電橋及示波器實驗

1、惠斯通電橋惠斯通電橋一、實驗目的一、實驗目的電橋是用比較法測量物理量的電磁學基本測量儀器，電橋的種類很多，電橋是用比較法測量物理量的電磁學基本測量儀器，電橋的種類很多，測量中等阻值（測量中等阻值（10106歐姆）的電阻要用惠斯通單臂電橋進行測量；若要歐姆）的電阻要用惠斯通單臂電橋進行測量；若要測量更大阻值的電阻，一般采用高電阻電橋或兆歐表；而要測量阻值較小測量更大阻值的電阻，一般采用高電阻電橋或兆歐表；而要測量阻值較小的電阻，一般采用雙臂電橋（開爾文電橋）。的電阻，一般采用雙臂電橋（開爾文電橋）。 1、掌握用惠斯通電橋測電阻的原理。、掌握用惠斯通電橋測電阻的原理。2、了解電橋靈敏度對測量結果的

2、影響，掌握電橋靈敏度的測量方法。、了解電橋靈敏度對測量結果的影響，掌握電橋靈敏度的測量方法。3、正確使用自組電橋和箱式電橋測電阻。、正確使用自組電橋和箱式電橋測電阻。二、實驗儀器：二、實驗儀器：直流穩(wěn)壓電源，電阻箱，檢流計，直流穩(wěn)壓電源，電阻箱，檢流計，QJ23型箱式電橋、待測電阻型箱式電橋、待測電阻（2004K）1 1、電橋的原理、電橋的原理三、實驗原理：三、實驗原理： 通過通過調節(jié)各臂電阻（調節(jié)各臂電阻（R1、R2、R0）阻值）阻值,使使BD兩點的電勢差為零，此時兩點的電勢差為零，此時流過檢流計的流過檢流計的電流為零電流為零 ，稱電橋達到平衡狀態(tài)。，稱電橋達到平衡狀態(tài)。0gI 110022

3、xRRRRCRCRR C稱為比率系，稱為比率系，一般簡單情況下一般簡單情況下C=1，只需調節(jié)，只需調節(jié)R0電阻使電橋達到平衡：電阻使電橋達到平衡：1021xRCRRR 2QJ23型箱式惠斯登電橋的結構型箱式惠斯登電橋的結構 該儀器可用外接，也可用內附的該儀器可用外接，也可用內附的穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源?？傆行Я砍虨椤？傆行Я砍虨?11.11；比率系數(shù)；比率系數(shù)C從從0.001到到1000，共分七檔，由比率，共分七檔，由比率C轉換開關指示，不同的擋位轉換開關指示，不同的擋位R1、R2所代表的所代表的電阻串聯(lián)值各不相同。電阻串聯(lián)值各不相同。 Rx=測量盤讀數(shù)之和（測量盤讀數(shù)之和（R0）CR0CxR注意：

4、注意：C檔位的選取原則必須用最高位測量盤（檔位的選取原則必須用最高位測量盤（1000），即第），即第1測量盤不測量盤不能置于能置于“0”， 以獲得以獲得4位有效數(shù)字的電阻值。位有效數(shù)字的電阻值。 待測電阻（待測電阻（2004K），所以測小電阻），所以測小電阻C選擇為選擇為0.1，測大電阻，測大電阻C選擇選擇1.3電橋的靈敏度電橋的靈敏度S定義定義 因為因為電橋平衡后，將任意一個橋臂電電橋平衡后，將任意一個橋臂電阻阻R R改變微小量改變微小量R R，都，都有電流流過檢流有電流流過檢流計，并產(chǎn)生計，并產(chǎn)生n n格的偏轉格的偏轉。00( )xxnnnSARRRRRRRRx x00004( )nSBR

5、RRR 本實驗本實驗通過改變通過改變RR0 0，引起檢流計偏轉為引起檢流計偏轉為n=35n=35格，確定電橋靈敏度：格，確定電橋靈敏度：0.1( )/xxSCRR 電橋靈敏度是測量電阻的誤差來源之一，電橋靈敏度是測量電阻的誤差來源之一，S S的單位是格，它表示改變百分的單位是格，它表示改變百分之幾可使檢流計指針偏轉之幾可使檢流計指針偏轉1 1格。格。S S值越大，說明電橋的靈敏度越高。值越大，說明電橋的靈敏度越高。電橋平衡時對待測電阻所帶來的絕對誤電橋平衡時對待測電阻所帶來的絕對誤差為差為RRx x由公式（由公式（C C）可得：）可得：0 1 ./()xxRRSD四、實驗步驟：四、實驗步驟：1

6、自裝惠斯通電橋測量兩只未知電阻（自裝惠斯通電橋測量兩只未知電阻（K、數(shù)量級）。數(shù)量級）。（1）按照惠斯通電橋電路接好線路，其中）按照惠斯通電橋電路接好線路，其中電源電壓為電源電壓為4V，檢流計調零，檢流計調零，比較臂電阻比較臂電阻R R1 1、R R2 2(500-6000)(500-6000)的比值的比值C=1。注意。注意R Rx x、R0的的連線位置。連線位置。（2）先將檢流計量程放置在）先將檢流計量程放置在1mA擋，調節(jié)擋，調節(jié)R0使使電橋電橋達平衡，再將達平衡，再將檢流計量程放置在檢流計量程放置在300A擋，調節(jié)擋，調節(jié)R0使電橋使電橋再次達平衡，此時將再次達平衡，此時將R R0 0值

7、值填入表填入表4.20（P163）中）中。（3 3）再）再微小微小調整調整R0產(chǎn)生微小改變量產(chǎn)生微小改變量R0，使檢流計，使檢流計指針偏轉指針偏轉4格（以檢流計表上格（以檢流計表上3范圍的刻線為準），范圍的刻線為準），得出電橋靈敏度得出電橋靈敏度S和待測電阻誤差和待測電阻誤差Rx 。4n 0 xRR 004SRR =0 1 ./xxRRS 2直接利用箱式惠斯通電橋測量兩只未知電阻。直接利用箱式惠斯通電橋測量兩只未知電阻。（1 1）被測電阻被測電阻R Rx x接至接至“接線柱接線柱”。根據(jù)自裝電橋測量出。根據(jù)自裝電橋測量出待測電阻值的結果，選定比率轉換開關的待測電阻值的結果，選定比率轉換開關的擋

8、位（擋位（C C1 1=1=1，C C2 2=10=10-1-1），），調節(jié)好測量盤上調節(jié)好測量盤上的四位電阻值。的四位電阻值。（2 2）先按下）先按下G G鍵，調節(jié)鍵，調節(jié)“調零調零”旋鈕使檢流計表頭指針指零，再斷開旋鈕使檢流計表頭指針指零，再斷開G G鍵。鍵。測量時測量時先按下先按下“B B鈕鈕”，再，再用躍接法按用躍接法按“G” G” 鈕鈕( (按下后立即松開按下后立即松開) )，觀察檢流，觀察檢流計指針的偏轉方向。若指針向計指針的偏轉方向。若指針向“+”+”偏，應增大測量盤電阻偏，應增大測量盤電阻R R0 0；指針向；指針向“-”-”偏偏，應減小測量盤電阻，應減小測量盤電阻R R0 0

9、，反復調節(jié)直至檢流計指零，達到電橋平衡。，反復調節(jié)直至檢流計指零，達到電橋平衡。比率比率C（3）然后然后微小微小調整調整R0產(chǎn)生產(chǎn)生R0，使檢流計指針偏轉，使檢流計指針偏轉 n 4格。數(shù)據(jù)記錄在格。數(shù)據(jù)記錄在表表4.21（P163）（4 4）使用完畢）使用完畢, ,必須斷開電源。必須斷開電源。應先放開應先放開“G”，再放開，再放開“B”按鈕按鈕, ,五、數(shù)據(jù)處理及誤差計算：按照五、數(shù)據(jù)處理及誤差計算：按照P163表表4.20、4.21處理實驗數(shù)據(jù)。處理實驗數(shù)據(jù)。六、實驗注意事項：六、實驗注意事項： 1、用箱式電橋時，采用躍觸開關、用箱式電橋時，采用躍觸開關G避免在調節(jié)過程中有較大電流通過檢避免

10、在調節(jié)過程中有較大電流通過檢流計，以保護檢流計。流計，以保護檢流計。 2、電橋通電時間要盡量短，以免因電阻發(fā)熱而變質。、電橋通電時間要盡量短，以免因電阻發(fā)熱而變質。示波器使用示波器使用(P75P78)(P75P78)示波器原理和使用示波器原理和使用示波器利用電場對電子運動軌跡的影響來反映電壓的瞬變過程。用它可以直接示波器利用電場對電子運動軌跡的影響來反映電壓的瞬變過程。用它可以直接測定電信號的電壓、相位、周期和頻率等參數(shù)。還能獨立觀察兩種信號的波形，測定電信號的電壓、相位、周期和頻率等參數(shù)。還能獨立觀察兩種信號的波形，測量兩個信號之間的時間差和相位差，也是顯示二維圖像的儀器。測量兩個信號之間的

11、時間差和相位差，也是顯示二維圖像的儀器。1、了解示波器的主要組成部分及工作原理，學會使用示波器和信號發(fā)生器。、了解示波器的主要組成部分及工作原理，學會使用示波器和信號發(fā)生器。2、學會利用示波器觀察波形、測量電壓和頻率的方法。、學會利用示波器觀察波形、測量電壓和頻率的方法。3、通過觀察李薩如圖形，加深對于相互垂直振動合成理論的理解，并學會、通過觀察李薩如圖形，加深對于相互垂直振動合成理論的理解，并學會一種測量正弦振動頻率的方法。一種測量正弦振動頻率的方法。一、一、實驗目的實驗目的二、實驗儀器及結構二、實驗儀器及結構 示波器示波器信號發(fā)生器信號發(fā)生器同軸電纜同軸電纜 示波器由示波管和與其配合的電子

12、線路組成。圍繞二維圖形的建立，示波器由示波管和與其配合的電子線路組成。圍繞二維圖形的建立，示波器面板設置了示波器面板設置了垂直方向調整功能、水平方向垂直方向調整功能、水平方向(掃描掃描)調整功能、觸發(fā)同調整功能、觸發(fā)同步系統(tǒng)步系統(tǒng)三大區(qū)域三大區(qū)域(P75P78)。三、實驗原理三、實驗原理1、示波管的結構：、示波管的結構：由電子槍、偏轉板（由電子槍、偏轉板（X軸和軸和Y軸）、熒光屏組成。軸）、熒光屏組成。 包括對包括對X軸、軸、Y軸兩小電壓信軸兩小電壓信號的放大和對大電壓信號的衰減號的放大和對大電壓信號的衰減功能。功能。2、電信號放大和衰減系統(tǒng)：、電信號放大和衰減系統(tǒng)：垂直衰減垂直衰減放大旋鈕放

13、大旋鈕水平衰減水平衰減放大旋鈕放大旋鈕 3、掃描系統(tǒng)與觸發(fā)同步系統(tǒng)：、掃描系統(tǒng)與觸發(fā)同步系統(tǒng)： 示波器上的二維圖像顯示需示波器上的二維圖像顯示需Y電場電場(Y偏轉偏轉)和和X電場電場(X偏轉偏轉)共同影響電子軌跡來實現(xiàn)。共同影響電子軌跡來實現(xiàn)。對于一個電壓信號對于一個電壓信號V=F(t)的二維函數(shù)圖象顯的二維函數(shù)圖象顯示，示，必須首先將必須首先將“時間時間t”轉變成電壓信號轉變成電壓信號才能實現(xiàn)。才能實現(xiàn)。 即，電壓即，電壓V=F(t)加在加在Y偏轉上形成偏轉上形成Y電場，電場，影響電子沿影響電子沿Y軸方向的運動軌跡或位移。再軸方向的運動軌跡或位移。再用用V=Kt線性關系的鋸齒波加在線性關系的

14、鋸齒波加在X偏轉上形成偏轉上形成X電場。電子受到電場。電子受到X電場與電場與Y電場共同影響，電場共同影響，其軌跡就將其軌跡就將V=F(t)的二維圖象描述出來了。的二維圖象描述出來了。 V=F(t)和和V=Kt實際上是兩個完全不相實際上是兩個完全不相干電壓信號，它們的時間干電壓信號，它們的時間t也是不相干的，也是不相干的，為了建立聯(lián)系，示波器為此設置了觸發(fā)同為了建立聯(lián)系，示波器為此設置了觸發(fā)同步系統(tǒng)。步系統(tǒng)。4、波形的顯示原理：、波形的顯示原理： 如果在如果在 Y軸輸入正弦電壓信號，又在軸輸入正弦電壓信號，又在X軸上加軸上加V=kt鋸鋸齒波電壓信號齒波電壓信號“模擬模擬”時間，則屏上光點軌跡顯示

15、了這時間，則屏上光點軌跡顯示了這兩個相互垂直振動的合成正弦波圖形，如圖所示。當鋸兩個相互垂直振動的合成正弦波圖形，如圖所示。當鋸齒波電壓和輸入的正弦電壓的周期相等，熒光屏上將顯齒波電壓和輸入的正弦電壓的周期相等，熒光屏上將顯示出一個完整的正弦波圖形；若鋸齒波電壓的周期正好示出一個完整的正弦波圖形；若鋸齒波電壓的周期正好是正弦電壓周期的兩倍時，熒光屏上將顯示出兩個完整是正弦電壓周期的兩倍時，熒光屏上將顯示出兩個完整的正弦波圖形，依此類推。的正弦波圖形，依此類推。（1） 信號波形的顯示信號波形的顯示maxVVsint 即在熒光屏上構成簡單、穩(wěn)定的示波圖形的條件：即在熒光屏上構成簡單、穩(wěn)定的示波圖形

16、的條件： X軸鋸齒波電壓信號的軸鋸齒波電壓信號的周期周期 等于等于 Y軸正弦電壓信號周期軸正弦電壓信號周期 的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。為屏上完整波的數(shù)目為屏上完整波的數(shù)目；f為信號的頻率為信號的頻率(1)1,2,3yxyxfTnnTf（2） 李薩如圖形李薩如圖形 當當X軸輸入正弦信號時，軸輸入正弦信號時，Y軸輸入另一正弦信號，兩者信號頻率成簡單整軸輸入另一正弦信號，兩者信號頻率成簡單整數(shù)倍時，觀察到的是電子束受兩個互相垂直的諧振運動的合成圖形，這種圖數(shù)倍時，觀察到的是電子束受兩個互相垂直的諧振運動的合成圖形，這種圖形稱李薩如圖形，可用來測定信號頻率。形稱李薩如圖形，可用來測定信號頻率。X軸輸入信號轉

17、換開關軸輸入信號轉換開關 X-Y1x2xxyyyxyxyxynTTTTnfTfTnffn fx和和fy分別為分別為x偏轉板和偏轉板和Y偏轉板電壓的頻率，偏轉板電壓的頻率，ny為為垂直線與圖形的最多交點垂直線與圖形的最多交點數(shù)，數(shù)，nx為水平線與圖形的為水平線與圖形的最多交點數(shù)，由理論分析最多交點數(shù)，由理論分析可得頻率和最多交點數(shù)的可得頻率和最多交點數(shù)的比例關系為比例關系為:四、實驗步驟四、實驗步驟1、熟悉示波器和信號發(fā)生器面板上相關旋鈕的作用及調試方法。、熟悉示波器和信號發(fā)生器面板上相關旋鈕的作用及調試方法。2、示波器的刻線校準：、示波器的刻線校準： 由示波器面板上自帶的校準方波信號（由示波器

18、面板上自帶的校準方波信號（ Vp-p2.0V、 f1000Hz、T=1ms） 。用示波器屏上刻線測量出校準信號電壓。用示波器屏上刻線測量出校準信號電壓V和周期和周期T值，分別填入值，分別填入表表4.22、表、表4.23 （P175P176） ，確定該示波器的測量誤差系數(shù)。，確定該示波器的測量誤差系數(shù)。 校準信號輸出與信號傳輸線的校準信號輸出與信號傳輸線的紅線紅線連接，另一端與示波器連接，另一端與示波器CH1CH1輸入連接。輸入連接。 誤差系數(shù)誤差系數(shù)=標準值標準值 / 測量值測量值CH1標準信標準信號輸出號輸出峰峰電壓和周期的測量方法峰峰電壓和周期的測量方法 用信號發(fā)生器產(chǎn)生待測信號，其信號頻

19、率必須達到（使信號波形不閃爍）用信號發(fā)生器產(chǎn)生待測信號，其信號頻率必須達到（使信號波形不閃爍）f1000 Hz、幅度任意的、幅度任意的正弦波正弦波。然后將信號發(fā)生器的。然后將信號發(fā)生器的“電壓輸出電壓輸出”與與示波器的示波器的CH1輸入端連接，再調整掃描電壓的頻率輸入端連接，再調整掃描電壓的頻率“旋鈕旋鈕”，使屏上現(xiàn)完整，使屏上現(xiàn)完整、穩(wěn)定的待測信號波形，通過示波器屏上的刻線測出該信號的峰峰電壓值和周、穩(wěn)定的待測信號波形，通過示波器屏上的刻線測出該信號的峰峰電壓值和周期。通過調節(jié)信號發(fā)生器改變輸入信號的頻率期。通過調節(jié)信號發(fā)生器改變輸入信號的頻率f和電壓幅度三次，重復上述實和電壓幅度三次，重復上述實驗過程。驗過程。注意：注意：測量電壓和周測量電壓和周期的單位要與衰減器期的單位要與衰減器檔（檔（V、mV）和掃描）和掃描時間檔（時間檔（ms、s）的具體單位對應。的具體單位對應。信號輸出端