Преобразование частоты при измерении фазового сдвига:

Умножение частоты применяют для уменьшения погреш­ности при измерении малых фазовых сдвигов. Понижение частоты путем гетеродинного преобразования используют при измерении на высоких и сверхвысоких частотах.

Умножение частоты приводит к увеличению фазового сдвига. Если аргументы измеряемых напряжений ωt+φ₁ и ωt+φ₂, то после умножителей частоты с одинаковыми коэффициентами умножения n получим n(ωt+φ₁) и n(ωt+φ₂) соответственно. Фазовый сдвиг, измеренный фазометром, φ = n(φ₁ — φ₂) увеличился в n раз, и погреш­ность его измерения может быть меньше. Фазовый сдвиг между исследуемыми напряжениями φ = φ/n= φ₁ — φ2.

Гетеродинное преобразование частоты позво­ляет понижать частоту исследуемых напряжений с сохра­нением прежнего фазового сдвига Напряжения u₁ и u₂ подают в два идентичных канала, содержащие входные устройства ВхУ, смесители См и усилители разностной частоты УРЧ.

Н а оба смесителя подается напряжение гете­родина Гет в одинаковой фазе. Равенство фаз цепей гете­родин — смеситель достигается равенством их электри­ческих длин. Для устранения взаимного влияния каналов друг на друга между ними установлен развязывающий мост РМ. На выходах смесителей получается напряжение разностной частоты с исходным фазовым сдвигом. После усиления эти напряжения поступают на низкочастотный фазометр для измерения фазового сдвига. Диапазон частот определяется диапазоном частот перестройки частоты гете­родина.

Имеются фазометры с верхней частотой 1,5 и 7 ГГц. Для повышения точности измерений гетеродин выполняется с автоматической подстройкой частоты АПЧ. Частота генератора с кварцевой стабилизацией Г_кв сравни­вается с разностной частотой на выходе усилителя, с точ­ностью до фазы. Погрешность измерения возникает вслед­ствие неидеальных амплитудных и фазовых характеристик усилителей разностной частоты и погрешности низкочастот­ного фазометра. Погрешность измерения составляет 1—2 %.

Измерение фазового сдвига фазовыми детекторами:

Ф азовый сдвиг между двумя гармоническими сигналами одной частоты можно измерить фазовым детек­тором. Одна из схем фазового детектора приведена на рисунке. Сигналы u₁ и u₂ между которы­ми измеряют фазовый сдвиг φ, преобразуют фазовым детекто­ром в постоянное напряжение. На выходе его включают вольт­метр (ЦФ), измеряющий посто­янную составляющую напряже­ния между точками а и б, кото­рое равно разности продетектированных напряжений U₁ и U₂. Если амплитуды исследуемых напряжений поддерживать постоянными, шкалу вольтметра можно проградуировать непосредственно в значениях фазового угла. С помощью фазового детектора получают погрешность измерений около (2...3)^о. Погрешность зависит от выполнения условий, накладываемых на параметры схемы и амплитуды исследуемых напряжений, от стабильности этих величин во времени, чувст­вительности вольтметра и т. д.

Ц ифровые фазовые детекторы могут быть построены на цифровых логических схемах: элементе «Исключающее ИЛИ», JK-триггере и пр. При этом достаточно просто удается получить длительность выходных им­пульсов, пропорциональную фазовому сдвигу между сигналами u₁ и u₂, после чего сгладить эти импульсы в ФНЧ. В качестве примера при­ведем схему цифрового фазового детектора на элементе «Исключающее ИЛИ» (сумматор по модулю два).

Временные диаграммы работы схемы показаны на рис. б - г. В этом детекторе из исследуемых синусоид u₁ и u₂ формируются соответствующие напряжения типа «меандр». На выходе логического элемента вырабатываются импульсы напряжения у, длительность которых пропорциональна фазовому сдвигу входных сигналов г). Далее этот сигнал подается на ФНЧ. Напряжение U(t) на выходе ФНЧ пропорционально сдвигу сигнала u₁ относительно опорного u₂.