用示波器作为交流电桥平衡指示器的研究

【前言】用示波器作为交流电桥平衡指示器的研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1.1 利用交流电表作为平衡指示器 按照交流电桥平衡条件，B、D两B、D点电压幅度相等，相位一致。 即：Z1Z3=Z2Z4 在此种条件下，IG=0 1.2 利用示波器作为平衡指示器 在不同的电路连接形式下，做到示波器两条信号线全部接地，即做到将CH1与CH2信号分别接在BC、CD两端，在...

【摘 要】交流电桥是基础物理实验电磁学部分的重要内容，可以用来培养实验者的观察、分析、判断等各方面能力，并有利于蕴育一种发散广博的物理学思想，在物理学界应用广泛。本文主要研究示波器作为交流电桥平衡指示器的应用，以电感电桥为例，与课程中经常使用的交流电流表做指示器法进行比较研究。

【关键词】交流电桥；示波器；交流电表；平衡指示器

交流电桥主要用来测量电容器的电容量和线圈的电感量，它是电感、电容测量中精确的测量仪器。测量的前提是实现电桥的平衡，可以看出平衡的准确调处对于实际测量具有重要意义。

1 实验原理

交流电桥的电路形式与直流电桥相同，并且都是采用比较法进行测量。其电路如图1所示。交流电桥的交流信号为Us；指零器G采用高灵敏度的交流毫伏表或交流检流计等；桥臂中各元件不都是电阻，它们也可以是电容、电感或RLC的组合回路等。

1.1 利用交流电表作为平衡指示器

按照交流电桥平衡条件，B、D两B、D点电压幅度相等，相位一致。

即：Z1Z3=Z2Z4

在此种条件下，IG=0

1.2 利用示波器作为平衡指示器

在不同的电路连接形式下，做到示波器两条信号线全部接地，即做到将CH1与CH2信号分别接在BC、CD两端，在此时可以采用两种方法进行观测，后续试验均采用李萨如图形法观测，即法②。

①观察B、D两点电位，调节电桥，使Ubc、Ubd的波形基本重合，此时相位、振幅虽有稍小差异，但已接近重合。

②将示波器转换为X-Y模式，将Ubc、Ubd分别加在示波管X、Y偏转板上，从X-Y两个方向进行合成，显示“ADD档”曲线。不平衡时合成图线为椭圆，平衡时为与X轴或Y轴成45度的直线。

2 实验过程

2.1 示波器法

将标准电感L2定为0.1H，选取电感值约为10mH的待测线圈Lx。将示波器CH1信号与CH2信号分别接于AB与BC两端。将信号发生器频率定在1000Hz，电源电压自2V至10V依次变化，待调节至平衡时记录电阻阻值，并计算处于此时的Lx值。

2.2 交流电表法

将标准电感L2定为0.1H，Lx为示波器法中所用到的同一待测线圈。将交流电表置于BD间，采用15mV档。将信号发生器频率定在1000Hz，电源电压自2V至10V依次变化，待调节至平衡时记录电阻阻值以及此时电表指示的数值，并计算出此时的Lx值。

3 实验数据整理与分析

3.1 实验数据整理

在实验前已知电感电桥待测线圈约10mH，标准电感为0.1H，故预先将R3、R4定在4000Ω与400Ω；已知电容电桥待测电容值约为1μF，标准电容为0.1μF，故预先将R3、R4的阻值定在400Ω与4000Ω。电感电桥实验原始数据见图2。

3.2 实验数据分析

从上表可以看到，电源电压在2-10V 范围内变化，若将示波器测量值换算为有效值，高压时示波器作为电桥的平衡指零仪，与用交流毫伏表作为电桥的平衡指零仪的测量值基本相同，随着电源电压的减小示波器的测量值变化很小，而交流毫伏表作为电桥的平衡指零仪的测量值明显有明显变化。这也进一步证实了示波器法的可行性与科学性。

观测表中的指针最小偏向，可以发现随着电源电压的增加，电桥的灵敏度升高，利用交流电表法测量时电表愈发不容易调平，由此便增带实验的系统误差，致使测量结果不够准确，而采取示波器法不存在类似问题。

但在实验中，待测电器元件与标准原件在其电感值、电容值亦或二者相互比较均不在同一数量级上，如若选取大小为同一数量级的两电子元件，由于实验室电阻箱“×1档”“×0.1档”“×0.01档”不够准确，因此在示波器上相应的波形变化并不明显，因此在没有合适标准电子元件时，相关数据的测定便显得相对困难，造成数值不准确，这也是示波器法的一大弊端。

4 应用建议

在学生实验中，交流电桥一节实验用时短，在课堂前半部分理论讲解过后，学生大多能够较快的完成后续的实验过程，对于学生加深对实验的理解不利。由于学生对于示波器的使用方法有一定的了解，因此引入示波器并不会加重学生的实验负担，反而有利于其物理思想的外延。

示波器法可以直观的显示电桥的幅相关系。而交流电桥法难以做到这一点。因此在对交流电子原件特性差异的理解上，示波器法显然更胜一筹。

示波器法除包含因电阻箱阻值不准所引发的误差外，不存在其它误差。而交流电桥法还蕴含着交流电表示数难以归零所引带的系统误差，因此后者所测得的精度较差。让学有余力的同学同时完成两组实验，有利于加深其对所学知识的认知，在相关仪器的应用上也大有裨益，因此对于示波器法进行简单的是必要的。

5 总结本文分别用示波器与交流电表做交流电桥的平衡指示器，在电感电桥的实验环境下，分别进行了电容值或电感值的精测。通过对于数值的横向比较与分析，肯定了示波器法的可行性与科学性，并对于交流电桥一节的实验课程提出了对应的课堂建议。

【参考文献】

[1]赵凯华，等.电磁学[M].北京：高等教育出版社，2003：345-346.

[2]杨述武.普通物理实验（电磁学部分）[M].北京： 高等教育出版社，2000：68-69.

[3]吕斯骅，等.基础物理实验[M].北京：北京大学出版社，2002：205-211.

[4]杨述武，等.普通物理实验（综合及设计部分）[M].北京：高等教育出版社，2000： 172.

[5]陈守川.大学物理实验教程[M].杭州：浙江大学出版社，2001：166.