电路基础实验实验十一_R、L、C元件阻抗特性的测定.doc

1 实验十一实验十一 R R L L C C 元件阻抗特性的元件阻抗特性的 测定测定 实验成员 实验成员 班级 班级 整理人员 整理人员 2 实验十一实验十一 R L C 元件阻抗特性的测定元件阻抗特性的测定 一 实验目的一 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 与 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 二 原理说明二 原理说明 1 在正弦交变信号作用下 电阻元件 R 两端电压与流过的电流有关系式 U IR 在信号源频率 f 较低情况下 略去附加电感及分布电容的影响 电阻元件 的阻值信号源频率无关 其阻抗频率特性 R f 如图 9 1 如果不计线圈本身的电阻 又在低频时略去电容的影响 可将电感元 RL 件视为电感 有关系式 感抗 I jX U L L fL XL 2 感抗随信号源频率而变 阻抗频率特性 f 如图 9 1 XL 在低频时略去附加电感的影响 将电容元件视为纯电容 有关系式 容抗 I jX U C C fC XC 2 1 容抗随信号源频率而变 阻抗频率特性 f 如图 9 1 XC xL R xC f 0 Z 图 9 1 iA L CRu f iRiL iC S r 30 ur r B 图9 2 2 单一参数 R L C 阻抗频率特性的测试电路如图 9 2 所示 途中 R L C 为被测元件 r 为电流取样电阻 改变信号源频率 测量 3 R L C 元件两端电压 流过被测元件的电流则可由 r 两端电 URULUC 压除以 r 得到 3 元件的阻抗角 即相位差 随输入信号的频率变化而改变同样可用 实验方法测得阻抗角的频率特性曲线 f 用双踪示波器测量阻抗角 相位差 的方法 将欲测量相位差的两个信号分别接到双踪示波器和两个输入端 调 YAYB 节示波器有关旋钮 使示波器屏幕上出现两条大小适中 稳定的波形 如图 9 3 所示 荧光屏上数的水平方向一个周期占 n 格 相位差占 m 格 则实际的相位 差 阻抗角 为 度 n 360 m T 占m格 占n格 t t 图9 3 u i 三 实验设备三 实验设备 序号名 称型号与规格数 量备 注 1 函数信号发生器 1 2交流毫伏表1 3双踪示波器1 4实验电路元件 R 1K C 0 1 F L 10mH r 200 1 DGJ 05 四 实验内容四 实验内容 1 测量 R L C 元件的阻抗频率特性 实验线路如图 9 2 所示 取 R 1K L 10mH C 0 1 F r 200 通 过电缆线将函数信号发生器输出的正弦信号接至电路输入端 作为激励源 u 并用交流毫伏表测量 使激励源电压有有效值为 U 3V 并在整个试验过程中 4 保持不变 改变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 并通过计算得到各频率点时的 R XL与 Xc 之 UrULUrUCUr 值 记入表中 频率 F KHz 200100030005000 UR V 2 4082 392 3392 288 Ur V 0 4840 4680 4270 382 IR Ur r mA 2 422 342 1351 91R R UR IR K 0 9951 0211 0961 197 UL V 0 5830 8141 5612 017 Ur V 1 9481 8851 5741 238 IL Ur r mA 9 749 4257 876 19 L XL UL IL K 0 0600 0860 1980 326 UC V 3 0182 9632 6612 257 Ur V 0 0720 3570 9551 368 IC Ur r mA 0 361 7854 7756 84 C XC UC IC K 8 3831 6600 5570 330 2 用双踪示波器观察 rL 串联和 rC 串联电路在不同频率下各元件阻抗角的变化 情况 并作记录 rL 串联 频率 F KHz 151050 n 格 1010510 m 格 0 41 30 92 1 度 14 446 864 875 6 rC 串联 频率 F KHz 151050 n 格 10101010 m 格 2 2 1 6 1 1 0 3 度 79 2 57 6 39 6 10 8 5 5 实验注意事项实验注意事项 交流毫伏表属于高阻抗电表 测量前必须先调零 6 预习思考题预习思考题 1 图 9 2 中各元件流过的电流如何求得 答 通过测量电流取样电阻 r 两端的电压 用除以电流取样电阻的 UrUr 阻值 r 得到通过 r 的电流 I 因为电路是串联电路 电流处处相等 所以 I 即为 通过各元件的电流 如此便求得了各元件流过的电流 2 怎样用双踪示波器观察 rL 串联和 rC 串联电路阻抗角的频率特性 答 通过观察并记录交流电压与交流电流在示波器荧光屏 x 轴上相差的格 子数 m 与交流电压一个周期的格子数 n 计算 360 乘以它们的比值 m n 即为 该频率下电路的阻抗角 这是因为电压与电流在 x 轴上相差的格子数比上电压 一个周期的格子数就是电压与电流相位差占整个周期的百分比 再乘以 360 即得到阻抗角 在通过比较不同频率下阻抗角的大小即可观察到阻抗角的频率 特性 七 实验报告七 实验报告 1 根据实验数据 在方格纸上绘制 R L C 三个元件的阻抗频率特性曲 线 从中可得出什么结论 如图 其中实线 为 R 的阻抗频率特性曲线 虚线 为 L 的阻抗频率特性曲 线 点线 为 C 的阻抗频率特性曲线 由图可得 在一定范围内 C 元件的容抗随着频率的增加急剧下降 下降 速度逐渐减缓 最后趋于平缓 R 元件的阻值基本不随频率的增加而变化 L 元件的感抗随着频率的增加逐渐增加 增加的速度基本维持不变 三者的阻抗 频率特性曲线基本符合图 9 1 的阻抗频率特性图 验证了电阻 感抗 容抗与 6 频率的关系 2 根据实验数据 在方格纸上绘制 rL 串联 rC 串联电路的阻抗角频率特 性曲线 并总结 归纳出结论 由图可得 从 rL 串联电路的阻抗角频率特性曲线中可以得到随着频率 的增加阻抗角逐渐增加 这是因为随着频率 f 的增加 由可得 L 元fL XL 2 件的感抗增加 因而分在 L 元件上的电压更多 故由可得 I 与 I jX U L L U 的相位差会增加且 I 滞后于 U 阻抗角增大 并无限靠近 90 反之 从 rC 串联电路的阻抗角频率特性曲线中可