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1、惠斯通电桥,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，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）。,1、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。,二、实验仪器：直流稳压电源，电阻箱，检流计，QJ23型箱式电桥、待测电阻（2004K）,1、电桥的原理,三、实验原理：,通过调节各臂电阻（R1、R2、R0）阻值,使BD两点的电势差为零，此时流过检流计的
2、电流为零，称电桥达到平衡状态。,C称为比率系，一般简单情况下C=1，只需调节R0电阻使电桥达到平衡：,2QJ23型箱式惠斯登电桥的结构,该仪器可用外接，也可用内附的稳压电源。总有效量程为111.11；比率系数C从0.001到1000，共分七档，由比率C转换开关指示，不同的挡位R1、R2所代表的电阻串联值各不相同。,Rx=测量盘读数之和（R0）C,注意：C档位的选取原则必须用最高位测量盘（1000），即第1测量盘不能置于“0”，以获得4位有效数字的电阻值。,待测电阻（2004K），所以测小电阻C选择为0.1，测大电阻C选择1.,3电桥的灵敏度S定义,当电桥平衡后，将某一桥臂电阻R改变微小量R，应
3、有电流流过检流计产生n格的偏转。在灵敏度的定义公式里，改变每一个电阻值产生的效果应该是相同的。,对待测电阻Rx变化量对应于人的视觉不能感知的指针偏转极限n=0.1格。,本实验通过改变R0，引起检流计偏转为n=35格，确定电桥灵敏度：,电桥灵敏度是测量电阻的误差来源之一，S的单位是格，它表示改变百分之几可使检流计指针偏转1格。S值越大，说明电桥的灵敏度越高。,如果灵敏度已由公式（B）测出，该电桥平衡时对待测电阻所带来的绝对误差为Rx由公式（C）可得：,四、实验步骤：,1自装惠斯通电桥测量两只未知电阻（K、数量级）。,（1）按照惠斯通电桥电路接好线路，其中电源电压为4V，检流计调零，比较臂电阻R1
4、、R2(500-6000)的比值C=1。注意Rx、R0的连线位置。,注意：通电前每个电阻箱均取大于500的电阻值，取值请旋转到位。严禁电阻箱无取值时通电！,（2）检流计的量程放置到时1mA挡，调节R0使电桥达平衡时，将R0值填入表4.20（P163）中。（3）微小调整R0产生R0，使检流计指针偏转4格（以检流计表上3范围的刻线为准），得出电桥灵敏度S和待测电阻误差Rx。,注意：通电后如果检流计偏转很大，请立即断电，调节R0的数值或检查电器联接后再试。,2直接利用箱式惠斯通电桥测量两只未知电阻。,（1）电源和检流计选择开关置于“内接”，灵敏度旋钮置于中间位置，被测电阻Rx接至“接线柱”。根据自装
5、电桥测量出待测电阻值的结果，选定比率转换开关的挡位（C1=1，C2=10-1），调节好测量盘上的四位电阻值。,（2）先按下G键，调节“调零”旋钮使检流计表头指针指零，再断开G键。测量时先按下“B钮”，再用跃接法按“G”钮(按下后立即松开)，观察检流计指针的偏转方向。若指针向“+”偏，应增大测量盘电阻R0；指针向“-”偏，应减小测量盘电阻R0，反复调节直至检流计指零，达到电桥平衡。,（3）然后微小调整R0产生R0，使检流计指针偏转 n 4格。数据记录在表4.21（P163）（4）使用完毕,必须断开电源。应先放开“G”，再放开“B”按钮,再取下待测电阻，检流计和电源选择开关置于“外接”。,五、数据
6、处理及误差计算：按照P163表4.20、4.21处理实验数据。,六、实验注意事项：1、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。,示波器使用(P75P78),示波器原理和使用,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。2、学会利用示波器观察波形、测量电压和频率的方法。3、通过观察李萨如图形
7、，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、实验目的,二、实验仪器及结构,示波器信号发生器同轴电缆,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，示波器面板设置了垂直方向调整功能、水平方向(扫描)调整功能、触发同步系统三大区域(P75P78)。,三、实验原理,1、示波管的结构：,由电子枪、偏转板（X轴和Y轴）、荧光屏组成。,包括对X轴、Y轴两小电压信号的放大和对大电压信号的衰减功能。,2、电信号放大和衰减系统：,3、扫描系统与触发同步系统：,示波器上的二维图像显示需Y电场(Y偏转)和X电场(X偏转)共同影响电子轨迹来实现。对于一个电压信号V=F(
8、t)的二维函数图象显示，必须首先将“时间t”转变成电压信号才能实现。即，电压V=F(t)加在Y偏转上形成Y电场，影响电子沿Y轴方向的运动轨迹或位移。再用V=Kt线性关系的锯齿波加在X偏转上形成X电场。电子受到X电场与Y电场共同影响，其轨迹就将V=F(t)的二维图象描述出来了。,V=F(t)和V=Kt实际上是两个完全不相干电压信号，它们的时间t也是不相干的，为了建立联系，示波器为此设置了触发同步系统。,扫描系统产生锯齿波V=kt的电压，它经 轴放大器后，送至 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转，即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
9、屏上呈现一条水平亮，这一过程叫“扫描”，这一水平线叫扫描线。扫描电压的频率由“扫描范围”和“扫描微调”两个旋钮调节。,触发同步装置的作用是使X（水平）轴上扫描电压与Y（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，即保持同步关系，使荧光屏上的图形稳定。,本次实验中AC-DC-GND（8，9，13，15）开关拔到AC，“触发耦合”（23）拔到“AC”。“触发源”（24）拔到CH1处。按下电平（26）键“锁定”和释抑（27）键为“自动”，其他所有按键开关处于弹起状态。校准旋钮（11）（16）（19）都顺时针方向旋到底的位置。,4、波形的显示原理：,如果在 Y轴输入正弦电压信号，又在X轴上
10、加V=kt锯齿波电压信号“模拟”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。,（1）信号波形的显示,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周期 等于 Y轴正弦电压信号周期 的整数倍。,为屏上完整波的数目；f为信号的频率,（2）李萨如图形 当X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
11、萨如图形，可用来测定信号频率。,X轴输入信号转换开关,X-Y,fx和fy分别为x偏转板和Y偏转板电压的频率，ny为垂直线与图形的最多交点数，nx为水平线与图形的最多交点数，由理论分析可得频率和最多交点数的比例关系为:,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。2、示波器的刻线校准：由示波器面板上自带的校准方波信号（Vp-p2.0V、f1000Hz、T=1ms）。用示波器屏上刻线测量出校准信号电压V和周期T值，分别填入表4.22、表4.23（P175P176），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红线连接，另一端与示波器CH1输入连接。,误差系数
12、=标准值/测量值,CH1,标准信号输出,扫描时间选择开关：0.5ms/大格,垂直衰减器旋钮：1v/大格,Vp=15.9=5.9vT=0.57.9=3.95ms,波形显示：,幅值：尽量占满整个屏幕周期：显示12个完整周期,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）f1000 Hz、幅度任意的正弦波。然后将信号发生器的“电压输出”与示波器的CH1输入端连接，再调整扫描电压的频率“旋钮”，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，重复上述实验过程。,注意：测
13、量电压和周期的单位要与衰减器档（V、mV）和扫描时间档（ms、s）的具体单位对应。,信号输出端,3、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，分别将数据填入表4.24、表4.25、表4.26。准确值=测量值*误差系数,4、观察李萨如图形：首先将示波器触发源（24）、垂直方式工作开关（34）、水平方式工作开关键（30）拔到()。信号发生器输出通道CH1产生fx=300Hz正弦波形，与示波器CN1输入通道连接，而示波器CH2输入端与信号发生器的CH2输出(fy信号，可调)连接。,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 fyfx 11、12、13、21、23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4.27中进行验证。,X-Y,
