用示波器作为交流电桥平衡指示器的研究——以电感电桥为例<br/>

用示波器作为交流电桥平衡指示器的研究——以电感电桥为例

2014-08-22武征宇

科技视界 2014年5期

关键词：指示器交流电电桥

武征宇

（东北师范大学物理学院，吉林长春 130024）

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。

图1

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。

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。