利用Pico示波器進行電容實驗?

儲存示波器通過一個電阻給電容器充電,在充電過程中形成電壓/時間的圖表,根據這個圖表可以計算出電路時間常數的值。這提供了計算電容器值的所有資訊。

當未充電的電容器通過電阻器連線到一個直流電源上時,隨著電容陽極的電勢迅速增高,電容兩極板之間的電勢差(Vc)增大,但隨著充電時間的增長,兩極板的電勢差逐漸下降直到等於直流電源的電壓值(Vs)。當Vs=Vc時,通過電阻的電流為0,電容充電完成。電路的時間常數t定義為電容的電壓值到達最終充電完成值的63.2%時所需的時間。我們可以得到電路時間常數的公式:t=RC,其中R是指電阻的歐姆值,C是指電容的法拉值

利用Pico示波器進行電容實驗

工具/原料

一臺PC示波器,如2205型號的pico示波器;PicoScope軟體

電容若干(這裡使用的大約是1μF)

一個蓄電池(9V的PP3電池,所有型別的電池均可以)

合適的導線和聯結器

方法/步驟

串聯RC安裝電路圖如下所示。在測量過程中,懸空引線是為了讓電容器在測量中放電。在實驗中,使用的電容值為1μF,電阻值為3900Ω以及一個9V的電池。

PC示波器的設定通常是:時基為2ms/div,通道A的輸入值為+10V的直流電壓,單一觸發,上升沿捕獲脈衝。使用靈敏度為預觸發極值的5%,大約150mV左右。

利用Pico示波器進行電容實驗

利用Pico示波器進行電容實驗

將懸空引線的終端與地之間形成短路使電容器放電。在計算機上按下空格鍵,合上開關。可以獲得一條軌跡。根據需求可以將時基進行調整並重復執行。重複執行時,開啟開關,使電容器放電,在計算機上按下空格鍵,然後在此關閉開關。儲存螢幕上的影象。

利用Pico示波器進行電容實驗

計算過程

測量值可以通過計算機列印輸出或者使用在PicoScope軟體中的螢幕游標來確定電容兩極板電勢差的最大值。一旦時間常數被確定,標尺可以重新設定,以便可以從螢幕中讀出時間值。在列印的輸出上測量電勢差的最大值,計算電源電壓的63.2%的值畫一條與X軸平行的虛線。取虛線與X軸的交點的數值,從表格中計算t的值。

由 t=RC 可知 C=t/R

從例子中的軌跡圖可知:Vs=9V 9*63.2%=5.7V 對應的時間為4.1ms

已知 R=3900 可以得出 C=4.1*10-3/3900

計算得出的電容值 C=1.05μF

進一步研究

從電容器的放電特性中可以得到時間常數以及除了電壓從Vc降至Vs的36.8%所需要的時間以外的充電時間。這樣建立觸發就變得困難,採用1000μF的電容在幾秒內完成手動觸發。採用的電路改進圖如下所示。電容首先通過開關與電源相連,之後將開關打到另一位置使電容進行放電。

如果開關和電池被方波發生器取代,電路就可以採用一個小的電容。電容可以進行交替性的充放電。通過調整發電機頻率和時基控制可以得到最好的波形圖。

利用Pico示波器進行電容實驗

注意事項

2205型號的Pico示波器可以設定時間軸上的任意值和合適的R值、C值。應當注意的是,2205示波器輸入阻抗大約是1MΩ,而且將和電容器相併聯。如果它的輸入阻抗不能大幅度改變Vc的最大值,那麼充電的電阻值的100倍應小於1MΩ。

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