電橋及示波器實(shí)驗(yàn)

1、惠斯通電橋惠斯通電橋一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康碾姌蚴怯帽容^法測(cè)量物理量的電磁學(xué)基本測(cè)量?jī)x器，電橋的種類很多，電橋是用比較法測(cè)量物理量的電磁學(xué)基本測(cè)量?jī)x器，電橋的種類很多，測(cè)量中等阻值（測(cè)量中等阻值（10106歐姆）的電阻要用惠斯通單臂電橋進(jìn)行測(cè)量；若要?dú)W姆）的電阻要用惠斯通單臂電橋進(jìn)行測(cè)量；若要測(cè)量更大阻值的電阻，一般采用高電阻電橋或兆歐表；而要測(cè)量阻值較小測(cè)量更大阻值的電阻，一般采用高電阻電橋或兆歐表；而要測(cè)量阻值較小的電阻，一般采用雙臂電橋（開(kāi)爾文電橋）。的電阻，一般采用雙臂電橋（開(kāi)爾文電橋）。 1、掌握用惠斯通電橋測(cè)電阻的原理。、掌握用惠斯通電橋測(cè)電阻的原理。2、了解電橋靈敏度對(duì)測(cè)量結(jié)果的

2、影響，掌握電橋靈敏度的測(cè)量方法。、了解電橋靈敏度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，掌握電橋靈敏度的測(cè)量方法。3、正確使用自組電橋和箱式電橋測(cè)電阻。、正確使用自組電橋和箱式電橋測(cè)電阻。二、實(shí)驗(yàn)儀器：二、實(shí)驗(yàn)儀器：直流穩(wěn)壓電源，電阻箱，檢流計(jì)，直流穩(wěn)壓電源，電阻箱，檢流計(jì)，QJ23型箱式電橋、待測(cè)電阻型箱式電橋、待測(cè)電阻（2004K）1 1、電橋的原理、電橋的原理三、實(shí)驗(yàn)原理：三、實(shí)驗(yàn)原理： 通過(guò)通過(guò)調(diào)節(jié)各臂電阻（調(diào)節(jié)各臂電阻（R1、R2、R0）阻值）阻值,使使BD兩點(diǎn)的電勢(shì)差為零，此時(shí)兩點(diǎn)的電勢(shì)差為零，此時(shí)流過(guò)檢流計(jì)的流過(guò)檢流計(jì)的電流為零電流為零 ，稱電橋達(dá)到平衡狀態(tài)。，稱電橋達(dá)到平衡狀態(tài)。0gI 110022

3、xRRRRCRCRR C稱為比率系，稱為比率系，一般簡(jiǎn)單情況下一般簡(jiǎn)單情況下C=1，只需調(diào)節(jié)，只需調(diào)節(jié)R0電阻使電橋達(dá)到平衡：電阻使電橋達(dá)到平衡：1021xRCRRR 2QJ23型箱式惠斯登電橋的結(jié)構(gòu)型箱式惠斯登電橋的結(jié)構(gòu) 該儀器可用外接，也可用內(nèi)附的該儀器可用外接，也可用內(nèi)附的穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源?？傆行Я砍虨?。總有效量程為111.11；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(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)指示，不同的擋位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)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(cè)量盤讀數(shù)之和（測(cè)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(cè)量盤（檔位的選取原則必須用最高位測(cè)量盤（1000），即第），即第1測(cè)量盤不測(cè)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(cè)電阻（待測(cè)電阻（2004K），所以測(cè)小電阻），所以測(cè)小電阻C選擇為選擇為0.1，測(cè)大電阻，測(cè)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?yàn)橐驗(yàn)殡姌蚱胶夂螅瑢⑷我庖粋€(gè)橋臂電電橋平衡后，將任意一個(gè)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(guò)檢流有電流流過(guò)檢流計(jì)，并產(chǎn)生計(jì)，并產(chǎn)生n n格的偏轉(zhuǎn)格的偏轉(zhuǎn)。00( )xxnnnSARRRRRRRRx x00004( )nSBR

5、RRR 本實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變通過(guò)改變RR0 0，引起檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)為引起檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)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(cè)量電阻的誤差來(lái)源之一，電橋靈敏度是測(cè)量電阻的誤差來(lái)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(jì)指針偏轉(zhuǎn)之幾可使檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)1 1格。格。S S值越大，說(shuō)明電橋的靈敏度越高。值越大，說(shuō)明電橋的靈敏度越高。電橋平衡時(shí)對(duì)待測(cè)電阻所帶來(lái)的絕對(duì)誤電橋平衡時(shí)對(duì)待測(cè)電阻所帶來(lái)的絕對(duì)誤差為差為RRx x由公式（由公式（C C）可得：）可得：0 1 ./()xxRRSD四、實(shí)驗(yàn)步驟：四、實(shí)驗(yàn)步驟：1

6、自裝惠斯通電橋測(cè)量?jī)芍晃粗娮瑁ㄗ匝b惠斯通電橋測(cè)量?jī)芍晃粗娮瑁↘、數(shù)量級(jí)）。數(shù)量級(jí)）。（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(jì)調(diào)零，檢流計(jì)調(diào)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(jì)量程放置在）先將檢流計(jì)量程放置在1mA擋，調(diào)節(jié)擋，調(diào)節(jié)R0使使電橋電橋達(dá)平衡，再將達(dá)平衡，再將檢流計(jì)量程放置在檢流計(jì)量程放置在300A擋，調(diào)節(jié)擋，調(diào)節(jié)R0使電橋使電橋再次達(dá)平衡，此時(shí)將再次達(dá)平衡，此時(shí)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(diào)整調(diào)整R0產(chǎn)生微小改變量產(chǎn)生微小改變量R0，使檢流計(jì)，使檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)指針偏轉(zhuǎn)4格（以檢流計(jì)表上格（以檢流計(jì)表上3范圍的刻線為準(zhǔn)），范圍的刻線為準(zhǔn)），得出電橋靈敏度得出電橋靈敏度S和待測(cè)電阻誤差和待測(cè)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(cè)量?jī)芍晃粗娮琛Ｖ苯永孟涫交菟雇姌驕y(cè)量?jī)芍晃粗娮?。? 1）被測(cè)電阻被測(cè)電阻R Rx x接至接至“接線柱接線柱”。根據(jù)自裝電橋測(cè)量出。根據(jù)自裝電橋測(cè)量出待測(cè)電阻值的結(jié)果，選定比率轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的待測(cè)電阻值的結(jié)果，選定比率轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的擋

8、位（擋位（C C1 1=1=1，C C2 2=10=10-1-1），），調(diào)節(jié)好測(cè)量盤上調(diào)節(jié)好測(cè)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(diào)節(jié)鍵，調(diào)節(jié)“調(diào)零調(diào)零”旋鈕使檢流計(jì)表頭指針指零，再斷開(kāi)旋鈕使檢流計(jì)表頭指針指零，再斷開(kāi)G G鍵。鍵。測(cè)量時(shí)測(cè)量時(shí)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(kāi)按下后立即松開(kāi)) )，觀察檢流，觀察檢流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向。若指針向計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向。若指針向“+”+”偏，應(yīng)增大測(cè)量盤電阻偏，應(yīng)增大測(cè)量盤電阻R R0 0；指針向；指針向“-”-”偏偏，應(yīng)減小測(cè)量盤電阻，應(yīng)減小測(cè)量盤電阻R R0 0

9、，反復(fù)調(diào)節(jié)直至檢流計(jì)指零，達(dá)到電橋平衡。，反復(fù)調(diào)節(jié)直至檢流計(jì)指零，達(dá)到電橋平衡。比率比率C（3）然后然后微小微小調(diào)整調(diào)整R0產(chǎn)生產(chǎn)生R0，使檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，使檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn) 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(kāi)電源。必須斷開(kāi)電源。應(yīng)先放開(kāi)應(yīng)先放開(kāi)“G”，再放開(kāi)，再放開(kāi)“B”按鈕按鈕, ,五、數(shù)據(jù)處理及誤差計(jì)算：按照五、數(shù)據(jù)處理及誤差計(jì)算：按照P163表表4.20、4.21處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)： 1、用箱式電橋時(shí)，采用躍觸開(kāi)關(guān)、用箱式電橋時(shí)，采用躍觸開(kāi)關(guān)G避免在調(diào)節(jié)過(guò)程中有較大電流通過(guò)檢避免

10、在調(diào)節(jié)過(guò)程中有較大電流通過(guò)檢流計(jì)，以保護(hù)檢流計(jì)。流計(jì)，以保護(hù)檢流計(jì)。 2、電橋通電時(shí)間要盡量短，以免因電阻發(fā)熱而變質(zhì)。、電橋通電時(shí)間要盡量短，以免因電阻發(fā)熱而變質(zhì)。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(chǎng)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)軌跡的影響來(lái)反映電壓的瞬變過(guò)程。用它可以直接示波器利用電場(chǎng)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)軌跡的影響來(lái)反映電壓的瞬變過(guò)程。用它可以直接測(cè)定電信號(hào)的電壓、相位、周期和頻率等參數(shù)。還能獨(dú)立觀察兩種信號(hào)的波形，測(cè)定電信號(hào)的電壓、相位、周期和頻率等參數(shù)。還能獨(dú)立觀察兩種信號(hào)的波形，測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)之間的時(shí)間差和相位差，也是顯示二維圖像的儀器。測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)之間的

11、時(shí)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(xué)會(huì)使用示波器和信號(hào)發(fā)生器。、了解示波器的主要組成部分及工作原理，學(xué)會(huì)使用示波器和信號(hào)發(fā)生器。2、學(xué)會(huì)利用示波器觀察波形、測(cè)量電壓和頻率的方法。、學(xué)會(huì)利用示波器觀察波形、測(cè)量電壓和頻率的方法。3、通過(guò)觀察李薩如圖形，加深對(duì)于相互垂直振動(dòng)合成理論的理解，并學(xué)會(huì)、通過(guò)觀察李薩如圖形，加深對(duì)于相互垂直振動(dòng)合成理論的理解，并學(xué)會(huì)一種測(cè)量正弦振動(dòng)頻率的方法。一種測(cè)量正弦振動(dòng)頻率的方法。一、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)儀器及結(jié)構(gòu)二、實(shí)驗(yàn)儀器及結(jié)構(gòu) 示波器示波器信號(hào)發(fā)生器信號(hào)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(shè)置了示波器面板設(shè)置了垂直方向調(diào)整功能、水平方向垂直方向調(diào)整功能、水平方向(掃描掃描)調(diào)整功能、觸發(fā)同調(diào)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(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理1、示波管的結(jié)構(gòu)：、示波管的結(jié)構(gòu)：由電子槍、偏轉(zhuǎn)板（由電子槍、偏轉(zhuǎn)板（X軸和軸和Y軸）、熒光屏組成。軸）、熒光屏組成。 包括對(duì)包括對(duì)X軸、軸、Y軸兩小電壓信軸兩小電壓信號(hào)的放大和對(duì)大電壓信號(hào)的衰減號(hào)的放大和對(duì)大電壓信號(hào)的衰減功能。功能。2、電信號(hào)放大和衰減系統(tǒng)：、電信號(hào)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(chǎng)電場(chǎng)(Y偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn))和和X電場(chǎng)電場(chǎng)(X偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn))共同影響電子軌跡來(lái)實(shí)現(xiàn)。共同影響電子軌跡來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一個(gè)電壓信號(hào)對(duì)于一個(gè)電壓信號(hào)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(shí)間時(shí)間t”轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)才能實(shí)現(xiàn)。才能實(shí)現(xiàn)。 即，電壓即，電壓V=F(t)加在加在Y偏轉(zhuǎn)上形成偏轉(zhuǎn)上形成Y電場(chǎng)，電場(chǎng)，影響電子沿影響電子沿Y軸方向的運(yùn)動(dòng)軌跡或位移。再軸方向的運(yùn)動(dòng)軌跡或位移。再用用V=Kt線性關(guān)系的鋸齒波加在線性關(guān)系的

14、鋸齒波加在X偏轉(zhuǎn)上形成偏轉(zhuǎn)上形成X電場(chǎng)。電子受到電場(chǎng)。電子受到X電場(chǎng)與電場(chǎng)與Y電場(chǎng)共同影響，電場(chǎng)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(lái)了。的二維圖象描述出來(lái)了。 V=F(t)和和V=Kt實(shí)際上是兩個(gè)完全不相實(shí)際上是兩個(gè)完全不相干電壓信號(hào)，它們的時(shí)間干電壓信號(hào)，它們的時(shí)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(shè)置了觸發(fā)同為了建立聯(lián)系，示波器為此設(shè)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(hào)，又在軸輸入正弦電壓信號(hào)，又在X軸上加軸上加V=kt鋸鋸齒波電壓信號(hào)齒波電壓信號(hào)“模擬模擬”時(shí)間，則屏上光點(diǎn)軌跡顯示

15、了這時(shí)間，則屏上光點(diǎn)軌跡顯示了這兩個(gè)相互垂直振動(dòng)的合成正弦波圖形，如圖所示。當(dāng)鋸兩個(gè)相互垂直振動(dòng)的合成正弦波圖形，如圖所示。當(dāng)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(gè)完整的正弦波圖形；若鋸齒波電壓的周期正好示出一個(gè)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(shí)，熒光屏上將顯示出兩個(gè)完整是正弦電壓周期的兩倍時(shí)，熒光屏上將顯示出兩個(gè)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(hào)波形的顯示信號(hào)波形的顯示maxVVsint 即在熒光屏上構(gòu)成簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的示波圖形的條件：即在熒光屏上構(gòu)成簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的示波圖形

16、的條件： X軸鋸齒波電壓信號(hào)的軸鋸齒波電壓信號(hào)的周期周期 等于等于 Y軸正弦電壓信號(hào)周期軸正弦電壓信號(hào)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(hào)的頻率為信號(hào)的頻率(1)1,2,3yxyxfTnnTf（2） 李薩如圖形李薩如圖形 當(dāng)當(dāng)X軸輸入正弦信號(hào)時(shí)，軸輸入正弦信號(hào)時(shí)，Y軸輸入另一正弦信號(hào)，兩者信號(hào)頻率成簡(jiǎn)單整軸輸入另一正弦信號(hào)，兩者信號(hào)頻率成簡(jiǎn)單整數(shù)倍時(shí)，觀察到的是電子束受兩個(gè)互相垂直的諧振運(yùn)動(dòng)的合成圖形，這種圖數(shù)倍時(shí)，觀察到的是電子束受兩個(gè)互相垂直的諧振運(yùn)動(dòng)的合成圖形，這種圖形稱李薩如圖形，可用來(lái)測(cè)定信號(hào)頻率。形稱李薩如圖形，可用來(lái)測(cè)定信號(hào)頻率。X軸輸入信號(hào)轉(zhuǎn)

17、換開(kāi)關(guān)軸輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) X-Y1x2xxyyyxyxyxynTTTTnfTfTnffn fx和和fy分別為分別為x偏轉(zhuǎn)板和偏轉(zhuǎn)板和Y偏轉(zhuǎn)板電壓的頻率，偏轉(zhuǎn)板電壓的頻率，ny為為垂直線與圖形的最多交點(diǎn)垂直線與圖形的最多交點(diǎn)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(diǎn)數(shù)，由理論分析最多交點(diǎn)數(shù)，由理論分析可得頻率和最多交點(diǎn)數(shù)的可得頻率和最多交點(diǎn)數(shù)的比例關(guān)系為比例關(guān)系為:四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟1、熟悉示波器和信號(hào)發(fā)生器面板上相關(guān)旋鈕的作用及調(diào)試方法。、熟悉示波器和信號(hào)發(fā)生器面板上相關(guān)旋鈕的作用及調(diào)試方法。2、示波器的刻線校準(zhǔn)：、示波器的刻線校準(zhǔn)： 由示波器面板上自帶的校準(zhǔn)方波信號(hào)（由示波器

18、面板上自帶的校準(zhǔn)方波信號(hào)（ Vp-p2.0V、 f1000Hz、T=1ms） 。用示波器屏上刻線測(cè)量出校準(zhǔn)信號(hào)電壓。用示波器屏上刻線測(cè)量出校準(zhǔn)信號(hào)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(cè)量誤差系數(shù)。，確定該示波器的測(cè)量誤差系數(shù)。 校準(zhǔn)信號(hào)輸出與信號(hào)傳輸線的校準(zhǔn)信號(hào)輸出與信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值 / 測(cè)量值測(cè)量值CH1標(biāo)準(zhǔn)信標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出號(hào)輸出峰峰電壓和周期的測(cè)量方法峰峰電壓和周期的測(cè)量方法 用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生待測(cè)信號(hào)，其信號(hào)頻

19、率必須達(dá)到（使信號(hào)波形不閃爍）用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生待測(cè)信號(hào)，其信號(hào)頻率必須達(dá)到（使信號(hào)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(hào)發(fā)生器的。然后將信號(hào)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(diào)整掃描電壓的頻率輸入端連接，再調(diào)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(cè)信號(hào)波形，通過(guò)示波器屏上的刻線測(cè)出該信號(hào)的峰峰電壓值和周、穩(wěn)定的待測(cè)信號(hào)波形，通過(guò)示波器屏上的刻線測(cè)出該信號(hào)的峰峰電壓值和周期。通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器改變輸入信號(hào)的頻率期。通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器改變輸入信號(hào)的頻率f和電壓幅度三次，重復(fù)上述實(shí)和電壓幅度三次，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程。驗(yàn)過(guò)程。注意：注意：測(cè)量電壓和周測(cè)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(shí)間檔（時(shí)間檔（ms、s）的具體單位對(duì)應(yīng)。的具體單位對(duì)應(yīng)。信號(hào)輸出端