用示波器测电容设计性实验..doc

实验名称：示波器测电容 姓名：王均 班级：自动化151班 学号：6101215022 座位号：30 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、实验要求 1、根据实验任务，查阅有关资料，设计实验方案 ①根据实验任务，查阅有关资料，理解电容的交流特性，推导测量公式，画 出设计电路图。 ②自拟实验步骤和直接测量数据的记录表格； ③选择实验仪器（型号或规格）和电学元件（在实验室提供的范围内）。 ④对实验方案做可行性报告分析。 2、根据设计实验方案，将测量的数据填入表中，并与电容的标称值对比，计算测量误差。 3、写出完整的实验报告，并对实验结果进行比较、分析、讨论。 四、 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=50mH），面包板一个、导线若干。 五、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。 图1 RLC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。 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，特点为： 当时，，电流相位超前于电压，整个电路呈电容性； 当时，，电流相位滞后于电压，整个电路呈电感性； 当时，即或 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) 六、实验内容 实验步骤 (1)电路连接如图1，其中. (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。 七、数据处理和分析 C=0.022μF R=200Ω。 数据处理： =0.0998uF=99.8nF 绝对误差： 相对误差： 八、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