вания в измерительном канале увеличится, то это вызовет изменение длительности импульсов напряжения Мд , как показано стрелками на рис. 10.7, б. Среднее же напряжение, а следовательно и показание прибора, при этом не изменится.

10.4. ИЗМЕРЕНИЕ РАЗНОСТИ ФАЗ МЕТОДОМ СРАВНЕНИЯ

Этот метод основан на сравнении измеряемой разности фаз с образцовой, воспроизводимой фазовращателем. Основанные на методе сравнения фазометры часто называют компенсационными.

Структурная схема. Сигналы u\ и «2 поступают на измерительный и установочный фазовращатели, а затем подводятся к индикатору разности фаз (рис. 10.8). Индикатор разности фаз не предназначен для измерений произвольных значений разности фаз, но позволяет точно фиксировать некоторое ее значение, например фин.а = 0° или финд = 90°. Измерительный фазовращатель снабжен шкалой, проградуированной в градусах, установочный фазовращатель обычно строят по аналогичной схеме, но без шкалы.

Перед измерением устанавливают шкалу измерительного фазометра на нуль и к обоим входам подводят одно и то же напряжение, что соответствует разности фаз ф = 0. Изменяя разность фаз, вносимую установочным фазовращателем, добиваются разности фаз финдо, которую фиксируют по индикатору разности фаз. Фазовые углы Фуо и Фио, вносимые установочным и измерительным фазовращателями, связаны соотношением 0 + Фио - Фуо = финдо-Затем ко входам прибора подключают напряжения u\ и мг. Регулируя измерительный фазовращатель, снова устанавливают разность фаз, фиксируемую индикатором. Ее значение ф„„д1 может несколько отличаться от значения при установке нуля из-за погрешности индикатора. В этом случае ф + Фи! -Фуо = финд1, где Фи1 - новое значение фазового сдвига, вносимого измерительным фазовращателем и отсчитываемого по его шкале.

Сравнивая полученные равенства, получаем ф = Фио -Фн1 + + Финд1 - финдо- Измеряемую разность фаз определяют по показанию шкалы измерительного фазовращателя.

Погрешность измерений зависит от неточности градуировки шкалы измерительного фазовращателя и разрешающей способ-

"7

ности индикатора. Если установка нуля производится не непосредственно перед измерениями, то может появиться погрешность, обусловленная медленными изменениями параметров фазовращателей.

Индикаторы разности фаз. Простейшим индикатором разности фаз может быть ЭЛТ осциллографа. Сравниваемые напряжения подводят к вертикально и горизонтально отклоняющим пластинам. Разность фаз ф = 0 фиксируют по появлению на экране прямой линии.

Широко распространены индикаторы, основанные на выделении суммы и разности двух напряжений. Такие устройства часто называют фазовыми детекторами. Возможная структурная схема фазового детектора показана на рис. 10.9, а. Измеряемые гармонические сигналы u\ и «2 поступают на суммирующее и вычитающее устройства А1 и А2. Суммарное и разностное напряжения «с и Ыр детектируют с помощью детекторов, а затем определяют с помощью вычитающего устройства A3 разность продетектиро-ванных напряжений. Выходное напряжение Ывых поступает на индикатор. Векторная диаграмма для напряжений показана на рис. 10.9, б. Как следует из него, напряжения Ыс и Ыр одинаковы при ф = 90° независимо от входных напряжений, и эту разность фаз фиксируют по нулевому выходному напряжению.

Суммарное и разностное напряжения

[;?=t;?+t;i+2t/,t;2cosф, t;=t;? + t;i-2t;,t;2cosф.

Если детекторы работают в квадратичном режиме и имеют одинаковые коэффициенты передачи, то выходное напряжение

> t/вых = K{v\-u= 4KUit;2cosф,

где К - постоянный коэффициент.

Фазовые детекторы с выделением суммарного и разностного напряжений используют и в диапазоне СВЧ. На постоянной частоте суммирование и вычитание напряжений часто реализуют за счет разности хода волн, вызываемых входными сигналами в линиях передачи неодинаковой длины.

В качестве фазового детектора можно использовать аналоговые перемножители, выпускаемые промышленностью в виде интегральных схем. Выходное напряжение перемножителя

«аых = U\COS{iDt + ф)Ь2С08ш( = 0,5 t/i L2COS(2co/ + ф) + 0,5 [/i 62С05ф.

Полезную составляющую 0,5L: и2С05ф выделяют с помощью фильтра нижних частот.

Широко распространены фазовые детекторы с ключевой схемой. Входное напряжение измерительного канала «i = t/icosX Х(ш + ф) поступает на электронный ключ, управляемый опорным напряжением Ы2 в форме меандра (рис. 10.10). Под действием

Рис. 10.10

опорного напряжения ключ периодически замыкается на половину периода. Среднее значение выходного напряжения выделяют с помоп1ЬЮ ФНЧ. Выходное напряжение фильтра

вых -

1 г ,

= -2\ \J\ COS (ш + ф) dat = 51пф

зависит от разности фаз и обращается в нуль при ф = 0.

Погрешность фазовых детекторов подобного типа в значительной мере определяется быстродействием ключа. Такие детекторы наиболее эффективны на низких частотах.

Фазовращатели. Простейшим фазовращателем может служить РС-цепочка, но ее фазовый сдвиг зависит от частоты, а выходное напряжение изменяется при регулировке. В измерительной технике применяют специально созданные фазовращатели, обеспечивающие регулируемый сдвиг фазы в пределах 360°. Действие фазовращателей СВЧ основано на изменении геометрической длины линии передачи или изменении коэффициента распространения.

На фазовращателях созданы эталоны фазового сдвига. На частоте 1 кГц фазовый сдвиг воспроизводят с помощью регулируемой цепочки, включенной последовательно со ступенчатой линией задержки на элементах с сосредоточенными постоянными. Регулируя емкость, плавно сдвигают фазу в пределах 0...5°, расширение диапазона регулировки до 360° обеспечивается подключением линии задержки. Для повышения стабильности параметров линию задержки термостатируют, а задержку в звеньях периодически контролируют.

Эталон воспроизводит фазовый сдвиг с СКО [(0,3... 10) • 10~] °, НСП составляет от (2-10-"+10~4)° ДО (40- Ю- + О,!/-10"»°.

В эталоне трехсантиметрового диапазона волн роль плавного фазовращателя играет телескопическая линия, набор отрезков волновода служит для расширения диапазона воспроизводимых фазовых сдвигов до 360°. При этом СКО эталона составляет 0,1°, а НСП не превышает 0,1°.