生的。如果     所使用的两个信号没有相关的频率关系，则不会获得稳定的图形显示。 对于使用具有固定频率关系的两个信号的情况来说，从显示的图形中还可以得出两个信号间的相位关系。图 2 给出了两个具有相同频率信号的相位关系中的一些特殊情况。         李沙育图形具体分析如下： 设vx=Vxmsin(ωt+θ)，vy=Vysinωt 把它们分别加至示波器的偏转板，得到李沙育图形。调节 X 和 Y 位移，使椭圆的中心与荧光屏坐标原点对正（这时椭圆与坐标的上、下和左、右截距分别相等）。观察图中加在 X 偏转板上的电压和李沙育图形的关系，可见 sinθ=x0/xm=2x0/2xm      θ=sin-12x0/2xm 其中，2x0为椭圆与横轴相截的距离，2xm为荧光屏上X方向的最大偏转距离可以证明，当vx滞后于vy的角度为θ时也可得到上面的结论。同时，由图 3 中加于Y偏转板上的电压和李沙育图形的关系，也可证明当X、Y偏转板上的电压相位差为θ时（不论超前还是滞后），存在关系 θ=sin-1  2y0/2ym 其中 2y0为椭圆与纵轴相截的距离，2ym为Y方向的最大偏转距离。     图 3 具体分析图     注意：李沙育图形法不能确定两个信号相位的超前与滞后关系。 X-Y 模式时，用适当的传感器把物理量变换成示波器能显示的信号，就可以显示二者的关系，如位移和压力之间等。该模式还可以用来进行元件测试，例如描绘二极管的特性曲线等。事实上，在任何涉及两个相关的物理量的场合都可以使用 X-Y 模式。 X-Y 模式还可以观察信号的失真情况。 爱好者系列示波表(器)具体操作如下： 1. 将探头上的衰减倍数与示波表(器)上显示的设置相同。     2. 将通道 1 和通道 2 接入待测信号 3. 若通道未被显示，则按下CH1和CH2键。 4. 按下AUTO(自动设置)键 5. 按V和mV键控制放大倍数，使两路信号显示的幅值大致相等。 6. 按下菜单键，进入设置菜单，按翻页键到时间格式设置栏，再按选项键选择 X-  Y 模式，示波表(器)将以李沙育图形模式显示输入 信号特征。 7. 按V和mV键、S和mS键使显示达到最佳效果。     如您在使用过程中有任何疑问，请与我们联系。 中健电气设备有限公司 技术部 0371-******** 相量法的测量 一、实验目的 1 熟悉正弦稳态分析中的相量的基本概念。 2 正确使用双踪示波器测量正弦信号的峰—峰值Up-p，频率f(T)和相位差φ,观察李沙育图形;学会使用晶体管毫伏表测量正弦信号有效值。 3 用RC、RL设计输出滞后(超前)输入的简单电路，并作实际测量。 二、实验原理 4 正弦交流电作用于任一线性定常电路，产生的响应仍是同频率的正弦量，因此，正弦量可以用相量来表示。 设一正弦电流： 5 用相量表示了正弦量，正弦交流稳态响应的计算可方便地运用相量进行复数运算，在直流电路中的基本定律、定理和计算方法完全适用于相量计算。 6 输出电压滞后输入电压的RC电路，如图7—1所示。 图7—1(RC滞后电路)            图7—2(RC超前电路) 输出电压   网络函数为： 式中， ，称为幅频特性，显然是低通。 ，称为相频特性，显然是输出滞后输入。 7 输出超前输入电压的RC电路如图7—2所示。 输出电压为： 网络函数为： 式中， ，称为幅频特性，显然是高通。 ，称为相频特性，显然输出超前输入。 三、实验步骤和内容 8 用示波器测量信号源带载输出Up-p=5V,f=1KHz的正弦波。 9 取上述正弦波作Ui，对图7—1要求R=159.2Ω，C=1uF时，观察RC滞后网络的输出电压和输入电压的波形和相位关系，画出滞后网络的波形图(定量)，读出相位差角，并画出李沙育图形;用晶体管毫伏表测量输入输出的有效值。 10 改变图7——1中R的参数，使R=318.4Ω，其它参数不变，观察输出电压和输入电压幅值和相位变化。定量画出两者的波形图，读出相位差角，并画出李沙育图形;用晶体管毫伏表测量输入输出的有效值。 11 对图7——1改变电源的频率使f=500Hz时，其它参数保持2中不变重复以上观察和作图； 用晶体管伏表测量输入输出的有效值。 12 用RC超前网络（图7—2）重复以上2、３、4实验。 ★6．设计RL超前和滞后网络重复以上实验。 (选做) 四、思考题 13 理论证明公式成立。 14 当电源的频率改变时，对阻抗有何影响，对相位差有何影响？ 15 据你所知，测量频率、振幅和相位差有哪些方法 16 两个不同频率的正弦量，能否测量其相位差？为什么？ 五、报告要求 17 输出电压的相量理论计算，并与实验测量数据进行比较，计算出振幅和相位的相对误差并分析误差原因。 18 回答思考题。 六、实验设备 19 DF1641D型或EE1641D型函数发生器1台 20 双踪示波器 1台 21 晶体管毫幅表DF2173B 1台 22 可变电容箱1个 23 可变电阻箱1个 24 可变电感箱1个 附录：  测量相位差角的两种方法 1.时域法。根据两个同频率的正弦信号，比较相位差。(注意：触发信号只 能用CH1或CH2，不能用交替触发)。哪个超前或哪个滞后， 要自己判断。 2.李沙育图形法。 示波器测试 续 示波器测试  续 2．李沙育图形法测相位 将示波器的X轴选择置于X轴输入位置，将信号u1接入示波器的Y轴输入端，信号u2接入示波器的X轴输入端。适当调节示波器面板上相关旋钮，使荧光屏上显现一个大小适宜的椭圆（在特殊情况下，可能是一个正圆或一根斜线）。 形成椭圆的原理如图5-13所示。 由图可见，设Y轴偏转板上的信号u1导前于X轴偏转板上的信号u21/8周期，设u2的初相为零，即φ2=0，因此当u2为零时，u1为一个较大的值。如图中的“0”点。此时，荧光屏上的光点也相应地位于“0”点。随着时间的变化，u1上升，u2也上升，则荧光屏上的光点向右上方移动。当经1/8周期后，u1、u2分别到达“1”点，此时u1到达最大值，u2为一个较大的值，荧光屏上的光点位于相应的“1”。如此继续下去，荧光屏上的光点将描出一个顺时针旋转的椭圆。如果u1滞后于u2则形成一个逆时针旋转的椭圆。当然，这只有在信号频率很低时（如几赫兹），且在短余辉的荧光屏上便会清楚地看到荧光屏上的光点顺时针或逆时针旋转的现象。由上述可见椭圆的形状是随两个正弦信号电压u1、u2相位差的不同而不同。因此可以根据椭圆的形状确定两个正弦信号之间的相位差Δφ。在图5-13中设A是椭圆与Y轴交点的纵坐标，B是椭圆上各点坐标的最大值。由图可见，A是对应于t=0时u1的瞬时电压，即 A=Um1sinφ1 B是对应于u1的幅值，即 B=Um1 于是 A/B=（Um1sinφ1）/ Um1= sinφ1来表示。                                                    在实际测试中为读数方便，常读取2A，2B（或2C，2D），按式Δφ=arc sin（2A/2B）或Δφ=arcsin（2C/2D）来计算相位差。 图5-14所示的各种图形分别表示正弦信号电压在不同相位差时的情况。不难看出，如果椭圆的主轴在第1和第3象限内，则相位差在0°～90°或270°～360°之间；如果主轴在第2和第4象限内，相位差在90°～180°或180°～270°之间。 图5-14 不同相位差时的图形 （四）频率的测量 用示波器测量信号频率的方法很多，下面介绍常用的两种基本方法。 1．周期法 对于任何周期信号，可用前述的时间间隔的测量方法，先测定其每个周期的时间T，再用下式求出频率f：f=1/T 例如示波器上显示的被测波形，一周期为8div，“t/div”开关置“1μs”位置，其“微调”置“校准”位置。则其周期和频率计算如下： T=1us/div×8div = 8us f= 1/8us =125kHz 所以，被测波形的频率为125kHz。 2．李沙育图形法测频率 将示波器置X-Y工作方式，被测信号输入Y轴，频率信号输入“X外接”，慢慢改变标准频率，使这两个信号频率成整数倍时，例如fx: fy=1:2，则在荧光屏上会形成稳定的李沙育图形。 李沙育图形的形状不但与两个偏转电压的相位有关，而且与两个偏转电压的频率也有关。用描迹法可以画出ux与uy的各种频率比、不同相位差时的李沙育图形，几种不同频率比的李沙育图形如图5-15所示。 利用李沙育图形与频率的关系，可进行准确的频率比较来测定被测信号的频率。其方法是分别通过李沙育图形引水平线和垂直线，所引的水平线垂直线不要通过图形的交叉点或与其相切。若水平线与图形的交点数为m，垂直线与图形的交点数n，则 fy / fx=m / n 当标准频率fx（或fy）为已知时，由上式可以求出被测信号频率fy（或fx）。显然，在实际测试工作中，用李沙育图形进行频率测试时，为了使测试简便正确，在条件许可的情况下，通常尽可能调节已知频率信号的频率，使荧光屏上显示的图形为圆或椭圆。这时被测信号频率等于已知信号频率。 图5-16常用频率比的李沙育图形 由于加到示波器上的两个电压相位不同，荧光屏上图形会有不同的形状，但这对确定未知频率并无影响。 李沙育图形法测量频率是相当准确的，但操作较费时。同时，它只适用于测量频率较低的信号。 示波器使用注意事项 1.为了仪器操作人员的安全和仪器安全，仪器在安全范围内正常工作，保证测量波形准确、数据可靠、降低外界噪声干扰；通用示波器通过调节亮度和聚焦旋钮使光点直径最小以使波形清晰，减小测试误差;不要使光点停留在一点不动，否则电子束轰击一点宜在荧光屏上形成暗斑，损坏荧光屏。 2.测量系统-例如示波器、信号源；打印机、计算机等设备等。被测电子设备-例如仪器、电子部件、电路板、被测设备供电电源等设备接地线必须与公共地(大地)相连。 3. TDS200/TDS1000/TDS2000系列数字示波器配合探头使用时，只能测量（被测信号- 信号地就是大地，信号端输出幅度小于300V CATII）信号的波形。绝对不能测量市电AC220V 或与市电AC220V不能隔离的电子设备的浮地信号。（热地是不能接大地的，否则造成仪器损坏，如测试电磁炉。） 4.通用示波器的外壳，信号输入端BNC插座金属外圈，探头接地线，AC220V 电源插座接地线端都是相通的。如仪器使用时不接大地线，直接用探头对浮地信号测量，则仪器相对大地会产生电位差；电压值等于探头接地线接触被测设备点与大地之间的电位差。这将对仪器操作人员、示波器、被测电子设备带来严重安全危险。 5. 用户如须要测量开关电源(开关电源初级,控制电路)、UPS(不间断电源)、电子整流器、节能灯、变频器等类型产品或其它与市电AC220V 不能隔离的电子设备进行浮地信号测试时，必使用DP100高压隔离差分探头。 以上信息由企业自行提供，该企业负责信息内容的真实性、准确性和合法性。电子展览网对此不承担任何保证责任。 Copyright@ 2003-2009  东莞国仪电子仪器设备有限公司版权所有      粤ICP备08118721号  网站管理入口