普源示波器测量相位差的方法

信号相位差的基本概念

相位差是指两个同频率交流信号在波形上的时间偏移或角度偏移，通常有两种表达方式：

时间相位差（△t）：即两个波形的特征点（如峰值、零点、边沿）之间的时间间隔。

角度相位差（ϕ）：通过时间差与周期的比值换算得到，计算公式为 ϕ = (△t / T) × 360°，其中 T 为信号周期。

示波器测量相位差的原理正是基于这两个公式，先获取时间差，再结合周期计算角度差，从而精准反映两路信号的相位关系。

测量前的注意事项

信号频率一致性

相位差的测量前提是两个信号必须具有相同频率。若频率不同，不同周期下的相位差会不断变化，测量结果毫无意义。因此，测量前需确认两路信号的频率参数一致。

波形质量保障

确保信号波形清晰稳定，避免因噪声干扰导致特征点模糊。可通过适当调整示波器的触发方式、带宽限制或增益，减少波形中的毛刺和失真，为准确识别参考点奠定基础。

参考点统一标准

必须选择明确且统一的参考点（如上升沿、下降沿、零交点等）。常见参考点包括：

上升沿：信号从低电平升至高电平的过零点

下降沿：信号从高电平降至低电平的过零点

峰值点：信号波形的最高点或最低点

参考点选择不一致会直接导致测量误差，例如用通道一的上升沿与通道二的下降沿对比，会得到错误的相位差结果。

示波器操作步骤

基础测量流程

信号接入与显示：将两路信号分别接入示波器的两个通道（如 CH1 和 CH2），调节垂直档位和水平时基，使两路波形完整、清晰地显示在屏幕上，且波形不重叠、无切割。

开启相位测量功能：进入示波器的 “测量” 菜单，在 “时间测量” 或 “相位测量” 子菜单中，选择两路信号的相位差测量选项。示波器通常提供 8 种测量模式，涵盖上升沿与上升沿、上升沿与下降沿等不同组合的延时与相位差测量。

统一参考点设置：以 RIGOL DHO4804 示波器为例，其相位测量默认以 50% 中值（信号幅值的中点）作为参考点。若需修改参考点（如改为 10% 或 90%），必须对两路信号同时调整，否则会引入显著误差。例如，将通道一的中值改为 60% 而通道二保持 50% 时，原本相差 90° 的正弦波会被误测为 76.9°，误差高达 14.5%。 

关键参数影响验证

实验表明，信号幅度不会影响相位差测量结果。例如，通道一为 5Vpp、1V 偏移的正弦波，通道二为 2Vpp 的正弦波，只要频率和参考点一致，测量结果仍能准确反映预设的 90° 相位差。这说明相位关系仅由信号的频率和时间偏移决定，与幅值无关。

李萨如图形测量法

除直接测量外，还可通过示波器的 XY 模式绘制李萨如图形，间接反映两路信号的相位和频率关系。

频率相同的情况

当两路信号频率相等时，李萨如图形的形状由相位差决定：

相位差为 0° 时，图形为一条倾斜的直线

相位差为 90° 时，图形接近标准圆形

相位差为 180° 时，图形为一条反向倾斜的直线

频率不同的情况

若两路信号频率存在整数比关系（如 2:3），李萨如图形会呈现特定的闭合曲线，通过曲线的交点数量可推算频率比值。例如，频率比为 2:3 的信号，其李萨如图形的水平方向交点数与垂直方向交点数之比为 3:2。

这种方法不仅能辅助判断相位差，还能快速验证信号频率的关联性，是相位测量中不可或缺的补充手段。

总结

使用示波器测量相位差时，需严格遵循 “频率一致、参考统一、波形清晰” 的原则，通过直接测量功能或李萨如图形法获取结果。实际操作中，应根据信号特征选择合适的参考点，并注意设备参数的同步设置，以确保测量精度。无论是电力系统中的相位校验，还是电子电路中的信号同步分析，掌握这些方法都能有效提升相位差测量的准确性和效率。