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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π/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Δ在0～180°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 1【实验原理】【实验原理】1.移相电路1）Δ =-π/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π/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Δ=-arctg（UR/UC）=-arctg(R/ZC)=-arctg(ωCR) （1）式中U代表正弦波电压u的有效值图122）Δ 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π/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Δ时，ΔUR=0时，u0与ui反相，Δ=π当Uc增加，或UR减小3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，4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5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: 6【参考数据】【参考数据】1. Δ =-π/4移相电路.一组可能的数据为f=300Hz,R=100Ω,C=5.3μF.2.相位差在0～180°间可调的电路，一组可供选取的数据为R1=R2=200Ω，f=700Hz,C=0.2μHz,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Δ 从0到180°的改变7【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π/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8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Δ必要时要对测量的相位差Δ进行修正例如对笔者所用SS5702型示波器，在50～5×103Hz范围内，Δf=50kHz时，Δ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Δ0，在≈4°此外，SS5702型示波器， x-y93）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。