用示波器测电容设计实验

1、用示波器测电容的设计与实现 摘要：电容在交流电路中电压与电流间除了大小发生变化，相位也发生了改变。而通过示波器可以很清楚地观察到这些变化，利用示波器及电容的交流特性，可测定给定电容的大小。本实验研究了用示波器测电容器电容的方法:测RLC谐振频率。用这方法测定了未知电容，并就实验原理、实验操作、实验误差进行了分析。关键词：电容 电压峰峰值 相位差 谐振频率一、引言电容是电容器的参数之一，对于解决生活及实验中的实际问题，有着很重要的作用，不同电容的电容器因所需不同而被应用在不同的地方，在实验室中测电容器的电容，已成为大学物理实验中很重要的一个环节。在此实验中，我们用示波器测量电容的容量，该方法操作

2、简单，且能加深我们对电容和电容性质的理解，巩固我们所学过的知识。二、 实验任务根据实验室提供的仪器，利用示波器测量给定电容的大小。三、 实验仪器信号发生器，双踪示波器，万用电表，面包板，电阻，电感，电容，导线。四、实验原理测RLC谐振频率通过逐点改变加在(直接或者间接)RLC 谐振回路上信号频率来找到最大输出时的频率点，并把这一频率点定义为RLC 谐振频率。RLC串联电路如图1所示。图1 RLC串联电路所加交流电压（有效值）的角频率为。则电路的复阻抗为： （1）复阻抗的模: (2)复阻抗的幅角: (3)即该电路电流滞后于总电压的位相差。回路中的电流I（有效值）为： (6)上面三式中Z、I均为频

3、率 (或角频率， )的函数，当电路中其他元件参数取确定值的情况下，它们的特性完全取决于频率。图2（a）、（b）、（c）分别为RLC串联电路的阻抗、相位差、电流随频率的变化曲线。其中，（b）图曲线称为相频特性曲线；（c）图曲线称为幅频特性曲线。图2 RLC串联电路幅频、相频曲线由曲线图可以看出，存在一个特殊的频率，特点为：（1） 当时，电流相位超前于电压，整个电路呈电容性；（2） 当时，电流相位滞后于电压，整个电路呈电感性；（3） 当时，即或 （4） 随偏离越远, 阻抗越大, 而电流越小.此时，表明电路中电流I和电压同位相，整个电路呈现纯电阻性，这就是串联谐振现象。此时电路总阻抗的模为最小，电流

4、则达到极大值。易知，只要调节、中的任意一个量，电路都能达到谐振。根据LC谐振回路的谐振频率 或 (9)可求得C： (10)五、实验内容（或步骤）实验步骤(1)电路连接如图1，其中.(2) 在调节信号发生器的频率的同时观察电容两端电压的变化，当调至某一频率时，电压为最大，测得这个最大值及信号的周期（或频率）。(3)由这个最大值的周期（或频率）计算所得电容的容抗。六、数据处理和分析 测RLC谐振频率R= 200f（KHz）12345678910.7311.5R上电压U（V）0.20.40.60.820.921.11.351.6752.082.83.075R= 200f（KHz）11.81212.3

5、1314151617181920R上电压U（V）3.153.23.2253.1752.852.4252.11.851.651.4751.34 数据处理：绝对误差：|相对误差：七、实验误差分析1、系统误差 （1）仪器不精确,造成误差（2）示波器的图像有厚度，使结果有误差（3）图像抖动产生误差2、偶然误差 （1）仪器操作失误造成电路连接错误，从而产生误差 （2）观察时未使振幅达到最大就进行读数（3）读数误差八、结束语 设计性实验是要求我们通过我们自己的设计，以达到实验目的，与传统的摄入式教学不同。设计性实验加强了学生的创新意识和实践能力，培养了学生的独立进行科学实验研究的能力。设计性实验是以之前的

6、实验为基础所做的实验，本次实验很大的一个特点就是以前两次实验为基础，可以自行选择不同的实验方法，让我们对物理实验有了一个深刻的认识：实验不是定死的，要达到同一个实验目的，可以根据不同的实验原理，由不同种实验方法。所以我认为，这次实验真正达到了设计性实验的目的。俗话说实践出真知，只有经过实践检验的知识，才能算得上是真正的知识。在本实验中，我们选择了RLC电路的连接方法，并用示波器测量电容，这对增强我们的物理逻辑思维是大有益处的。在测量的过程中，尽管实验数据较为繁琐，但我们还是耐心的完成了实验，培养了我们在实验中的耐心，这是做科学实验探索的一个基本要求，得以最终以良好的状态完成了实验。九、参考文献1 书籍：宋如茂.电容的示波器测量法J.大学物理实验，2005,18（2）：5658.2 书籍：曾天海.徐加勤.谢路平.用示波