В настоящее время используется большое число различных методов измерения угла сдвига фаз между двумя переменными напряжениями синусоидальной или импульсной формы. Исследуемыми напряжениями обычно являются входное и выходное напряжения какого-либо испытуемого устройства.

Измерение сдвига фаз необходимо при определении фазовых искажений, имеющихся в том или ином устройстве, например в усилителях, трансформаторах, фильтрах, и используется при настройке и испытании различных импульсных схем и т. д.

 

Основным элементом многих измерительных схем фазового сдвига является фазовращатель, дающий возможность изменить на определенную величину угол сдвига фаз между своим входным и выходным напряжением.

Существует много способов поворота фазы фазовращателем, а именно: при помощи фазосдвигающих цепочек RС, мостовых схем, гониометра, искусственной линии и т. д.

Основным требованием, предъявляемым к фазовращателям, является неизменность величины выходного напряжения фазовращателя во всем диапазоне изменения фазового сдвига. Кроме того, фазовращатель должен изменять фазу в пределах как можно более широких.

Обычно фазовращатели выполняются на фиксированную частоту или же на узкий диапазон частот, так как очень трудно сконструировать фазовращатель, у которого сдвиг фаз не зависит от частоты в широком частотном диапазоне.

В качестве простейшего фазовращателя можно пользовать цепочку RС (рис. 7-1, а и б).

 

В зависимости от того, с какого элемента снимается выходное напряжение Uвых, т. е. с резистора или конденсатора С, поворот фазы можно осуществить соответственно от 0 до +90° (рис. 7-1,а) или от 0 до —90° (рис. 7-1,6). Как видно из векторных диаграмм, с изменением сопротивления R или емкости С будет изменяться не только фазовый сдвиг между Uвх и Uвых, но и величина выходного напряжения.

 

На рис. 7-2 изображена одна из схем фазовращателя мостового типа и векторная диаграмма, поясняющая работу схемы.

Неизменное по величине входное напряжение подводится к одной из диагоналей моста, выходное же напряжение снимается с другой диагонали. Так же сопротивления резисторов двух соседних плеч R1 и R2 одинаковы, входное напряжение, вектор которого соответствует диаметру круговой диаграммы, будет распределяться поровну между этими сопротивлениями. Входное напряжение фазовращателя одновременно подведено и к двум другим плечам, т. е. к цепочке RС, которой соответствует треугольник напряжения а-г-б. Так как выходное напряжение снимается с точек в-г схемы фазовращателя, то на векторной диаграмме оно соответствует вектору Uвых, соединяющему эти точки. Как видно из векгорной диаграммы, выходное напряжение фазовращателя постоянно, т. е не зависит от угла сдвига фаз, который можно изменять от 0 до 180°. Такое объяснение работы фазовращателя справедливо практически для случая, когда сопротивление нагрузки фазовращателя значительно больше сопротивлений плеч моста.