用示波器测电容设计性实验

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1、用示波器测电容摘要：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，利用示波器及电容的交流特性，可测定给定电容的大小。本实验研究了用示波器测电容器电容的方法:测RLC谐振频率。用这方法测定了未知电容，并就实验原理、实验操作、实验误差进行了分析。关键词：电容电压峰—峰值相位差谐振频率一、引言电容是常用的电学元件，是电容器的参数之一，在实际电路（特别是交流电路）中广泛应用。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

2、而被应用在不同的地方。电容大小的测量有很多种方法，在此实验中，利用前两次RLC串联谐振电路的研究和对电容和电容性质的理解，用示波器来测量电容的容量。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、实验要求1、根据实验任务，查阅有关资料，设计实验方案①根据实验任务，查阅有关资料，理解电容的交流特性，推导测量公式，画出设计电路图。②自拟实验步骤和直接测量数据的记录表格；③选择实验仪器（型号或规格）和电学元件（在实验室提供的范围内）。④对实验方案做可行性报告分析。2、根据设计实验方案，

3、将测量的数据填入表中，并与电容的标称值对比，计算测量误差。3、写出完整的实验报告，并对实验结果进行比较、分析、讨论。四、实验仪器信号发生器、双踪示波器、未知电容一个、电阻两个（R1=200Ω，R2=5100Ω5）、电感两只（L1=10mH,L2=50mH），面包板一个、导线若干。五、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。

4、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，)5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

5、，整个电路呈电容性；（2）当时，，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或(9)可求得C：(10)5六、实验内容实验步骤(1)电路连接如图1，其中.(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

6、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。七、数据处理和分析测RLC谐振频率R=200Ωf（KHz）1.032.033.034.035.035.135.23R上电压U（V）0.741.452.253.13.73.73.8R=200Ωf（KHz）5.435.535.635.735.836.03R上电压U（V）3.73.653.63.553.553.4数据处理：5=0.0998uF=99.8nF绝对误差：相对误差：八、实验误差分析1、系统误差（1）仪器不精确,造

7、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就进行读数（3）读数误差八、结束语本次实验很大的一个特点就是以前两次实验为基础，可以自行选择不同的实验方法，让我们对物理实验有了一个深刻的认识：俗话说实践出真知，只有经过实践检验的知识，才能算得上是真正的知识。在本实验中，我们选择了RLC电路的连接方法，选用104电容，并用示波器测量电容。在测量的过程中，尽管实验数据较为繁琐，电路连接比较麻烦，有时

8、候示波器的图像显示不出来，但我们还是耐心的完成了实验，达到了实验目的。九、参考文献[1]书籍：赵丽华等.新编大学物理实验.浙江大学出版社.2007[2]网站：http://wenku.baidu.com/view/11ffbc1eb7360b4c2e3f640e.html5