电路实验5RLC元件阻抗特性测定1

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×n0360（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）LCR51ru~riRASBufiLiCiui占m格占格nTωttφ0246810120200040006000系列100.050.10.150.20.250.30.350.40200040006000系列100.20.40.60.811.20200040006000系列1表1频率f(HZ)20050010001500200030004000RUR(V)2.462.462.462.462.462.462.46Ur(V)0.490.490.490.490.490.490.49IR=Ur/r(mA)2.482.482.482.482.482.482.48R=UR/IR(KΩ)0.990.990.990.990.990.990.99LUL(V)0.590.670.891.131.371.752.26Ur(V)1.971.961.911.851.771.621.31IL=Ur/r(mA)9.859.809.559.258.858.106.55XL=UL/IL(KΩ)0.060.070.090.120.150.210.34CUC(V)3.063.053.012.962.902.742.35Ur(V)0.000.200.400.600.781.091.56IC=Ur/r(mA)0.411.022.002.983.885.437.80XC=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1R的阻抗频率特性曲线图2C的阻抗频率特性曲线图3L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。