电路实验5RLC元件阻抗特性测定1.doc

学生实验报告开课学院及实验室：机械与电气工程学院 2012年11月29日学院机械与电气工程学院年级、专业、班姓名学号实验课程名称电路基础实验成绩实验项目名称RLC元件阻抗特性测定指导老师一、实验目的1. 验证电阻、感抗、容抗与频率的关系，测定R～f、XL～f及Xc～ f特性曲线2. 加深理解R、L、C元件端电压与电流间的相位关系3. 进一步熟练示波器使用方法二、实验原理1. 在正弦交变信号作用下，R、L、C电路元件在电路中的抗流作用与信号的频率有关，它们的阻抗频率特性R～f，XL～f，Xc～f曲线如图5-1所示2. 元件阻抗频率特性的测量电路如图5-2所示　　 　　　　图 5-1 图5-2　　图中的r是提供测量回路电流用的标准小电阻，由于r的阻值远小于被测元件的阻抗值，因此可以认为AB之间的电压就是被测元件R、L或C 两端的电压，流过被测元件的电流则可由r两端的电压除以r所得　　若用双踪示波器同时观察r与被测元件两端的电压， 亦就展现出被测元件两端的电压和流过该元件电流的波形，从而可在荧光屏上测出电压与电流的幅值及它们之间的相位差。

1）. 将元件R、L、C串联或并联相接，亦可用同样的方法测得Z串与Z并的阻抗频φ率特性Z～f，根据电压、电流的相位差可判断Z串或Z并是　感性还是容性负载2）. 元件的阻抗角（即相位差φ）随输入信号的频率变化而改变，将各个不同频率下的相位差画在以频率f为横坐标、阻抗角φ为纵座标的座标纸上，并用光滑的曲　　　　　　 线连接这些点，即得到阻抗角的频率特性曲线 图5-3用双踪示波器测量阻抗角的方法如图5-3所示采用示波器光标功能分别测出一个周期n，相位差m，则实际的相位差φ（阻抗角）为φ＝m×（度） 三、使用仪器、材料序号名 称型号与规格数量备 注1函数信号发生器12交流毫伏表0～600V13双踪示波器1自备4频率计15实验线路元件R=1KΩ，r=51Ω,C=0.47μF, L约10mH1DGJ-05四、实验步骤1. 测量R、L、C元件的阻抗频率特性　　通过电缆线将函数信号发生器输出的正弦信号接至如图5-2的电路，作为激励源u，并用交流毫伏表测量，使激励电压的有效值为U＝3V，并保持不变使信号源的输出频率从200Hz逐渐增至5KHz（用频率计测量）， 并使开关S分别接通R、L、C三个元件，用交流毫伏表测量Ur，并计算各频率点时的IR、IL和IC ( 即Ur / r ) 以及R=UR/IR、XL=UU/IU及XC=UC/IC之值。

将数据记录在表1中注意：在接通C测试时，信号源的频率应控制在200～2500Hz之间2. 用双踪示波器观察rL串联电路、rC串联电路在不同频率下阻抗角的变化情况，按图5-3记录n和m，算出φ将数据记录在表2中五、实验过程原始记录（数据、图表、计算等）表1 频率 f(HZ)20050010001500200030004000R UR(V)2.462.462.462.462.462.462.46 Ur(V)0.490.490.490.490.490.490.49 IR=Ur/r(mA)2.482.482.482.482.482.482.48 R=UR/IR(KΩ)0.990.990.990.990.990.990.99L UL(V)0.590.670.891.131.371.752.26 Ur(V)1.971.961.911.851.771.621.31 IL=Ur/r(mA)9.859.809.559.258.858.106.55 XL=UL/IL(KΩ)0.060.070.090.120.150.210.34C UC(V)3.063.053.012.962.902.742.35 Ur(V)0.000.200.400.600.781.091.56 IC=Ur/r(mA)0.411.022.002.983.885.437.80 XC=UC/IC(KΩ)7.463.001.511.990.750.500.30表2类型频率f(KHZ)0.51.01.52.02.53.04.0rLn（格）58302012151612m (格)421.51.01.522.5φ（度）24.8242730364058rCn（格）12162024324058m (格)1.5222.532.53φ（度）45453637.533.822.512.4六、实验结果及分析1、根据表1实验数据.可得R、C、L三个元件的阻抗频率特性曲线如下：图1 R的阻抗频率特性曲线图2 C的阻抗频率特性曲线图3 L的阻抗频率特性曲线结论：1、从图1可以看出电阻元件的阻值与信号源频率无关，其阻抗频率特性是近似为一条直线 2、从图2可以看出电容的容抗与信号源频率成反比。

3、从图3可以看出电感元件的感抗与信号源频率近似成正比2、根据表2实验数据可得rL串联电路、rC串联电路的阻抗角频率特征曲线，如下图所示：图（a） rL串联电路的阻抗角频率特征曲线图（b） rC串联电路的阻抗角频率特征曲线结论：1、从图（a）可以看出rL串联电路中，随着信号源频率的增加，阻抗角增大；2、从图（b）可以看出rC串联电路中，随着信号源频率的增加，阻抗角减小3、实验注意事项1. 交流毫伏表属于高阻抗电表,测量前必须先调零2. 测φ时，示波器的"V/div"和"t/div" 的微调旋钮应旋置“校准位置”4、预习思考题　　测量R、L、C各个元件的阻抗角时串联一个标准小电阻是用于测量回路电流的，不能用一个小电感或大电容代替因为电阻是一个纯阻性元件（阻抗为实数），而现实中电感电容都不可能是纯感性或者容性（阻抗纯虚数）而使用标准小电阻，电阻上的电压和电流几乎严格的在很宽的频率范围内同相位，也就可以用电阻上的电压代表通过待测元件的电流，从而与待测元件电压比较得出阻抗角。