实验名称：用示波器测动态磁滞回线

实验目的：

       a．研究铁磁材料的动态磁滞回线

b．了解采用示波器测动态磁滞回线的原理；

c．利用作图法测定磁性材料的饱和磁感应强度、剩磁、矫顽力的值。

实验仪器：

       V252双踪示波器、自耦变压器、隔离变压器、互感器毫安表、电容等。

实验原理和方法：

铁磁材料除了具有高的导磁率外，另一重要的特点就是磁滞。当材料磁化时，磁感应强度B不仅与当时的磁场强度H有关，而且与以前的磁化状态有关。

如右图所示，曲线OA表示铁磁材料从没有磁性开始磁化，磁感应强度B随H增加，称为磁化曲线。当H增加到某一值时，B的增加速度将极其缓慢。和前段曲线相比，可看成B不再增加，即达到磁饱和。当磁性材料磁化后，如H减小，B将不沿原路返回，而是沿另外一条曲线下降。如果H从变到－，再从－变回，B将随H变化而形成一条磁滞回线。其中当H ＝ 0时，。称为剩余磁感应强度。要使磁感应强度为零，就必须加一反向磁场－，称为矫顽力。按一般分类，矫顽力小的称为软磁材料，大的称为硬磁材料。必须注意的是：反复磁化（）的开始几个循环内，每次循环的回路才相同，形成一个稳定的磁滞回线。只有经过“磁锻炼”后所形成的磁滞回线，才能代表该材料的磁滞性质。

由以上可知，要测定材料的磁滞回线，需要根据磁化过程测定材料内部的磁场强度H及其相应的磁感应强度B。

磁性材料的磁滞回线能较全面地反应该材料的磁特性，譬如剩磁、矫顽力等。因此，实用上常常借助磁滞回线来粗略了解材料的磁特性。测量磁滞回线的基本线路图如下图所示：

将样品制成封闭的圆环，均匀地以磁化线圈环绕，用直流电产生磁场使样品磁化，利用换向开关使磁化电流突然转向，样品中的B也随之改变，通过副线圈和冲击电流计测出，从而能测出磁化曲线及磁制曲线（B－H关系曲线）。此处是用直流电源进行工作，所得到的关系曲线是静态的。

本实验用交流电代替直流电进行磁化，而且用示波器代替冲击电流计来观察和测量。这个结果与静态的是不相同的，为了区别，称之为“动态的”。由于静态的磁滞回线所包围的面积与磁滞损耗成正比，而实验用交流电磁化所得的回线包围的面积，不仅包括磁滞损耗，而且还包括涡流损耗，因此，动态的回线一般比静态的要大一些。

本实验所用线路图如下图所示：

在样品的原边线圈上，取样电阻与线圈串联，并加以交流电压，将两端电压信号加在示波器的X输入端上。

在样品副边路上接以RC线路，将电容两端由感应引起的电信号加在示波器的Y输入端上。要是示波器的X与Y端放大不失真，且保持X与Y两输入端没有初始相位差，那么在示波器上就可以得到待测样品的磁滞回线图像。

但是必须考虑一个问题，那就是示波器的X输入端是否和磁化电流（或磁场强度H）成正比，而示波器的Y输入又与样品的B成正比，并且要一一对应，否则荧光屏上所得的图像将不是样品的磁滞回线。

1. 与磁场强度H成正比的问题

设样品的中心长度为L，原边线圈（即磁化线圈）的匝数为，为磁化电流的大小（交流电），则有：

而                         

其中，L，均为常数。可见，的确与H成正比。

2. 与B成正比的问题

首先，设副线圈匝数为，样品的横截面积为A，则根据电磁感应定律应激起的感应电动势为

进而分析加在电路上的情况。若电容器的电量为Q，电容量为C，很明显有

如果与C都选得很大时，则

由以上两式得： 

则                                      

经积分、整理后有

式中：，C，，A均为常数。可见：B与成正比；只要选取与C足够大，在荧光屏上是可以得到样品的磁滞回线的。

在实践中，为了使原副边路上的电压尽可能接近正弦波形，将原边上的特意选取为一个小值电阻（）；其次为了操作安全，在原边线圈上加入一个隔离变压器T以避免直接与交流电源相接；同时应用调压器D使电源电压大小可调（以控制磁化电流的大小），由此称为一个实际可用的实验线路，如下图所示：

待测样品S实际上是一个特制的小变压器。

为了确定回线上所反映的几个参数，如矫顽力、剩磁、饱和磁感应强度等量的大小，就必须知道示波器光点偏移一个单位实际代表了多少安/米（H）或特斯拉（B），即所谓进行标定。

（1）H值的标定

利用下图所示的线路：

利用毫安表A以读出流过的电流大小（交流电），R的作用是为了避免一开始有过大电流流经毫安表而超过它的量程。当A的读数为时，其峰值应为。此时在示波器上所呈现的横线（即X偏转）对应的磁场强度H，可用下式计算：

（2）B值的标定

利用下图所示的线路：

其基本出发点是用一个已知的标准互感器M代替待测样品，从而求出其对应的关系。

流经互感器原边的电流（交流）可用毫安表A读出，则互感器副边的输出感应电动势为

此时电容器C上两端的电压根据式可得（忽略负号）：

积分，得                       

考虑到的峰值，有

实验内容和步骤：

1.观察动态磁滞回线的全貌

    a．按“观察动态磁滞回线接线图”接线，毫安表A置200 mA挡，待辅导教师检查线路后再接通电源；

       b．将示波器原点调出中央，磁化电流逐渐加大到160 mA左右，不得超过200 mA，此时已趋向饱和。适当调整X轴增幅与Y轴增幅，以观察动态磁滞回线的变化及其全貌。

2.测动态磁化曲线（即各动态磁滞回线定点的连线）及磁滞回线

    a．确定核实的X与Y的增幅大小，磁化电流选定在达到磁饱和的值上（200 mA以下）；

       b．退磁。利用调压器使磁化电流从最大缓慢降为零，退磁完毕；

       c. 绘制动态磁化曲线。逐渐增大磁化电流，记录各相应的回线定点的坐标，一直增大至事先确定的磁化电流的值为止；

       d．记录此时回线（接近磁饱和）各点的坐标（不少于20个点），特别注意回线的顶点、剩磁与矫顽力3个点的坐标。

3.标定H与B值

    注意示波器的X与Y增幅和衰减倍数绝对不能改变，否则将失掉标定的意义。

参数及数据记录：见附表

思考题：

       1．导热系数的物理意义是什么？

              答：导热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一。

       2．实验中采用什么方法来测量不良导体的导热系数？

              答：稳态法。

3．本实验得热电偶测温度为什么不用定标就能代入公式计算？能否不用数字电压表而用其他电表仪器来测热电偶电压值代入公式求导热系数而不影响结果？举例说明。

答：因为用直流数字电压表测得电动势，它与所测温度在该实验温度范围内可看成线性关系。有。可见，直接把电动势值代入，，中，不影响测量结果。

第二篇：示波器的大学物理实验报告

大学物理实验报告

专业班级：  学号：    姓名

实验班号：        实验号：

  示波器的原理和使用

［实验目的］

1、  了解示波器的工作原理；

2、  学会示波器的基本使用方法，为以后的实验打下基础。

［实验原理］

1、  示波器的基本组成部分：示波管、竖直放大器、水平放大器、扫描发生器、触发同步和直流电源等。

2、  示波管左端为一电子枪，电子枪加热后发出一束电子，电子经电场加速以高速打在右端的荧光屏上，屏上的荧光物发光形成一亮点。亮点在偏转板电压的作用下，位置也随之改变。在一定范围内，亮点的位移与偏转板上所加电压成正比。

3、  示波器显示波形的原理：如果在X轴偏转板加上波形为锯齿形的电压，在荧光屏上看到的是一条水平线，如果在Y轴偏转板上加正弦电压，而X轴偏转板不加任何电压，则电子束的亮点在纵方向随时间作正弦式振荡，在横方向不动。我们看到的将是一条垂直的亮线，如果在Y轴偏转板上加正弦电压，又在X轴偏转板上加锯齿形电压，则荧光屏上的亮点将同时进行方向互相垂直的两种位移，两个方向的位移合成就描出了正弦图形。如果正弦波与锯齿波的周期（频率）相同，这个正弦图形将稳定地停在荧光屏上。但如果正弦波与锯齿波的周期稍有不同，则第二次所描出的曲线将和第一次的曲线位置稍微错开，在荧光屏上将看到不稳定的图形或不断地移动的图形，甚至很复杂的图形。要使显示的波形稳定，扫描必须是线性的，即必须加锯齿波；Y轴偏转板电压频率与X轴偏转板电压频率的比值必须是整数。示波器中的锯齿扫描电压的频率虽然可调，但光靠人工调节还是不够准确，所以在示波器内部加装了自动频率跟踪的装置，称为“同步”。在人工调节到接近满足式频率整数倍时的条件下，再加入“同步”的作用，扫描电压的周期就能准确地等于待测电压周期的整数倍，从而获得稳定的波形。

4、  李萨如图形的基本原理：如果同时从示波器的x轴和y轴输入频率相同或成简单整数比的两个正弦电压，则屏幕上将呈现出特殊形状的、稳定的光点轨迹，这种轨迹图称为李萨如图形。李萨如图形的形成规律为：如果沿x，y分别作一条直线，水平方向的直线做多可得的交点数为N（x），竖直方向最多可得的交点数为N（y），则x和y方向输入的两正弦波的频率之比为 f（x）：f（y）=N（y）：N（x）。

［实验仪器与用具］

   SS-5702A双踪示波器、XD1信号发生器、XD2信号发生器。

［数据记录与处理］

1、观察未加信号的光点，练习辉度、聚焦、X轴位置、Y轴位置的调节，体会相应旋钮的作用，然后加上X轴扫描信号，从大到小逐步改变扫描时间，观察和体会光点的扫描动作。

2、和练习测量示波器内部产生的校准信号。

①       固定Y轴分度值为0.1V/DIV，分别换用不同的扫描时间（0.2ms/DIV，0.5ms/DIV）

测量示波器校准信号的周期和频率列表（固定Y分度值）

②固定扫描时间为0.2ms/DIV，分别换用不同的Y轴分度值（0.2V/DIV,0.5V/DIV）

测量示波器校准信号的峰峰值列表（固定扫描时间）

3用示波器测量正弦信号的有效值

将示波器的Y轴分度值微调钮置于校准位置，区分度值2V/DIV，将XD2A信号接入示波器，依次取XD2A交流电压表的示值为1.00V、2.00V、3.00V、4.00V、5.00V。读出相应的峰峰值的格数，计算相应的峰峰值U(PP)，再由公式U(eff)=U(PP)/2计算出电压有效值U(eff)，将其与示值U比较，计算出△U，在坐标纸上作出校准曲线。

有效值并作校准曲线（Y分度值=2 V/DIV）

校准曲线：

4、观察李萨如图形，测量未知信号的频率

将两台信号发生器的信号分别从示波器的X、Y端口接入，为避免外界影响，将负极接地。将Y端口输入的信号固定作为待测信号，取其值为120Hz，调节X端口的输入信号，使

f(y)：f(x)的值分别为1：1，2：1，3：1，3：2，5：2。微调X信号尽可能使示波器上出现稳定的波形，记录X信号的频率。画出相应的李萨如图形，根据所得数据算出待测频率的平均值。

［思考题］

1、 如果打开示波器的电源开关后，在屏幕上既看不到扫面线又看不到光点，可能有哪些原因？因分别做怎么样的调节？

答：

2、 如果图形不稳定，总是向左或向右移动，该如何调节？

答：图形不稳定的原因是扫描电压的周期与被测信号的周期不相等或不成整数倍，以致每次扫描开始时曲线上的起点均不一样，屏幕上显示的波形每次都不重叠，好像波形在向左或向右移动。为获得稳定的波形，可以调节示波器上的“扫描时间”和“扫描微调”旋钮，使扫描锯齿波电压的周期与被测信号的周期成合适关系，从而得到所需数目的、完整的、稳定的被测波形。另外，还可打开示波器的“扫描同步”装置，让锯齿波的扫描起点自动跟着被测信号改变，消除外界因素对其造成的影响。

3、 如果Y轴信号的频率f（y）比X轴扫描信号的频率f（x）大很多，示波器上将看到什么情行？相反若f（y）比f（x）小很多，又看到什么情形？

答：如果f（y）比f（x）大很多，示波器上显示的波形将会是纵向很密集的波形，和横轴的交点很少；反之，则会看到横向很密集的波形，和纵轴的交点很少。