实验二十五交流电桥

1、实验二十五交流电桥交流电桥是测量交流元件阻抗的一种常用电桥， 主要用来精确测量电器的电 容量和线圈的电感量。1、教学目标（1）了解交流电桥平衡的原理，掌握调节平衡的方法；（2）用交流电桥测量电容、电感及其损耗。2、教学重点和难点交流电桥与直流电桥（惠斯通电桥）比较，有两个平衡条件，必须有两个可 调参量，这就增加了复杂性和难度重点：交流电桥平衡的两个条件。难点：交流电桥的调节。3、实验室提供的仪器用具函数信号发生器（YB1 6 39）,晶体管毫伏表（D F 2170 C）,标准电容 箱（RX7 型十进制电容箱）,3个电阻箱（ZX 38交直流电阻箱）,待测电 容（约0。2 5 uF , 0. 1

2、uF各一只），待测电感（约345uH , 130u H各一 只），开关，8根普通导线，2根夹子传输线.注意：函数信号发生器用电压输出晶体管毫伏表背板上按钮拨置“FLO UR :标准电容箱"屏弊端"与一个电极连接。C=C12+C 20 （教材P274）4、实验原理概要教材 p26227040 1交流电桥及其平衡条件图1交茄电桥交流电桥电路如图1所示在电路组成上与单臂直 流电桥相似。设四个桥臂交流元件的复阻抗分别为Z1 , Z2, Z3 , Z4o交流电桥平衡的条件为：当两个复数 U'b Ud时,电桥达到平衡状态。电桥平衡时，或Z2Z4 Z1Z3教材（2 5-7）式通常

3、称上式为交流电桥的平衡条件方程式，可以表述 为:桥路相对两臂的复阻抗乘积相等可以看出：交流电 桥的平衡条件在形式上和直流电桥完全相同 ，但物理意 义却有很大差别，上式可分解为即乙Z3 Z2Z4振幅相等1324相位相等上两式表明交流电桥有两个平衡条件，只有当两个平衡条件同时满足时，电桥 才能达到平衡。4.2实际电容和电感的等效电路交流元件的阻抗均与电源频率有关。纯电阻元件的复阻抗:Zr = R,纯电容元件的复阻抗（容抗） Zcj丄,纯电感元件的复阻抗（感抗）Zl j LC根据教材p26 226 4的分析，实际电容器在电路中可以等效成理想电容 C和一个损耗电阻R损的串联（如图“I I°2

4、）。还用损耗角的正切来衡量实际电容器的质量，称为损 耗，tgR员 C（25 -3）实际电感线圈总是存在电阻，在低频情况下,可以将它等效成一个纯电感线圈 L和 一个电阻R的串联（如图3）。为了衡量线圈的质量，用品质因数Q来定量描述，(25-5)4。3交流电桥的实验电路4。3。1测量电容及其损耗的交流电桥（1）电容比较电桥E 4电容电桥实际电容可看作一个理想电容Cxi和一个损耗电阻R x串联而成，如图4CxR3R4C2(25 - 8)RxR4R3R2(25 9)所示，该电桥的平衡条件为被测电容的损耗tgRx Cx w R2C2W（25-10）（2）西林电桥（见教材）4.3。 1测量电感及其品质因数

5、的交流电桥（1）麦克斯韦电桥（教材P 2 68 269）如图5所示，实际电感可看作一理想电感 Lx和一损耗电阻R x串联而成，电 桥平衡条件：LxR2 R4C3(2520)RxR2R4R3(2 5-2 1)LxQxR3C3Rx(2 5 22)2)电感比较电桥（见教材 p 2 67- 268）5、交流电桥的调节经验由交流电桥的平衡条件决定了在调节电桥达到平衡时 ,必须调节两个量。两 个量互相牵扯 ,调节比较复杂，提供以下经验供参考 . (1)在调节时，应依据平衡条件区分主次调节量。通常取与被测电容或电感有关的量为主调量.如电容比较电桥，选&、C2为可调量，其中C2为主，&为次；麦

6、克 斯韦电桥中 选R3、C3为可调量，其中C3为主,R3为次.(2)次调量的初始值这样选取：若该量与所在桥臂中的另一元件串联，初始值取 0，若该量与所在桥臂中的另一元件并联， 初始值取最大。 若所在桥臂仅为本身， 当该量处在平衡条件的分子位置，初始值取0 ,当该量处在平衡条件的分母位置， 初始值取最大.(3 )对于桥臂中取固定数值参量的确定，通常根据被测电容和电感的估计数值、 可调参量的大小使电桥各臂阻抗接近相等的配置原则来确定 .(4 )电桥开始调节时应使交流电源的输出幅度尽量小一点。交流示零器的交流 电桥量程取足够大，然后调节规定的可调量。先调节主调量,暂时将次调量取固定初值,使交流示零器

7、的指针出现第一次最小值，然后调节次调量 ,使使交流示零 器的指针出现第二次最小值 .如此依次反复调节，直至桥路达到最终平衡。这一 步操作归纳为六个字： 分步调，反复调 .(5) 增加电源的输出幅度， 减少示零器的量程 ,提高测量灵敏度。 重复上述调节步 骤，直到最后结果满足一定的精度要求为止。不过在增加电源输出幅度的同时， 要考虑桥臂中各元件是否承受得住其最大功耗的要求。(6) 用电桥测量时 ,往往总是分粗测和精测两步来进行 ,粗测的目的是知道待元件 的大致数值和范围 .精测的目的则是选择合适的元件和数值，确保各量的精密度 , 也保证最后结果的准确度。6、交流电桥问题讨论(1) 交流电桥的收敛

8、性(2) 交流电桥的灵敏性(3) 交流电桥的抗干扰性参考书：谢慧媛普通物理实验指导P268 -P2 7 87、实验内容(1 )自搭电容比较电桥测量待测电容的大小及其损耗(2 )自搭麦克斯韦电桥测量待测电感的大小及其损耗? 交流毫伏表用做示零器? 信号源选“功率”输出工作频率选为100 OH乙工作电压V pp选为10V (若电桥灵敏度不够，可适当增加V PP，但不能超过桥臂中各元件的最大功 耗)? 操作步骤自拟? 数据记录和数据处理表格可参考附录的表1自行设计8、数据处理根据测量数据计算所测电容的大小 Cx和损耗tgS ；根据测量数据计算所测电感的大小 Lx和品质因数Q9、实验讨论和总结：p270 预习思考4;p2 71复习思考2附录：表1用电容比较电桥测电容信号