如何用示波器测量电路中某处电压与电流的相位差？

如何用示波器测量电路中某处电压与电流的相位差？

在电子工程和信号处理领域，测量电压与电流的相位差是一项基本且重要的技能。本文将详细介绍如何使用双通道示波器准确测量电路中某处电压与电流的相位差，包括设备准备、通道配置、触发设置以及最终的相位差计算等关键步骤。

准备和连接

所需设备

• 双通道示波器
• 电流探头（或电阻分压器用于间接测量电流）
• 电压探头

连接探头到待测信号

• 电压探头：将电压探头连接到测量点的电压信号。确保接地夹子连接到电路的公共地。
• 电流探头：将电流探头夹在待测电流流过的导线上。如果没有电流探头，可以使用一个已知小阻值的电阻串联在电路中，通过测量电阻两端的电压来间接获取电流。

启用和配置通道

启用通道

• 启用CH1：按下“CH1”按钮以激活第一个通道，用于测量电压。
• 启用CH2：按下“CH2”按钮以激活第二个通道，用于测量电流。

调整耦合模式

• CH1耦合模式：设置为DC耦合（或者AC耦合，视需求而定）。
• CH2耦合模式：设置为DC耦合（或者AC耦合，视需求而定）。

垂直灵敏度（Volts/Div）调整

• 调整CH1：根据电压信号的幅度调整CH1的垂直灵敏度。
• 调整CH2：根据电流信号的幅度调整CH2的垂直灵敏度。如果使用电阻分压器间接测量电流，则根据电阻两端的电压调整垂直灵敏度。

垂直偏移调整

• CH1垂直偏移：调整CH1的垂直偏移，使电压信号在屏幕上居中。
• CH2垂直偏移：调整CH2的垂直偏移，使电流信号在屏幕上居中。

配置时间基准（Time/Div）

时间基准调整

• 根据信号频率调整时间基准。例如，对于50Hz的工频信号，可以设置为5ms/Div。确保两个信号的周期均能清晰地显示在屏幕上。

配置触发设置

触发源选择

• 选择触发源：通常选择CH1作为触发源。如果需要，也可以选择CH2或者外部触发源（EXT TRIG）。

触发模式

• 触发模式：选择边沿触发（Edge Trigger），一般选择上升沿（Rising Edge）。

触发电平

• 触发电平：将触发电平设置在电压信号的中间电平位置。

测量相位差

使用光标工具

• 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电压信号的上升沿或零交叉点。
• 将第二对光标分别放在电流信号的相应点上（同一相位特征，如上升沿或零交叉点）。

记录时间差

• 示波器会自动显示光标之间的时间差Δt。这就是电压和电流在时域上的相位差。

计算相位差

• 使用公式计算相位差θ（以度为单位）：
  [ θ = Δt/T * 360° ]
  其中，T是信号的周期。

示例操作步骤

假设要测量一个交流电路中的电压和电流的相位差，这里用两个正弦信号来表示：

准备和连接

1. 连接信号：

• 将两个信号通过BNC线连接到示波器的通道1、通道2上。

启用和配置通道

1. 启用通道

• 按下“CH1”按钮以启用第一个通道。
• 按下“CH2”按钮以启用第二个通道。

2. 调整耦合模式

• CH1和CH2都设置为DC耦合。

3. 调整垂直灵敏度

• CH1设置为适当的电流范围，这里设置5A/Div。
• CH2设置为适当的电压范围，这里设置200V/Div。

4. 调整垂直偏移

• 调整CH1和CH2的垂直偏移，使信号在屏幕上不重叠。

配置时间基准

1. 时间基准：设置为200us/Div或更适当的值。

配置触发设置

1. 触发源：选择CH1。
2. 触发模式：上升沿触发。
3. 触发电平：设置为电压信号的中间电平。

图为普源精电DHO4804数字示波器

测量相位差

1. 捕捉信号：

• 观察示波器上的波形。

2. 使用光标工具：

• 打开光标工具。
• 选择时间光标。
• 设置光标位置：
• 一个光标放在电压信号的上升沿零交叉点。
• 另一个光标放在电流信号的相应点。

3. 记录时间差：

• 示波器显示的时间差Δt即为电压和电流的时间差。

4. 计算相位差：

• 周期( T = 1/f = 1/1000Hz = 1ms )。
• 相位差 ( θ = Δt/T * 360° = 126/1000 * 360° = 45.36° )。

总结

通过以上步骤，你可以使用示波器测量电路中某处电压与电流的相位差：

1. 连接探头：将电压和电流探头连接到测量点。
2. 启用和配置通道：确保正确的耦合模式、垂直灵敏度和垂直偏移设置。
3. 调整时间基准：根据信号频率合理设置时间基准。
4. 配置触发设置：选择合适的触发源、模式和电平。
5. 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。

这些步骤能够帮助你准确地测量电压和电流之间的相位差，为各种电子工程和信号处理任务提供可靠支持。