實驗二十五交流電橋

1、實驗二十五交流電橋交流電橋是測量交流元件阻抗的一種常用電橋， 主要用來精確測量電器的電 容量和線圈的電感量。1、教學(xué)目標（1）了解交流電橋平衡的原理，掌握調(diào)節(jié)平衡的方法；（2）用交流電橋測量電容、電感及其損耗。2、教學(xué)重點和難點交流電橋與直流電橋（惠斯通電橋）比較，有兩個平衡條件，必須有兩個可 調(diào)參量，這就增加了復(fù)雜性和難度重點：交流電橋平衡的兩個條件。難點：交流電橋的調(diào)節(jié)。3、實驗室提供的儀器用具函數(shù)信號發(fā)生器（YB1 6 39）,晶體管毫伏表（D F 2170 C）,標準電容 箱（RX7 型十進制電容箱）,3個電阻箱（ZX 38交直流電阻箱）,待測電 容（約0。2 5 uF , 0. 1

2、uF各一只），待測電感（約345uH , 130u H各一 只），開關(guān)，8根普通導(dǎo)線，2根夾子傳輸線.注意：函數(shù)信號發(fā)生器用電壓輸出晶體管毫伏表背板上按鈕撥置“FLO UR :標準電容箱"屏弊端"與一個電極連接。C=C12+C 20 （教材P274）4、實驗原理概要教材 p26227040 1交流電橋及其平衡條件圖1交茄電橋交流電橋電路如圖1所示在電路組成上與單臂直 流電橋相似。設(shè)四個橋臂交流元件的復(fù)阻抗分別為Z1 , Z2, Z3 , Z4o交流電橋平衡的條件為：當兩個復(fù)數(shù) U'b Ud時,電橋達到平衡狀態(tài)。電橋平衡時，或Z2Z4 Z1Z3教材（2 5-7）式通常

3、稱上式為交流電橋的平衡條件方程式，可以表述 為:橋路相對兩臂的復(fù)阻抗乘積相等可以看出：交流電 橋的平衡條件在形式上和直流電橋完全相同 ，但物理意 義卻有很大差別，上式可分解為即乙Z3 Z2Z4振幅相等1324相位相等上兩式表明交流電橋有兩個平衡條件，只有當兩個平衡條件同時滿足時，電橋 才能達到平衡。4.2實際電容和電感的等效電路交流元件的阻抗均與電源頻率有關(guān)。純電阻元件的復(fù)阻抗:Zr = R,純電容元件的復(fù)阻抗（容抗） Zcj丄,純電感元件的復(fù)阻抗（感抗）Zl j LC根據(jù)教材p26 226 4的分析，實際電容器在電路中可以等效成理想電容 C和一個損耗電阻R損的串聯(lián)（如圖“I I°2

4、）。還用損耗角的正切來衡量實際電容器的質(zhì)量，稱為損 耗，tgR員 C（25 -3）實際電感線圈總是存在電阻，在低頻情況下,可以將它等效成一個純電感線圈 L和 一個電阻R的串聯(lián)（如圖3）。為了衡量線圈的質(zhì)量，用品質(zhì)因數(shù)Q來定量描述，(25-5)4。3交流電橋的實驗電路4。3。1測量電容及其損耗的交流電橋（1）電容比較電橋E 4電容電橋?qū)嶋H電容可看作一個理想電容Cxi和一個損耗電阻R x串聯(lián)而成，如圖4CxR3R4C2(25 - 8)RxR4R3R2(25 9)所示，該電橋的平衡條件為被測電容的損耗tgRx Cx w R2C2W（25-10）（2）西林電橋（見教材）4.3。 1測量電感及其品質(zhì)因數(shù)

5、的交流電橋（1）麥克斯韋電橋（教材P 2 68 269）如圖5所示，實際電感可看作一理想電感 Lx和一損耗電阻R x串聯(lián)而成，電 橋平衡條件：LxR2 R4C3(2520)RxR2R4R3(2 5-2 1)LxQxR3C3Rx(2 5 22)2)電感比較電橋（見教材 p 2 67- 268）5、交流電橋的調(diào)節(jié)經(jīng)驗由交流電橋的平衡條件決定了在調(diào)節(jié)電橋達到平衡時 ,必須調(diào)節(jié)兩個量。兩 個量互相牽扯 ,調(diào)節(jié)比較復(fù)雜，提供以下經(jīng)驗供參考 . (1)在調(diào)節(jié)時，應(yīng)依據(jù)平衡條件區(qū)分主次調(diào)節(jié)量。通常取與被測電容或電感有關(guān)的量為主調(diào)量.如電容比較電橋，選&、C2為可調(diào)量，其中C2為主，&為次；麥

6、克 斯韋電橋中 選R3、C3為可調(diào)量，其中C3為主,R3為次.(2)次調(diào)量的初始值這樣選?。喝粼摿颗c所在橋臂中的另一元件串聯(lián)，初始值取 0，若該量與所在橋臂中的另一元件并聯(lián)， 初始值取最大。 若所在橋臂僅為本身， 當該量處在平衡條件的分子位置，初始值取0 ,當該量處在平衡條件的分母位置， 初始值取最大.(3 )對于橋臂中取固定數(shù)值參量的確定，通常根據(jù)被測電容和電感的估計數(shù)值、 可調(diào)參量的大小使電橋各臂阻抗接近相等的配置原則來確定 .(4 )電橋開始調(diào)節(jié)時應(yīng)使交流電源的輸出幅度盡量小一點。交流示零器的交流 電橋量程取足夠大，然后調(diào)節(jié)規(guī)定的可調(diào)量。先調(diào)節(jié)主調(diào)量,暫時將次調(diào)量取固定初值,使交流示零器

7、的指針出現(xiàn)第一次最小值，然后調(diào)節(jié)次調(diào)量 ,使使交流示零 器的指針出現(xiàn)第二次最小值 .如此依次反復(fù)調(diào)節(jié)，直至橋路達到最終平衡。這一 步操作歸納為六個字： 分步調(diào)，反復(fù)調(diào) .(5) 增加電源的輸出幅度， 減少示零器的量程 ,提高測量靈敏度。 重復(fù)上述調(diào)節(jié)步 驟，直到最后結(jié)果滿足一定的精度要求為止。不過在增加電源輸出幅度的同時， 要考慮橋臂中各元件是否承受得住其最大功耗的要求。(6) 用電橋測量時 ,往往總是分粗測和精測兩步來進行 ,粗測的目的是知道待元件 的大致數(shù)值和范圍 .精測的目的則是選擇合適的元件和數(shù)值，確保各量的精密度 , 也保證最后結(jié)果的準確度。6、交流電橋問題討論(1) 交流電橋的收斂

8、性(2) 交流電橋的靈敏性(3) 交流電橋的抗干擾性參考書：謝慧媛普通物理實驗指導(dǎo)P268 -P2 7 87、實驗內(nèi)容(1 )自搭電容比較電橋測量待測電容的大小及其損耗(2 )自搭麥克斯韋電橋測量待測電感的大小及其損耗? 交流毫伏表用做示零器? 信號源選“功率”輸出工作頻率選為100 OH乙工作電壓V pp選為10V (若電橋靈敏度不夠，可適當增加V PP，但不能超過橋臂中各元件的最大功 耗)? 操作步驟自擬? 數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)處理表格可參考附錄的表1自行設(shè)計8、數(shù)據(jù)處理根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算所測電容的大小 Cx和損耗tgS ；根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算所測電感的大小 Lx和品質(zhì)因數(shù)Q9、實驗討論和總結(jié)：p270 預(yù)習思考4;p2 71復(fù)習思考2附錄：表1用電容比較電橋測電容信號