用示波器测电容设计性实验无数据
用示波器测电容
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
电容是常用的电学元件,是电容器的参数之一,在实际电路(特别是交流电路)中广泛应用。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。电容大小的测量有很多种方法,在此实验中,利用前两次RC和RLC串联谐振电路的研究和对电容和电容性质的理解,用示波器来测量电容的容量。 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、未知电容一个、电阻两个(R1=200Ω, R2=5100Ω)、电感两只(L1=10mH, L2=35mH),面包板一个、导线若干。 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电信号时的频率点,并把这一频率点定义为RLC 谐振频率。
RLC串联电路如图所示。
姓名: 班级: 学号:
所加交流电压U(有效值)的角频率为ω。则电路的复阻抗为:
ZRj(ωL
复阻抗的模:
1)
ωC (1)
ZR2(ωL
复阻抗的幅角:
12
)
ωC ( 2 )
ωL
arctan
1ωC
( 3 )
R
即该电路电流滞后于总电压的位相差。回路中的电流I(有效值)为:
I
UR2(ωL
12
)
ωC ( 4 )
上面三式中Z、、I均为频率f (或角频率ω,ω2f )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f曲线称为相频特性曲线;(c)图if曲线称为幅频特性曲线。
图2 RLC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
f0
,特点为:
(1) 当(2) 当
ff0ff0
时,0,电流相位超前于电压,整个电路呈电容性; 时,0,电流相位滞后于电压,整个电路呈电感性;
ω
L
(3) 当
10
0
ωC时,即
f0
f
(4) 随f偏离0越远, 阻抗越大, 而电流越小.
此时,0,表明电路中电流I和电压U同位相,整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
ZR
为最小,,电流
IUZ
则达到极大值。易知,
只要调节f、L、C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:
f
可求得C:
1
2LC或T2LC ( 5 )
C
五、实验内容 实验步骤
1
42f0L ( 6 )
2
(1)电路连接如图1,其中.L10mH,C0100nF,U2.5V,R200
(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,电压为最大时,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
L10mH,C0
测RLC谐振频率
nF,UV,R200
L35mH,C0
测RLC谐振频率
nF,UV,R200
七、实验误差分析
1、系统误差
(1)输入数字发生器的频率不精准,造成一定的误差 (2)示波器的图像有厚度,使结果有误差 2、偶然误差
(1)观察时不能准确的判别振幅达到最大值
(2)读数存在误差
八、结束语
我认为本次实验最大的一个特点就是以前两次实验为基础,在理解RC和RLC电路的原理和熟悉仪器操作过程中,可以根据实验具体仪器自行选择不同的实验方法,让我对物理实验有了一个更深刻的认识。在本实验中,我选择了RLC电路的连接方法,选用104电容,并用。在测量的过程中,尽管实验中还是会遇到很多问题,对实验仪器还是有很多不理解的操作。但我还是耐心学习并完成了实验,用自己设计的实验方法利用示波器测量电容,达到了实验目的。 九、参考文献
[1] 实验讲义(工科类):理学院物理实验教学中心编. 浙江农林大学. 2011 [2] 书籍:赵丽华等.新编大学物理实验. 浙江大学出版社. 2007 [3] 网站: