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拓宽实验：RC移相电路及测量相位差移相电路及测量相位差【实验内容实验内容】1.用电阻、电容组成移相电路，要求输出电压U0的相位较输入电压U1的相位落后/4。试用三种方法测量相位差。2.组成一个移相电路，要求输入、输出电压间的相位差在0180间可调。用示波器观察相位的变化。【仪器用具仪器用具】正弦波信号源、双踪示波器、电容箱一个、电阻箱三个【实验原理实验原理】1.移相电路1）=-/4移相电路。图1电路中，电阻与电容串联，由于电容两端电压的相位落后于电流的相位为/2，而电阻两端电压和流过电阻的电流同相，可以算出输出电压U。与输入电压Ui间的相位差。=-arctg（UR/UC）=-arctg(R/ZC)=-arctg(CR)（1）式中U代表正弦波电压u的有效值。图12）在0至180之间可调的移相电路，电路如图2（a），图中R1=R2，R可调节。在AB间输入电压ui，在OD间输出电压u0。图2（b）给出各电压之间的矢量关系。以O为圆心，以U1=U2（因为R1=R2）为半径画一半圆。在EF支路上，相位关系为电容上电压Uc的相位落后于电阻R上电压UR的相位/2，所以D点必定在圆周上。当UC=0时，输出电压U0与输入电压ui同相时，UR=0时，u0与ui反相，=。增大。在=0。当Uc增加，或UR减小图2（b）荧光屏一般会出现一个椭圆。设x为椭圆与X轴交点到原点的距离，x0为最大小平偏转距离，则两个电压间相位差的绝对值为2.相位差的三种测量方法1）李萨如图形法，将两个同频率正弦波u1,u2分别送至示波器的两个输入端，示波器用x-y模式，则如图3所示，2）双踪显示法，把u1,u2分别送入示皮器的两上通道，采用双踪显示功能，荧光屏上会出现两个正弦波，见图4.由相位差定义，有3）电压合成法，双踪示波器一般都有相加和相减的功能，在荧光屏上可以显示（u1+u2）波形或（u1-u2）波形。将u1,u2分别送入示波器的两个通道，先用双踪器显示功能测量它们的峰峰值a和b;再改用相减功能显示波形（u1-u2），测量此时的 峰峰值c。依电压的矢量合成法则，相位差:【参考数据参考数据】1.=-/4移相电路.一组可能的数据为f=300Hz,R=100,C=5.3F.2.相位差在0180间可调的电路，一组可供选取的数据为R1=R2=200，f=700Hz,C=0.2Hz,以0作示波器输入的地端，用CH1，CH2分别观察ui及u0波形。用李萨如图形法观察 从0到180的改变。【实验分析及注意事项实验分析及注意事项】1.移相电路是利用了元件两端电压与流过它的电流间的相位关系来实现的。实际所用电感器及电容器都有损耗电阻。一般电容器的损耗电阻很小，标准电容箱的损耗电阻在低频时接近于零，可以不必考虑。而电感器的损耗电阻的影响一般是不能忽略的。我们测量到的电感器两端的电压值，实际上是电感与其损耗电阻上电压的矢量和，而不是纯电感两端的电压。此时，电感器上电压超前电流的相位差不再是/2，而是要小于它。这一点，在用电感器组成移相电路时，必须注意。2.误差的主要来源。1）在做李萨如图时，要把u1，u2分别送至示波器的X,Y通道。而一般两个通道放大器都存在着与频率有关的固有相位差必要时要对测量的相位差进行修正。例如对笔者所用SS5702型示波器，在505103Hz范围内，f=50kHz时，方式下，X轴输入精度5%。2）双踪显示中，要在X方向测量x，x0的长短。示波器扫描的非线性会对相位差测量带来误差。对SS5702型示波器，扫描的基本精度为4%。实验中，要首先在测量用频率下，测出。=0，在4。此外，SS5702型示波器，x-y3）在Y方向测电压，SS5702型示波器，垂直偏转因数引起的相对不确定度为4%。3.由于电感及电容的感抗和容抗都与频率有关，电容元件的阻抗与频率成反比，电感元件的阻抗与频率成正比，利用阻抗频率特性上的差异可以组成滤波电路。如图2-9-1的电路就是一个阻容滤波器，两元件的电压比为如果输入信号中，包含了几种高低不同的频率成分，则高频信号电压在电阻上分配多些，低频信号电压在电容上分配多些。若输出信号 从电容两端引起，则得到更多的低频成分，为低通滤波器。反之，输出信号从电阻两端引出，则组成高通滤波器。