大物实验报告-示波器测电容教程.docx

PAGE  PAGE 7 示波器测电容实验报告 课程名称：大学物理实验 实验名称：示波法测电容 学院：机电工程学院 专业班级：车辆工程151 姓名：吴倩萍 学号：5902415034 座位：7 时间：第11周周三下午3：45开始 电容是电容器的参数之一，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。示波谐振法测量电容，就是用示波器观察RLC串联电路的谐振现象来确定电容的值，这对于解决生活及实验中的实际问题，有着很重要的作用。 一、实验目的 1、进一步熟悉数字示波器的主要技术性能与使用并学会利用示波器测电容的容值。 2、观察RC和RLC串联电路的暂态过程，加深对电容充、放电规律特性的认识。 3、学会用半衰期方法测量RC暂态过程时间常数。 4、观察RLC串联电路的谐振现象，用示波器确定谐振频率。 二、可供仪器 双踪数字示波器、多功能信号源、电阻、电容三个（1.0，0.1，0.022微法）、电感、导线若干 三、实验原理 1、RLC串联谐振 将电阻R、自感L和电容C串联后加上交变电压如图所示 图1 RLC串联电路 在交变电路中，电容C和电感L两端的阻抗与电压的园频率有关，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。因此，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) 2、示波法测量f0 用低频信号发生器作为交流电源，把串联电路的总电压U加在示波器Y轴上，把电流信号（即UR，因为I与UR同相位）加在X轴上，示波器将得到一个如下所示图李萨茹图形。改变信号源频率，当李萨如图形由椭圆变为直线时，则电路处于谐振状态。此时，信号源频率即等于。 图3 测量线路图 若用双踪示波器观察，则把U及UR分别输到示波器YA和YB，当两波形能完全重合时，U与UR同相位，电路处于谐振状态。 四、实验内容步骤 (1)电路连接如图3，其中L=10mH C=1μF R=200Ω (2) 在调节信号发生器的频率的同时观察李萨茹图形的变化，当调至某一频率时，当李萨如图形由椭圆变为直线时，电路处于谐振状态。（电压为最大，测得这个信号的频率）。 (3)由谐振频率计算所得电容的实验值。 五、实验数据处理 一、RLC f/kHz1.0001.1011.2011.3021.4011.4991.601Up/V3.523.463.423.363.303.263.18Vp/V4.904.944.995.075.145.205.28C/μF1.1081.0320.9670.9220.8850.8470.825由C=Vp2πfRUp计算可得： C=1.108+1.032+0.967+0.922+0.885+0.847+0.8257=0.941μF 二、LC 由作图可知UC=6.72V为峰值，f=960Hz 由C=14π2f02L计算可得：C=0.938μF 六、实验误差分析 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