交流电桥实验报告.doc

大学物理实验报告(交流电桥)
一、实验目的:
1. 了解交流桥路的特点和调节平衡的方法
2. 学会使用交流电桥测量电容
3. 学会使用交流电桥测量电感
Us
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G
I1
I2
I3
I4
Z1
Z2
Z3
Z4
I0
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a图4-13-1是交流电桥的原理线路。它与直流单臂电桥原理相似。在交流电桥中,四个桥臂一般是由交流电路元件如电阻、电感、电容组成;电桥的电源通常是正弦交流电源;交流平衡指示仪的种类很多,适用于不同频率范围。频率为200Hz以下时可采用谐振式检流计;音频范围内可采用耳机作为平衡指示器;音频或更高的频率时也可采用电子指零仪器;也有用电子示波器或交流毫伏表作为平衡指示器的。本实验采用高灵敏度的电子放大式指零仪,具有足够的灵敏度。指示器指零时,电桥达到平衡。
一、交流电桥的平衡条件
我们在正弦稳态的条件下讨论交流电桥的基本原理。在交流电桥中,四个桥臂由阻抗元件组成,在电桥的一个对角线cd上接入交流指零仪,另一对角线ab上接入交流电源。
当调节电桥参数,使交流指零仪中无电流通过时(即I0=0),cd两点的电位相等,电桥达到平衡,这时有
Uac=Uad Ucb=Udb
即: I1Z1=I4Z4 I2Z2=I3Z3
两式相除有:
当电桥平衡时,I0=0,由此可得: I1=I2, I3=I4
所以 Z1Z3=Z2Z4 (4-13-1)
上式就是交流电桥的平衡条件,它说明:当交流电桥达到平衡时,相对桥臂的阻抗的乘积相等。
由图4-13-1可知,若第一桥臂由被测阻抗Zx构成,则:
当其他桥臂的参数已知时,就可决定被测阻抗Zx的值。
二、交流电桥平衡的分析
下面我们对电桥的平衡条件作进一步的分析。
在正弦交流情况下,桥臂阻抗可以写成复数的形式

若将电桥的平衡条件用复数的指数形式表示,则可得

即
根据复数相等的条件,等式两端的幅模和幅角必须分别相等,故有
Z1Z3=Z2Z4
φ1+φ3=φ2+φ4
上面就是平衡条件的另一种表现形式,可见交流电桥的平衡必须满足两个条件:一是相对桥臂上阻抗幅模的乘积相等;二是相对桥臂上阻抗幅角之和相等。
b
c
图4-13-1 交流电桥原理
二、实验原理:
图4-13-1是交流电桥的原理线路。它与直流单臂电桥原理相似。在交流电桥中,四个桥臂一般是由交流电路元件如电阻、电感、电容组成;电桥的电源通常是正弦交流电源;交流平衡指示仪的种类很多,适用于不同频率范围。频率为200Hz以下时可采用谐振式检流计;音频范围内可采用耳机作为平衡指示器;音频或更高的频率时也可采用电子指零仪器;也有用电子示波器或交流毫伏表作为平衡指示器的。本实验采用高灵敏度的电子放大式指零仪,具有足够的灵敏度。指示器指零时,电桥达到平衡。
一、交流电桥的平衡条件
我们在正弦稳态的条件下讨论交流电桥的基本原理。在交流电桥中,四个桥臂由阻抗元件组成,在电桥的一个对角线cd上接入交流指零仪,另一对角线ab上接入交流电源。
当调节电桥参数,使交流指零仪中无电流通过时(即I0=0),cd两点的电位相等,电桥达到平衡,这时有
Uac=Uad Ucb=Udb
即: I1Z1=I4Z4 I2Z2=I3Z3
两式相除有:
当电桥平衡时,I0=0,由此可得: I1