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大学物理实验 用双踪示波器观测电容特性与磁滞回线 同济大学浙江学院物理教研室
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模拟示波器 数字示波器
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一、实验目的 1.了解双踪示波器基本结构及工作原理，掌握其使用方法。 2.观察RC电路电容的充放电特性曲线，测量半衰期，并计算电容C。
3.了解正弦交流信号在RC（或RL）电路中的相频特性，掌握测量相位差的方法。 4.学会使用示波器观测铁磁材料的交流磁滞回线。
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二、实验原理 1.双踪示波器的工作原理 示波管：由电子枪、Y偏转板、X偏转板、荧光屏组成，利用电子开关线路，将两个待测的电压信号YCH1和YCH2周期性地轮流作用在Y偏转板上，由于视觉滞留效应，能在荧光屏上看到两个波形。 电子枪 电子束 Y偏转板 X偏转板 （两电极） 荧光屏 P
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示波器显示波形原理：
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控制电路：双踪示波器控制电路主要包括：电子开关、垂直放大电路、水平放大电路、扫描发生器、同步电路、电源等；电子开关使两个待测电压信号YCH1和YCH2周期性轮流作用在Y偏转板。同步电路可使显示的波形稳定。
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(R+r)C为电路的时间常数(或弛豫时间）
充电过程： 放电过程： (R+r)C为电路的时间常数(或弛豫时间）
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利用半衰期求电容值大小: 当电容器C上电压Uc在放电时由U0减少到U0/2时，相应经过的时间称为半衰期T1/2 则：
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利用半值法求信号发生器内阻r ： 将方波信号直接输入示波器，调节信号发生器输出幅度旋钮，使示波器屏上显示的方波幅度为8.0DIV。合上开关K，调节可调电阻R’，当其阻值为R0 时，方波幅度恰为4.0DIV，则信号源内阻r=R0 (R0可用数字万用电表测量)。 测量信号源内阻电路
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3.RC电路的稳态过程 当正弦交流电压输入电阻R和电容C的串联电路(或电阻与电感串联电路)时，电容C(或电阻)两端的输出电压的振幅及相位将随输入电压的频率而变化。
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Uc和Ui之间的相位差 满足下式： 式中，ω为Uc和Ui的角频率， 为电路电压Uc与Ui的相位差。
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双踪示波器显示波形并测量电压Ui与Uc的相位差
方法一：双波法 两个待测同频率正弦波，其中l为正弦波一个周期在示波器上显示的水平长度．Δl为两正弦波达到同一相位的时间差(Δl以屏上水平长度表示)，这两个正弦波的相位差为:
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方法二：李萨如图形法 把R和C串联电路上的电容两端电压Uc和输入电压Ui分别输入示波器的x和y轴，得李萨如图，通过测量李萨如图形的A、B值，即可算得输入和输出电压的相位差即相移
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4.用示波器观测动态磁滞回线 原理电路图
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起始磁化曲线、基本磁化曲线和磁滞回线
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三、实验仪器
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四、实验内容 1. 熟悉示波器有关旋钮的作用，并用机内标准方波校准示波器。
2. 正确安排元件并接线，在示波器上观察电容充放电曲线，测量半衰期，并计算电容。 3. 调节信号源频率f（可从几百Hz到几千Hz取三个不同值），分别用两种方法测量RC电路中Ui与Uc的相位差，并计算出理论值。 4. 在电路板上搭好电路，并进行调节，观测饱和动态磁滞回线。
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五、数据记录与处理
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六、思考题 1. 和单踪示波器相比，双踪示波器有哪些优点？ 2. 如何利用双踪示波器测量两个电压信号的相位差，如何判别波形的超前与滞后？
3. 设计一个RC串联电路，使它能实现输入电压Ui和通过此电路的电流i 的相位差为 。
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