電橋及示波器實(shí)驗(yàn)課件

惠斯通電橋一、實(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(lèi)很多，測(cè)量中等阻值（10～106歐姆）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。2、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。二、實(shí)驗(yàn)儀器：

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（200Ω～4KΩ）1、電橋的原理三、實(shí)驗(yàn)原理：

通電后,檢流計(jì)G指針偏轉(zhuǎn)，表示有電流通過(guò)BD兩點(diǎn)。通過(guò)調(diào)節(jié)各臂電阻（R1、R2、R0）阻值,使BD兩點(diǎn)的電勢(shì)差為零，此時(shí)流過(guò)檢流計(jì)的電流為零。稱(chēng)電橋達(dá)到平衡狀態(tài)。稱(chēng)為比率系數(shù)一般簡(jiǎn)單情況下，首先選定C=1，只需調(diào)節(jié)R0電阻使電橋達(dá)到平衡后，即可由上式得出待測(cè)電阻Rx的阻值。2．QJ23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)附的穩(wěn)壓電源?？傆行Я砍虨?Ω～11.11ΜΩ；比率系數(shù)C從×0.001到×1000，共分七檔，由比率C轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)指示，不同的擋位R1、R2所代表的電阻串聯(lián)值各不相同。

Rx=測(cè)量盤(pán)讀數(shù)之和（R0）×CR0C

電橋靈敏度是測(cè)量電阻的誤差來(lái)源之一，S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)1格。S值越大，說(shuō)明電橋的靈敏度越高。如果靈敏度已由公式（B）測(cè)出，該電橋平衡時(shí)對(duì)待測(cè)電阻所帶來(lái)的絕對(duì)誤差為ΔRx由公式（C）可得：四、實(shí)驗(yàn)步驟：1．自裝惠斯通電橋測(cè)量?jī)芍晃粗娮瑁↘Ω、Ω數(shù)量級(jí)）。（1）按照惠斯通電橋電路接好線(xiàn)路，其中電源電壓為4V，檢流計(jì)調(diào)零，比較臂電阻R1、R2(500-6000Ω)的比值C=1。注意Rx、R0的連線(xiàn)位置。注意：通電前每個(gè)電阻箱均取大于500Ω的電阻值，取值請(qǐng)旋轉(zhuǎn)到位。嚴(yán)禁電阻箱無(wú)取值時(shí)通電?。?）調(diào)節(jié)R0使檢流計(jì)指針指向零。先選擇檢流計(jì)的量程放置到時(shí)1mA擋（靈敏度低），調(diào)節(jié)R0使檢流計(jì)指針接近零時(shí)，此時(shí)再改變檢流計(jì)的量程為100μA（靈敏度高），調(diào)節(jié)R0使電橋達(dá)平衡時(shí)，讀出Rx的值。（3）然后微小調(diào)整R0產(chǎn)生ΔR0，使檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)格（以檢流計(jì)表上±3范圍的刻線(xiàn)為準(zhǔn)），由（B）和（D)式分別算出電橋的靈敏度S和待測(cè)電阻的誤差ΔRx，填入表4.20（P156）中。

、注意：通電后如果檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)很大，請(qǐng)立即斷電，調(diào)節(jié)R0的數(shù)值或檢查電器聯(lián)接后再試。2．直接利用箱式惠斯通電橋測(cè)量?jī)芍晃粗娮琛＃?）電源和檢流計(jì)選擇開(kāi)關(guān)置于“內(nèi)接”，靈敏度旋鈕置于中間位置，被測(cè)電阻Rx接至“接線(xiàn)柱”。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)的擋位（C1=1，C2=10-1），調(diào)節(jié)好測(cè)量盤(pán)上的四位電阻值。（2）先按下G鍵，調(diào)節(jié)“調(diào)零”旋鈕使檢流計(jì)表頭指針指零，再斷開(kāi)G鍵。測(cè)量時(shí)先按下“B鈕”，再用躍接法按“G”鈕(按下后立即松開(kāi))，觀察檢流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向。若指針向“+”偏，應(yīng)增大測(cè)量盤(pán)電阻R3；指針向“-”偏，應(yīng)減小測(cè)量盤(pán)電阻R3，反復(fù)調(diào)節(jié)直至檢流計(jì)指零，達(dá)到電橋平衡。比率C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。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。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。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)一種測(cè)量正弦振動(dòng)頻率的方法。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)儀器及結(jié)構(gòu)示波器、信號(hào)發(fā)生器、同軸電纜示波器由示波管和與其配合的電子線(xiàn)路組成。圍繞二維圖形的建立，示波器面板設(shè)置了垂直方向調(diào)整功能，水平方向(掃描)調(diào)整功能，觸發(fā)同步系統(tǒng)三大區(qū)域(P72~P75)，三、實(shí)驗(yàn)原理1、示波管的結(jié)構(gòu)：由電子槍、偏轉(zhuǎn)板（X軸和Y軸）、熒光屏組成。包括對(duì)X軸、Y軸兩小電壓信號(hào)的放大和對(duì)大電壓信號(hào)的衰減功能。2、電信號(hào)放大和衰減系統(tǒng)：垂直衰減放大旋鈕水平衰減放大旋鈕掃描系統(tǒng)產(chǎn)生鋸齒波V=kt的電壓，它經(jīng)

軸放大器后，送至

水平軸偏轉(zhuǎn)板上。電子束在這樣周期性鋸齒波電壓的作用下沿水平方向反復(fù)從左向右偏轉(zhuǎn)，即光點(diǎn)在熒光屏上自左向右往復(fù)運(yùn)動(dòng)。如果鋸齒波頻率較高，則在屏上呈現(xiàn)一條水平亮，這一過(guò)程叫“掃描”，這一水平線(xiàn)叫掃描線(xiàn)。掃描電壓的頻率由“掃描范圍”⒄和“掃描微調(diào)”⒆兩個(gè)旋鈕調(diào)節(jié)。觸發(fā)同步裝置的作用是使X（水平）軸上掃描電壓與Y（垂直）軸輸入的被觀察的電壓保持確定的頻率關(guān)系和相位關(guān)系，即保持同步關(guān)系，使熒光屏上的圖形穩(wěn)定。即，用Y軸的被測(cè)信號(hào)來(lái)控制X軸掃描電壓的產(chǎn)生時(shí)刻，用Y軸被測(cè)信號(hào)的頻率去控制X軸掃描發(fā)生器的頻率，使被測(cè)信號(hào)的頻率準(zhǔn)確地等于掃描頻率的整數(shù)倍。電路的這個(gè)控制作用稱(chēng)為“同步”。調(diào)節(jié)觸發(fā)電平的高低，使被測(cè)信號(hào)達(dá)到一定位相時(shí)，掃描電路才開(kāi)始產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波，將被測(cè)信號(hào)顯示出來(lái)。由于每次都是當(dāng)被測(cè)信號(hào)達(dá)到一定位相時(shí)，掃描電路才工作，所以每次掃描顯示的波形相同，這樣，在熒光屏上看到的波形就穩(wěn)定不動(dòng)了。（17）（19）4、波形的顯示原理：如果在

Y軸輸入正弦電壓信號(hào)，又在X軸上加V=kt鋸齒波電壓信號(hào)“模擬”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(lèi)推。（1）、信號(hào)波形的顯示即在熒光屏上構(gòu)成簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的示波圖形的條件:X偏轉(zhuǎn)電壓的周期等于Y偏轉(zhuǎn)電壓周期

的整數(shù)倍。為屏上完整波的數(shù)目（2）李薩如圖形當(dāng)X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(chēng)李薩如圖形，可用來(lái)測(cè)定信號(hào)頻率。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。2、示波器的刻線(xiàn)校準(zhǔn)：

由示波器面板上自帶的校準(zhǔn)方波信號(hào)（

Vp-p＝2.0V、

f＝1000Hz）

。用示波器屏上刻線(xiàn)測(cè)量出校準(zhǔn)信號(hào)電壓V和周期T值，分別填入表4.22、表4.23，確定該示波器的測(cè)量誤差系數(shù)。

誤差系數(shù)=標(biāo)準(zhǔn)值/測(cè)量值

校準(zhǔn)信號(hào)輸出與信號(hào)傳輸線(xiàn)的紅線(xiàn)連接，另一端與示波器CH1輸入連接。AC-DC-GND（8，9，13，15）開(kāi)關(guān)拔到AC，“觸發(fā)耦合”（23）拔到“AC”。“觸發(fā)源”（24）拔到CH1處。按下電平（26）鍵“鎖定”和釋抑（27）鍵為“自動(dòng)”，其他所有按鍵開(kāi)關(guān)處于彈起狀態(tài)。微調(diào)旋鈕（11）（16）（19）都順時(shí)針?lè)较蛐降椎奈恢?。?biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出處電壓微調(diào)旋鈕頻率/周期微調(diào)旋鈕為了得到非1誤差系數(shù)，校準(zhǔn)示波器前先將微調(diào)旋鈕打開(kāi)。（稍稍向左旋轉(zhuǎn)）3、觀察三種待測(cè)信號(hào)（頻率、振幅）的波形，并測(cè)量出待測(cè)信號(hào)的峰峰電壓和頻率，分別將數(shù)據(jù)填入表4.24、表4.25、表4.26。準(zhǔn)確值=測(cè)量值*誤差系數(shù)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）f>1000Hz、幅度任意的正弦波。然后將信號(hào)發(fā)生器的“ＣＨ１電壓輸出”與示波器的CH1輸入端連接，再調(diào)整掃描電壓的頻率“⒄旋鈕”，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(xiàn)測(cè)出該信號(hào)的電壓峰值和周期。通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器改變輸入信號(hào)的頻率f和電壓幅度三次，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程。注意：測(cè)量電壓和周期的單位要與衰減器檔（V、mV）和掃描時(shí)間檔（ms、μs）的具體單位對(duì)應(yīng)。信號(hào)輸出端4、觀察李薩如圖形：由信號(hào)發(fā)生器CH1通道產(chǎn)生fx=50Hz正弦波形，與示波器CN1輸入通道連接，而示波器CH2輸入端與信號(hào)發(fā)生器的“CH2電壓輸出”(fy信號(hào)，可調(diào))連接。

此時(shí)要求：示波器觸發(fā)源（24）拔到CH2處，垂直方式工作開(kāi)關(guān)（34）拔到“x-y”；水平方式工作開(kāi)關(guān)鍵（30）位于(X-Y)。XY波疊加功能輸入fx輸入fy五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（P168～P169）【注意事項(xiàng)】1、在整個(gè)觀察波形過(guò)程中，注意每