电桥及示波器实验

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1、惠斯通电桥惠斯通电桥一、实验目的一、实验目的电桥是用比较法测量物理量的电磁学基本测量仪器，电桥的种类很多，电桥是用比较法测量物理量的电磁学基本测量仪器，电桥的种类很多，测量中等阻值（测量中等阻值（10106欧姆）的电阻要用惠斯通单臂电桥进行测量；若要欧姆）的电阻要用惠斯通单臂电桥进行测量；若要测量更大阻值的电阻，一般采用高电阻电桥或兆欧表；而要测量阻值较小测量更大阻值的电阻，一般采用高电阻电桥或兆欧表；而要测量阻值较小的电阻，一般采用双臂电桥（开尔文电桥）。的电阻，一般采用双臂电桥（开尔文电桥）。1、掌握用惠斯通电桥测电阻的原理。、掌握用惠斯通电桥测电阻的原理。2、了解电桥灵敏度对测量结果的影

2、响，掌握电桥灵敏度的测量方法。、了解电桥灵敏度对测量结果的影响，掌握电桥灵敏度的测量方法。3、正确使用自组电桥和箱式电桥测电阻。、正确使用自组电桥和箱式电桥测电阻。二、实验仪器：二、实验仪器：直流稳压电源，电阻箱，检流计，直流稳压电源，电阻箱，检流计，QJ23型箱式电桥、待测电阻型箱式电桥、待测电阻（2004K）1 1、电桥的原理、电桥的原理三、实验原理：三、实验原理：通过通过调节各臂电阻（调节各臂电阻（R1、R2、R0）阻值）阻值,使使BD两点的电势差为零，此时两点的电势差为零，此时流过检流计的流过检流计的电流为零电流为零，称电桥达到平衡状态。，称电桥达到平衡状态。0gI 110022xRR

3、RRCRCRR C称为比率系，称为比率系，一般简单情况下一般简单情况下C=1，只需调节，只需调节R0电阻使电桥达到平衡：电阻使电桥达到平衡：1021xRCRRR 2QJ23型箱式惠斯登电桥的结构型箱式惠斯登电桥的结构 该仪器可用外接，也可用内附的该仪器可用外接，也可用内附的稳压电源稳压电源。总有效量程为。总有效量程为1；比率系数；比率系数C从到从到1000，共分七档，由比率，共分七档，由比率C转换开关指示，不同的挡位转换开关指示，不同的挡位R1、R2所代表的电阻串联值各所代表的电阻串联值各不相同。不相同。Rx=测量盘读数之和（测量盘读数之和（R0）CR0CxR注意：注意：C档位的选取原则必须用

4、最高位测量盘（档位的选取原则必须用最高位测量盘（1000），即第），即第1测量盘不测量盘不能置于能置于“0”，以获得以获得4位有效数字的电阻值。位有效数字的电阻值。待测电阻（待测电阻（2004K），所以测小电阻），所以测小电阻C选择为，测大电阻选择为，测大电阻C选择选择1.3电桥的灵敏度电桥的灵敏度S定义定义 当当电桥平衡后，将某一桥臂电阻电桥平衡后，将某一桥臂电阻R R改改变微小量变微小量R R，应，应有电流流过检流计产有电流流过检流计产生生n n格的偏转格的偏转。00()xxnnnSARRRRRR RRx x00004()nSBRRRR 本实验本实验通过改变通过改变RR0 0，引起检流计偏

5、转为引起检流计偏转为n=35n=35格，确定电桥灵敏度：格，确定电桥灵敏度：0.1()/xxSCRR 电桥灵敏度是测量电阻的误差来源之一，电桥灵敏度是测量电阻的误差来源之一，S S的单位是格，它表示改变百分的单位是格，它表示改变百分之几可使检流计指针偏转之几可使检流计指针偏转1 1格。格。S S值越大，说明电桥的灵敏度越高。值越大，说明电桥的灵敏度越高。电桥平衡时对待测电阻所带来的绝对误电桥平衡时对待测电阻所带来的绝对误差为差为RRx x由公式（由公式（C C）可得：）可得：0 1./()xxRRSD四、实验步骤：四、实验步骤：1自装惠斯通电桥测量两只未知电阻（自装惠斯通电桥测量两只未知电阻（

6、K、数量级）。数量级）。（1）按照惠斯通电桥电路接好线路，其中）按照惠斯通电桥电路接好线路，其中电源电压为电源电压为4V，检流计调零，检流计调零，比较臂电阻比较臂电阻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的的连线位置。连线位置。（2）检流计的量程放置到时）检流计的量程放置到时1mA挡，调节挡，调节R0使使电桥电桥达平衡时，将达平衡时，将R R0 0值值填入表（填入表（P163）中）中。（3 3）微小微小调整调整R0产生产生R0，使检流计指针偏转，使检流计指针偏转4格格（以检流计表上（以检流计表上3范围的刻线为准），得出

7、电桥灵敏范围的刻线为准），得出电桥灵敏度度S和待测电阻误差和待测电阻误差Rx。4n 0 xRR 004SRR =0 1./xxRRS 2直接利用箱式惠斯通电桥测量两只未知电阻。直接利用箱式惠斯通电桥测量两只未知电阻。（1 1）被测电阻被测电阻R Rx x接至接至“接线柱接线柱”。根据自装电桥测量出。根据自装电桥测量出待测电阻值的结果，选定比率转换开关的待测电阻值的结果，选定比率转换开关的挡位（挡位（C C1 1=1=1，C C2 2=10=10-1-1），），调节好测量盘上调节好测量盘上的四位电阻值。的四位电阻值。（2 2）先按下）先按下G G键，调节键，调节“调零调零”旋钮使检流计表头指针指

8、零，再断开旋钮使检流计表头指针指零，再断开G G键。键。测量时测量时先按下先按下“B B钮钮”，再，再用跃接法按用跃接法按“G”G”钮钮(按下后立即松开按下后立即松开)，观察检流，观察检流计指针的偏转方向。若指针向计指针的偏转方向。若指针向“+”+”偏，应增大测量盘电阻偏，应增大测量盘电阻R R0 0；指针向；指针向“-”-”偏偏，应减小测量盘电阻，应减小测量盘电阻R R0 0，反复调节直至检流计指零，达到电桥平衡。，反复调节直至检流计指零，达到电桥平衡。比率比率C（3）然后然后微小微小调整调整R0产生产生R0，使检流计指针偏转，使检流计指针偏转 n 4格。数据记录在格。数据记录在表（表（P1

9、63）（4 4）使用完毕）使用完毕,必须断开电源。必须断开电源。应先放开应先放开“G”，再放开，再放开“B”按钮按钮,五、数据处理及误差计算：按照五、数据处理及误差计算：按照P163表、处理实验数据。表、处理实验数据。六、实验注意事项：六、实验注意事项：1、用箱式电桥时，采用跃触开关、用箱式电桥时，采用跃触开关G避免在调节过程中有较大电流通过检避免在调节过程中有较大电流通过检流计，以保护检流计。流计，以保护检流计。2、电桥通电时间要尽量短，以免因电阻发热而变质。、电桥通电时间要尽量短，以免因电阻发热而变质。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

10、器利用电场对电子运动轨迹的影响来反映电压的瞬变过程。用它可以直接示波器利用电场对电子运动轨迹的影响来反映电压的瞬变过程。用它可以直接测定电信号的电压、相位、周期和频率等参数。还能独立观察两种信号的波形，测定电信号的电压、相位、周期和频率等参数。还能独立观察两种信号的波形，测量两个信号之间的时间差和相位差，也是显示二维图像的仪器。测量两个信号之间的时间差和相位差，也是显示二维图像的仪器。1、了解示波器的主要组成部分及工作原理，学会使用示波器和信号发生器。、了解示波器的主要组成部分及工作原理，学会使用示波器和信号发生器。2、学会利用示波器观察波形、测量电压和频率的方法。、学会利用示波器观察波形、测

11、量电压和频率的方法。3、通过观察李萨如图形，加深对于相互垂直振动合成理论的理解，并学会、通过观察李萨如图形，加深对于相互垂直振动合成理论的理解，并学会一种测量正弦振动频率的方法。一种测量正弦振动频率的方法。一、一、实验目的实验目的二、实验仪器及结构二、实验仪器及结构 示波器示波器信号发生器信号发生器同轴电缆同轴电缆 示波器由示波管和与其配合的电子线路组成。围绕二维图形的建立，示波器由示波管和与其配合的电子线路组成。围绕二维图形的建立，示波器面板设置了示波器面板设置了垂直方向调整功能、水平方向垂直方向调整功能、水平方向(扫描扫描)调整功能、触发同调整功能、触发同步系统步系统三大区域三大区域(P7

12、5P78)。三、实验原理三、实验原理1、示波管的结构：、示波管的结构：由电子枪、偏转板（由电子枪、偏转板（X轴和轴和Y轴）、荧光屏组成。轴）、荧光屏组成。包括对包括对X轴、轴、Y轴两小电压信轴两小电压信号的放大和对大电压信号的衰减号的放大和对大电压信号的衰减功能。功能。2、电信号放大和衰减系统：、电信号放大和衰减系统：垂直衰减垂直衰减放大旋钮放大旋钮水平衰减水平衰减放大旋钮放大旋钮 3、扫描系统与触发同步系统：、扫描系统与触发同步系统：示波器上的二维图像显示需示波器上的二维图像显示需Y电场电场(Y偏转偏转)和和X电场电场(X偏转偏转)共同影响电子轨迹来实现。共同影响电子轨迹来实现。对于一个电压

13、信号对于一个电压信号V=F(t)的二维函数图象显的二维函数图象显示，示，必须首先将必须首先将“时间时间t”转变成电压信号转变成电压信号才能实现。才能实现。即，电压即，电压V=F(t)加在加在Y偏转上形成偏转上形成Y电场，电场，影响电子沿影响电子沿Y轴方向的运动轨迹或位移。再轴方向的运动轨迹或位移。再用用V=Kt线性关系的锯齿波加在线性关系的锯齿波加在X偏转上形成偏转上形成X电场。电子受到电场。电子受到X电场与电场与Y电场共同影响，电场共同影响，其轨迹就将其轨迹就将V=F(t)的二维图象描述出来了。的二维图象描述出来了。V=F(t)和和V=Kt实际上是两个完全不相实际上是两个完全不相干电压信号，

14、它们的时间干电压信号，它们的时间t也是不相干的，也是不相干的，为了建立联系，示波器为此设置了触发同为了建立联系，示波器为此设置了触发同步系统。步系统。扫描系统产生锯齿波扫描系统产生锯齿波V=kt的电压，它经的电压，它经 轴放大器后，送至轴放大器后，送至 水平轴偏转板水平轴偏转板上。电子束在这样周期性锯齿波电压的作用下沿水平方向反复从左向右偏上。电子束在这样周期性锯齿波电压的作用下沿水平方向反复从左向右偏转，即转，即光点在荧光屏上自左向右往复运动光点在荧光屏上自左向右往复运动。如果锯齿波频率较高，则在屏。如果锯齿波频率较高，则在屏上呈现一条水平亮，这一过程叫上呈现一条水平亮，这一过程叫“扫描扫描

15、”，这一水平线叫扫描线。扫描电，这一水平线叫扫描线。扫描电压的频率由压的频率由“扫描范围扫描范围”和和“扫描微调扫描微调”两个旋钮调节。两个旋钮调节。触发同步装置的作用是使触发同步装置的作用是使X（水平）轴（水平）轴上扫描电压与上扫描电压与Y（垂直）轴输入的被观察（垂直）轴输入的被观察的电压保持确定的频率关系和相位关系，的电压保持确定的频率关系和相位关系，即保持同步关系，即保持同步关系，使荧光屏上的图形稳定使荧光屏上的图形稳定。本次实验中本次实验中AC-DC-GND（8，9，13，15）开关拔到开关拔到AC，“触发耦合触发耦合”（23）拔到）拔到“AC”。“触发源触发源”（24）拔到）拔到CH

16、1处。处。按按下电平（下电平（26）键）键“锁定锁定”和释抑（和释抑（27）键为）键为“自动自动”，其他所有按键开关处于弹起状态。，其他所有按键开关处于弹起状态。校准旋钮（校准旋钮（11）（）（16）（）（19）都顺时针方向）都顺时针方向旋到底的位置。旋到底的位置。4、波形的显示原理：、波形的显示原理：如果在如果在 Y轴输入正弦电压信号，又在轴输入正弦电压信号，又在X轴上加轴上加V=kt锯锯齿波电压信号齿波电压信号“模拟模拟”时间，则屏上光点轨迹显示了这时间，则屏上光点轨迹显示了这两个相互垂直振动的合成正弦波图形，如图所示。当锯两个相互垂直振动的合成正弦波图形，如图所示。当锯齿波电压和输入的正

17、弦电压的周期相等，荧光屏上将显齿波电压和输入的正弦电压的周期相等，荧光屏上将显示出一个完整的正弦波图形；若锯齿波电压的周期正好示出一个完整的正弦波图形；若锯齿波电压的周期正好是正弦电压周期的两倍时，荧光屏上将显示出两个完整是正弦电压周期的两倍时，荧光屏上将显示出两个完整的正弦波图形，依此类推。的正弦波图形，依此类推。（1）信号波形的显示信号波形的显示maxVVsint 即在荧光屏上构成简单、稳定的示波图形的条件：即在荧光屏上构成简单、稳定的示波图形的条件：X轴锯齿波电压信号的轴锯齿波电压信号的周期周期 等于等于 Y轴正弦电压信号周期轴正弦电压信号周期 的整数倍。的整数倍。为屏上完整波的数目为屏

18、上完整波的数目；f为信号的频率为信号的频率(1)1,2,3yxyxfTnnTf （2）李萨如图形李萨如图形 当当X轴输入正弦信号时，轴输入正弦信号时，Y轴输入另一正弦信号，两者信号频率成简单整轴输入另一正弦信号，两者信号频率成简单整数倍时，观察到的是电子束受两个互相垂直的谐振运动的合成图形，这种图数倍时，观察到的是电子束受两个互相垂直的谐振运动的合成图形，这种图形称李萨如图形，可用来测定信号频率。形称李萨如图形，可用来测定信号频率。X轴输入信号转换开关轴输入信号转换开关 X-Y1x2xxyyyxyxyxynTTTTnfTfTnffn fx和和fy分别为分别为x偏转板和偏转板和Y偏转板电压的频率

19、，偏转板电压的频率，ny为为垂直线与图形的最多交点垂直线与图形的最多交点数，数，nx为水平线与图形的为水平线与图形的最多交点数，由理论分析最多交点数，由理论分析可得频率和最多交点数的可得频率和最多交点数的比例关系为比例关系为:四、实验步骤四、实验步骤1、熟悉示波器和信号发生器面板上相关旋钮的作用及调试方法。、熟悉示波器和信号发生器面板上相关旋钮的作用及调试方法。2、示波器的刻线校准：、示波器的刻线校准：由示波器面板上自带的校准方波信号（由示波器面板上自带的校准方波信号（Vp-p、f1000Hz、T=1ms）。用示波器屏上刻线测量出校准信号电压用示波器屏上刻线测量出校准信号电压V和周期和周期T值

20、，分别填入表、表值，分别填入表、表4.23（P175P176），确定该示波器的测量误差系数。，确定该示波器的测量误差系数。校准信号输出与信号传输线的校准信号输出与信号传输线的红线红线连接，另一端与示波器连接，另一端与示波器CH1CH1输入连接。输入连接。误差系数误差系数=标准值标准值/测量值测量值CH1标准信标准信号输出号输出峰峰电压和周期的测量方法峰峰电压和周期的测量方法 用信号发生器产生待测信号，其信号频率必须达到（使信号波形不闪烁）用信号发生器产生待测信号，其信号频率必须达到（使信号波形不闪烁）f1000 Hz、幅度任意的、幅度任意的正弦波正弦波。然后将信号发生器的。然后将信号发生器的“

21、电压输出电压输出”与与示波器的示波器的CH1输入端连接，再调整扫描电压的频率输入端连接，再调整扫描电压的频率“旋钮旋钮”，使屏上现完整，使屏上现完整、稳定的待测信号波形，通过示波器屏上的刻线测出该信号的峰峰电压值和周、稳定的待测信号波形，通过示波器屏上的刻线测出该信号的峰峰电压值和周期。通过调节信号发生器改变输入信号的频率期。通过调节信号发生器改变输入信号的频率f和电压幅度三次，重复上述实和电压幅度三次，重复上述实验过程。验过程。注意：注意：测量电压和周测量电压和周期的单位要与衰减器期的单位要与衰减器档（档（V、mV）和扫描）和扫描时间档（时间档（ms、s）的具体单位对应。的具体单位对应。信号

22、输出端信号输出端3、观察三种待测信号（频率、振幅）的波形，并测量、观察三种待测信号（频率、振幅）的波形，并测量出待测信号的峰峰电压和周期、频率，分别将数据填出待测信号的峰峰电压和周期、频率，分别将数据填入表、表、表。入表、表、表。准确值准确值=测量值测量值*误差系数误差系数4 4、观察李萨如图形：、观察李萨如图形：首先将示波器触发源（首先将示波器触发源（2424）、）、垂直方式工作开关（垂直方式工作开关（3434）、水平）、水平方式工作开关键（方式工作开关键（3030）拔到）拔到()。信号发生器输出通道信号发生器输出通道CH1CH1产生产生f fx x=300Hz=300Hz正弦波形，与示波器

23、正弦波形，与示波器CN1CN1输入通道连接，而示波器输入通道连接，而示波器CH2CH2输入输入端与信号发生器的端与信号发生器的CH2CH2输出输出(f(fy y信信号，可调号，可调)连接。连接。3 0 0()xxyxyynnffH znn XY波叠加功能波叠加功能输入输入fx输入输入fy 调节信号发生器的信号频率调节信号发生器的信号频率 fy值，在示波器上可显示出不同值，在示波器上可显示出不同 fy fx 1 1、1 2、1 3、2 1、2 3的李萨如图形，即的李萨如图形，即fy=300、150、100、600、200Hz。并由图形记录水平、垂直线的交点数填入表中进行验证。并由图形记录水平、垂直线的交点数填入表中进行验证。X-Y