普源示波器測量相位差的方法

信號相位差的基本概念

相位差是指兩個同頻率交流信號在波形上的時間偏移或角度偏移，通常有兩種表達方式：

時間相位差（△t）：即兩個波形的特征點（如峰值、零點、邊沿）之間的時間間隔。

角度相位差（?）：通過時間差與周期的比值換算得到，計算公式為 ? = (△t / T) × 360°，其中 T 為信號周期。

示波器測量相位差的原理正是基于這兩個公式，先獲取時間差，再結合周期計算角度差，從而精準反映兩路信號的相位關系。

測量前的注意事項

信號頻率一致性

相位差的測量前提是兩個信號必須具有相同頻率。若頻率不同，不同周期下的相位差會不斷變化，測量結果毫無意義。因此，測量前需確認兩路信號的頻率參數一致。

波形質量保障

確保信號波形清晰穩定，避免因噪聲干擾導致特征點模糊。可通過適當調整示波器的觸發方式、帶寬限制或增益，減少波形中的毛刺和失真，為準確識別參考點奠定基礎。

參考點統一標準

必須選擇明確且統一的參考點（如上升沿、下降沿、零交點等）。常見參考點包括：

上升沿：信號從低電平升至高電平的過零點

下降沿：信號從高電平降至低電平的過零點

峰值點：信號波形的最高點或最低點

參考點選擇不一致會直接導致測量誤差，例如用通道一的上升沿與通道二的下降沿對比，會得到錯誤的相位差結果。

示波器操作步驟

基礎測量流程

信號接入與顯示：將兩路信號分別接入示波器的兩個通道（如 CH1 和 CH2），調節垂直檔位和水平時基，使兩路波形完整、清晰地顯示在屏幕上，且波形不重疊、無切割。

開啟相位測量功能：進入示波器的 “測量” 菜單，在 “時間測量” 或 “相位測量” 子菜單中，選擇兩路信號的相位差測量選項。示波器通常提供 8 種測量模式，涵蓋上升沿與上升沿、上升沿與下降沿等不同組合的延時與相位差測量。

統一參考點設置：以 RIGOL DHO4804 示波器為例，其相位測量默認以 50% 中值（信號幅值的中點）作為參考點。若需修改參考點（如改為 10% 或 90%），必須對兩路信號同時調整，否則會引入顯著誤差。例如，將通道一的中值改為 60% 而通道二保持 50% 時，原本相差 90° 的正弦波會被誤測為 76.9°，誤差高達 14.5%。 

關鍵參數影響驗證

實驗表明，信號幅度不會影響相位差測量結果。例如，通道一為 5Vpp、1V 偏移的正弦波，通道二為 2Vpp 的正弦波，只要頻率和參考點一致，測量結果仍能準確反映預設的 90° 相位差。這說明相位關系僅由信號的頻率和時間偏移決定，與幅值無關。

李薩如圖形測量法

除直接測量外，還可通過示波器的 XY 模式繪制李薩如圖形，間接反映兩路信號的相位和頻率關系。

頻率相同的情況

當兩路信號頻率相等時，李薩如圖形的形狀由相位差決定：

相位差為 0° 時，圖形為一條傾斜的直線

相位差為 90° 時，圖形接近標準圓形

相位差為 180° 時，圖形為一條反向傾斜的直線

頻率不同的情況

若兩路信號頻率存在整數比關系（如 2:3），李薩如圖形會呈現特定的閉合曲線，通過曲線的交點數量可推算頻率比值。例如，頻率比為 2:3 的信號，其李薩如圖形的水平方向交點數與垂直方向交點數之比為 3:2。

這種方法不僅能輔助判斷相位差，還能快速驗證信號頻率的關聯性，是相位測量中不可或缺的補充手段。

總結

使用示波器測量相位差時，需嚴格遵循 “頻率一致、參考統一、波形清晰” 的原則，通過直接測量功能或李薩如圖形法獲取結果。實際操作中，應根據信號特征選擇合適的參考點，并注意設備參數的同步設置，以確保測量精度。無論是電力系統中的相位校驗，還是電子電路中的信號同步分析，掌握這些方法都能有效提升相位差測量的準確性和效率。