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时间:2018-07-08
《用示波器测电容设计实验》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、用示波器测电容的设计与实现摘要:电容在交流电路中电压与电流间除了大小发生变化,相位也发生了改变。而通过示波器可以很清楚地观察到这些变化,利用示波器及电容的交流特性,可测定给定电容的大小。本实验研究了用示波器测电容器电容的方法:测RLC谐振频率。用这方法测定了未知电容,并就实验原理、实验操作、实验误差进行了分析。关键词:电容电压峰—峰值相位差谐振频率一、引言电容是电容器的参数之一,对于解决生活及实验中的实际问题,有着很重要的作用,不同电容的电容器因所需不同而被应用在不同的地方,在实验室中测电容器的电容,已成为大学物理实验中很重要的一个环节。在此实验中,我们用示波
2、器测量电容的容量,该方法操作简单,且能加深我们对电容和电容性质的理解,巩固我们所学过的知识。二、实验任务根据实验室提供的仪器,利用示波器测量给定电容的大小。三、实验仪器信号发生器,双踪示波器,万用电表,面包板,电阻,电感,电容,导线。四、实验原理测RLC谐振频率通过逐点改变加在(直接或者间接)RLC谐振回路上信号频率来找到最大输出时的频率点,并把这一频率点定义为RLC谐振频率。RLC串联电路如图1所示。5图1RLC串联电路所加交流电压(有效值)的角频率为。则电路的复阻抗为:(1)复阻抗的模:(2)复阻抗的幅角:(3)即该电路电流滞后于总电压的位相差。回路中的电
3、流I(有效值)为:(6)上面三式中Z、、I均为频率(或角频率,)的函数,当电路中其他元件参数取确定值的情况下,它们的特性完全取决于频率。图2(a)、(b)、(c)分别为RLC串联电路的阻抗、相位差、电流随频率的变化曲线。其中,(b)图曲线称为相频特性曲线;(c)图曲线称为幅频特性曲线。5图2RLC串联电路幅频、相频曲线由曲线图可以看出,存在一个特殊的频率,特点为:(1)当时,,电流相位超前于电压,整个电路呈电容性;(2)当时,,电流相位滞后于电压,整个电路呈电感性;(3)当时,即或(4)随偏离越远,阻抗越大,而电流越小.此时,,表明电路中电流I和电压同位相,整
4、个电路呈现纯电阻性,这就是串联谐振现象。此时电路总阻抗的模为最小,,电流则达到极大值。易知,只要调节、、中的任意一个量,电路都能达到谐振。根据LC谐振回路的谐振频率或(9)可求得C:(10)五、实验内容(或步骤)实验步骤(1)电路连接如图1,其中.5(2)在调节信号发生器的频率的同时观察电容两端电压的变化,当调至某一频率时,电压为最大,测得这个最大值及信号的周期(或频率)。(3)由这个最大值的周期(或频率)计算所得电容的容抗。六、数据处理和分析测RLC谐振频率R=200f(KHz)12345678910.7311.5R上电压U(V)0.20.40.60.820
5、.921.11.351.6752.082.83.075R=200f(KHz)11.81212.31314151617181920R上电压U(V)3.153.23.2253.1752.852.4252.11.851.651.4751.34数据处理:绝对误差:
6、相对误差:5七、实验误差分析1、系统误差(1)仪器不精确,造成误差(2)示波器的图像有厚度,使结果有误差(3)图像抖动产生误差2、偶然误差(1)仪器操作失误造成电路连接错误,从而产生误差(2)观察时未使振幅达到最大就进行读数(3)读数误差八、结束语设计性实验是要求我们通过我们自己的设计,以达到实验目的,与传
7、统的摄入式教学不同。设计性实验加强了学生的创新意识和实践能力,培养了学生的独立进行科学实验研究的能力。设计性实验是以之前的实验为基础所做的实验,本次实验很大的一个特点就是以前两次实验为基础,可以自行选择不同的实验方法,让我们对物理实验有了一个深刻的认识:实验不是定死的,要达到同一个实验目的,可以根据不同的实验原理,由不同种实验方法。所以我认为,这次实验真正达到了设计性实验的目的。俗话说实践出真知,只有经过实践检验的知识,才能算得上是真正的知识。在本实验中,我们选择了RLC电路的连接方法,并用示波器测量电容,这对增强我们的物理逻辑思维是大有益处的。在测量的过程中
8、,尽管实验数据较为繁琐,但我们还是耐心的完成了实验,培养了我们在实验中的耐心,这是做科学实验探索的一个基本要求,得以最终以良好的状态完成了实验。九、参考文献[1]书籍:宋如茂.电容的示波器测量法[J].大学物理实验,2005,18(2):56—58.[2]书籍:曾天海.徐加勤.谢路平.用示波器粗测电容电感值[J],1996,9(4):26—28.[3]书籍:杨述武.普通物理实验(电磁学部分)[M].北京:高等教育出版社,2007.[4]书籍:赵丽华等.新编大学物理实验.浙江大学出版社.20075
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