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可编辑 可编辑 拓宽实验:RC移相电路及测量相位差 【实验内容】 1.用电阻、电容组成移相电路,要求输出电压U0的相位较输入电 压U1的相位落后π/4。试用三种方法测量相位差。 2.组成一个移相电路,要求输入、输出电压间的相位差Δ 在0~180°间可调。用示波器观察相位的变化。 【仪器用具】 正弦波信号源、双踪示波器、电容箱一个、电阻箱三个 【实验原理】 1.移相电路 1)Δ =-π/4移相电路。图1电路中,电阻与电容串联, 由于电容两端电压的相位落后于电流的相位为π/2, 而电阻两端电压和流过电阻的电流同相,可以算出输 出电压U。与输入电压Ui间的相位差。 Δ =-arctg(UR/UC)=-arctg(R/ZC)=-arctg(ωCR) (1) 式中U代表正弦波电压u的有效值。 图1 2)Δ 在0至180°之间可调的移相电路,电路如图2(a), 图中R1=R2,R可调节。在AB间输入电压ui,在OD间输 出电压u0。图2(b)给出各电压之间的矢量关系。以 O为圆心,以U1=U2(因为R1=R2)为半径画一半圆。在 EF支路上,相位关系为电容上电压Uc的相位落后于电 阻R上电压UR的相位π/2,所以D点必定在圆周上。当 UC=0时,输出电压U0与输入电压ui同相Δ 时,Δ UR=0时,u0与ui反相,Δ =π。 增大。在 =0。当Uc增加,或 UR减小 图2(b) 荧光屏一般会出现一个椭圆。设x为椭圆与X轴交点到原点 的距离,x0为最大小平偏转距离,则两个电压间相位差的 绝对值为 2.相位差的三种测量方法 1)李萨如图形法,将两个同频率正弦波u1,u2分别送 至示波器的两个输入端,示波器用x-y模式,则如图3所示, 2)双踪显示法,把u1,u2分别送入示皮器的两上通道, 采用双踪显示功能,荧光屏上会出现两个正弦波,见图 4.由相位差定义,有 3)电压合成法,双踪示波器一般都有相加和相减的功能, 在荧光屏上可以显示(u1+u2)波形或(u1-u2)波形。将 u1,u2分别送入示波器的两个通道,先用双踪器显示功能测 量它们的峰—峰值a和b;再改用相减功能显示波形(u1-u2) ,测量此时的 峰—峰值c。依电压的矢量合成法则, 相位差: THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 【参考数据】 1. Δ =-π/4移相电路.一组可能的数据为f=300Hz, R=100Ω,C=5.3μF. 2.相位差在0~180°间可调的电路,一组可供选取的 数据为R1=R2=200Ω,f=700Hz,C=0.2μHz,以0作示波 器输入的地端,用CH1,CH2分别观察ui及u0波形。用李 萨如图形法观察Δ 从0到180°的改变。 【实验分析及注意事项】 1.移相电路是利用了元件两端电压与流过它的电流间的相 位关系来实现的。实际所用电感器及电容器都有损耗电阻 。一般电容器的损耗电阻很小,标准电容箱的损耗电阻在 低频时接近于零, 可以不必考虑。而电感器的损耗电阻 的影响一般是不能忽略的。我们测量到的电感器两端的电 压值,实际上是电感与其损耗电阻上电压的矢量和,而不 是纯电感两端的电压。此时,电感器上电压超前电流的相 位差不再是π/2,而是要小于它。这一点,在用电感器组 成移相电路时,必须注意。 2.误差的主要来源。 1)在做李萨如图时,要把u1,u2分别送至示波器的X,Y通 道。而一般两个通道放大器都存在着与频率有关的固有相 位差Δ 必要时要对测量的相位差Δ进行修正。例如对笔者所用 SS5702型示波器,在50~5×103Hz范围内,Δ f=50kHz时,Δ 方式下,X轴输入精度±5%。 2)双踪显示中,要在X方向测量x,x0的长短。示波器扫描 的非线性会对相位差测量带来误差。对SS5702型示波器, 扫描的基本精度为±4%。 。实验中,要首先在测量用频率下, 测出Δ。 =0,在 ≈4°。此外,SS5702型示波器, x-y 3)在Y方向测电压,SS5702型示波器,垂直偏转因数引起的 相对不确定度为±4%。 3.由于电感及电容的感抗和容抗都与频率有关,电容元件的 阻抗与频率成反比,电感元件的阻抗与频率成正比,利用阻 抗频率特性上的差异可以组成滤波电路。如图2-9-1的电路 就是一个阻容滤波器,两元件的电压比为 如果输入信号中,包含了几种高低不同的频率成分,则高 频信号电压在电阻上分配多些,低频信号电压在电容上分 配多些。若输出信号 从电容两端引起,则得到更多的低频 成分,为低通滤波器。反之,输出信号从电阻两端引出, 则组成高通滤波器。 THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 可编辑 可编辑
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