rc、rl电路和磁滞回线测量

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1、RC、RL电路及磁滞回线的测量赵敏王忠合曹正东电子示波器利用电场对电子运动的影响来反映电压的瞬变过程。由于电子惯性小，荷质比大，因此示波器具有很宽的频率响应，可用以观察变化极快的电压瞬变过程。示波器能直接观测电压随时间变化的波形；还能测量频率、相位等；利用换能器还能将应变、加速度、压力等其他非电量转换成电压进行测量。【实验目的】1．了解双踪示波器显示波形的工作原理。2．学会利用双踪示波器观测电压信号。3．学会利用双踪示波器观察李萨如图形，并利用其测量正弦信号的频率。4．学会利用双踪示波器测定RC、RL电路中的相移。5．利用双踪示波器测定铁磁性材料的磁滞回线。【实验原理】1．RC电路Ui

2、为电源电压，UR为电阻R两端电压，U0为电容两端电压。则U0与Ui间相位差Ф满足以下公式。图1.RC电路2．RL电路Ui为电源电压，UL为电感L两端电压，U0为电阻R两端电压。则U0与Ui间相位差Ф满足以下公式。图2.RL电路3．利用双踪示波器测量相位差方法一：将Ui输入示波器的CH1轴，U0输入示波器的CH2轴，U0与Ui间相位差Ф满足以下公式。图3.测量相位差方法14．用双踪示波器测量相位差方法二：图4.测量相位差方法2将Ui输入示波器X偏转板，U0输入示波器的YCH2轴，得李萨如图形。U0与Ui间相位差：推导过程如下：两偏转板上电压解析式为其中，X0、Y0分别为正弦信号Ui、U0

3、的振幅。由解析式得：当X=0时，，则李萨如图形在y轴的两交点距离而由解析式得：当时，综上所述，，5．用双踪示波器观测铁磁性材料的动态磁滞回线。（1）磁介质分为顺磁质、抗磁质、铁磁质等。对于顺磁质、抗磁质，B与H成正比关系。（2）对铁磁质物质，B与H的关系可以用磁滞回线来表示。一块从未被磁化的材料在磁化时，当H由0开始逐渐增加至最大值Hm，B也由0开始逐渐增加，最后趋于不变。这段B~H曲线称为起始磁化曲线。最后B趋于不变的现象称为饱和，饱和时的磁感应强度称为饱和磁感应强度BS。当磁场由Hm减小至0，B并非沿原来的磁化曲线返回，而是滞后于H的变化。当H=0时，B=Br，称为剩余磁感应强度。

4、要想使B为0，就必须施加一反向磁场－Hc，Hc称为矫顽力。继续加大反向磁场，形成一条闭合曲线，叫饱和磁滞回线。如果初始磁化时B没有增大到最大值，而是增加到一个小一点的值，也可以得到一条磁滞回线，但这是不饱和磁滞回线。图5.铁磁性材料的饱和磁滞回线动态磁滞回线和各种磁化曲线都与交流磁场的频率有关。图6.测量动态磁滞回线电路图（3）这是用示波器测量动态磁滞回线的电路图。磁环由铁磁质物质组成。调节R2大小、Ui信号幅度及频率，可以得到饱和磁滞回线。设环状样品平均周长为，初级线圈匝数为N1，次级线匝数为N2，磁化电流为i1（注意这是交流电流瞬时值），磁感应强度为B，设样品的截面积为S根据安培环

5、路定律有，而，可得（1）可见，示波器荧光屏上电子束水平偏转大小与样品中磁场强度成正比。根据电磁感应定律，在匝数为N2的副线圈中感应电动势为（2）若副边回路中的电流为i2且电容C上的电量为q，则应有（3）在上式中已考虑到副线圈匝数N2较小，因而自感电动势可忽略不计。在选定线路参数时，有意将R2与C都选成足够大，使电容C上的电压降比起电阻上的电压降R2i2来小到可以忽略不计，从而(3)式为（4）将代入(4)式，得（5）将(2)(5)式比较，不考虑其负号（在交流电中负号相当于相位差为±π）时应有（6）将(6)式两边对时间积分，得（7）式中N2、S、R2和C都为常数，可见uC与B成正比。也就是

6、示波器荧光屏上竖直方向偏转量大小与磁感应强度成正比。至此，我们可以看出，在磁化电流变化的一周期内，示波器的光点将描绘出一条完整的磁滞回线。以后每个周期都重复此过程，结果在示波器的荧光屏上看到一稳定的磁滞回线图形。可以得到其中，磁场强度为H，磁感应强度为B，N1为初级线圈，N2为次级线圈，ι为环状样品的平均周长，样品的截面积为S,SX和SY分别为X轴和Y轴的灵敏度(V/div)，ιX和ιY分别为测量时记录的坐标值(div)。6．退磁：一块铁磁性材料有磁化经历以后，进行退磁的方法有两种。第一种方法是热退磁，即将材料加热到居里点以上，材料由铁磁质变成顺磁质，再将材料降温到居里点以下，材料就回

7、到未经磁化的初始态。第二种方法是，将材料置于交流磁场中，并逐渐减小磁场幅度，磁滞回线将逐步减小，直至成为坐标原点的一个点，材料就回到未经磁化的初始态。【实验仪器】YB1639信号发生器、XJ4328型双踪示波器、实验电路板、电阻、电容、电感元件、磁环、导线。【实验内容】1．校准示波器。2．用双踪示波器，设计两种方法测量RC电路中Ui与U0的相位差，并将其与理论值比较。(1)方法1接好RC电路，将Ui输入示波器的CH1轴，U0输入示波器的CH2轴