用示波器测电容Word文档格式.docx
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关键词:
电容、电感、相位差、示波器、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。
在此实验中,我们用示波器测量电容的容量,该方法操作简单,且能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。
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
,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
(9)
可求得C:
(10)
五、实验内容
1、电路连接如图1。
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
L=10mHU=2VR=200Ω
f(KHz)
4.00
4.20
4.40
4.60
4.80
5.10
5.30
5.60
5.90
R上电压U(V)
1.80
1.90
2.00
2.05
2.10
2.12
理论上:
f=5.03KHZ
实际上:
f=X10-8库仑
相对误差:
S=(1X10-7-9.74X10-8)/1X10-7=2.6%
七、实验误差分析
1、系统误差:
被测量的电容元件自身电容大小与标定值有误差;
选取的频率组数不够多,电压最大时的频率值不够精确;
示波器的图像的线条有粗细,使结果有误差;
电压不稳定;
2、随机误差:
示波器上读数误差;
读取数据产生误差;
电容选择错误;
八、结束语
在本次示波器测电容的实验中,我们想出了两种方法去测量,由于时间关系,我们选择了RLC谐振频率的方法去测量电容的大小。
然而在本次示波器测电容的实验中,刚开始的时候我们并未调出相应波形图,经过同学指点帮助发现正负接反,调整电路后得以改善。
这次设计性试验,很好的锻炼了我们的学习思维能力和独立思考能力。
还加强了我们的探索意识,对错误不断思考寻找方法,并提高了团结合作意识。
同时我明白了实验对学习是十分重要的,有很大的促进作用。
九、参考文献
《大学物理实验提高模块实验讲义(信计类)》理学院物理实验教学中心编2011.9
《大学物理基础》赵丽华等理学院物理实验组编2008年9月
XX,搜狗等网页
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- 关 键 词:
- 示波器 电容