实验六R、L、C元件阻抗特性的测定

实验六R、L、C元件阻抗特性的测定一、实验目的1.验证电阻R、感抗XL、容抗XC与频率的关系，测定Rf、XLf及Xcf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Rf，XLf，Xcf曲线如图6-1所示。其中XL= L=2fL，XC=1/C=1/2fc 。2.单一参数R、L、C阻抗频率特性的测量电路如图6-2所示。图6-1 图6-2图中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R、L、C元件两端电压UR、UL、UC，流过被测元件的电流则可由r两端电压除以r得到。3.元件的阻抗角（即U、i的相位差）（1）R与r串联时：阻抗角为0（2）L与r串联时：阻抗角为arctgL/r,即arctg2fL/r（3）C与r串联时，阻抗角为arctg(-1/Cr),即arctg(-1/2fcr)可见在L与r串联或C与r串联时，元件的阻抗角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6-3用双踪示波器测量阻抗角的方法如图6-3所示。从示波器上测得一个周期占n秒，输入输出波形时延占m秒，则实际的相位差（阻抗角）为m3600 / n。三、实验设备R、L、C元件阻抗特性实验板、交流毫伏表、双踪示波器、函数信号发生器。四、实验内容1测量R、L、C元件的阻抗频率特性实验电路图如下图所示：(L取为40mH)通过导线将函数信号发生器输出的正弦信号接至上图的电路，作为激励源Ui，并用交流毫伏表测量，使激励电压的有效值为U3V，并在实验过程中保持不变。使信号源的输出频率从200Hz逐渐增至900Hz左右，并用导线将r分别接通R、L、C三个元件，用交流毫伏表分别测量UR、Ur；UL、Ur；Uc、Ur, 并通过计算得到各频率点时的R、XL与Xc之值，记入表1中。实验步骤：（1）将函数信号发生器和R、L、C阻抗特性实验板电路中的激励端连接。（函数信号发生器“波形输出”的上面插孔连接“激励Ui”的左面插孔，函数信号发生器“波形输出”的下面插孔连接“激励Ui”的右面插孔） （2）打开函数信号发生器电源。调节函数信号发生器，使函数信号发生器的输出频率为200HZ，功能设置选正弦。然后用数字多用表的交流20V档位监测函数信号发生器的”波形输出”端电压，(红表笔接“波形输出”的上面插孔，黑表笔接“波形输出”的下面插孔。调节输出电压为3V（可以调成函数信号发生器的幅度上限为8.6，下限为0）。（3）用导线将R、L、C阻抗特性实验板电路的r与R连接。(4) 用数字多用表的交流20V档位，测得UR，Ur，填入表1中。（数字多用表的红表笔总接r、R的公共端。）（5）逐渐增加函数信号发生器的频率直到900HZ，按步骤3测得UR，Ur，填入表1中。（6）将R、L、C阻抗特性实验板电路的r改为与L(40mH)连接。(7)将信号源的频率调回200HZ,重复步骤（4）、（5），测得UL、Ur值，（数字多用表的红表笔总接r、L的公共端。）填入表1中。（注意：电感元件值太小实验数据会非常不准确，为此需串联30mH电感(由附近R、L、C串联谐振电路图中取得30mH电感值)，即电感取40mH，r不变，激励端如何确定？UL又如何测得？）（8）将R、L、C阻抗特性实验板电路的r改为与C连接。重复步骤（7）, 用测得UC、Ur值，（数字多用表的红表笔总接r、c的公共端。）填入表1中。2用双踪示波器观察rC串联和rL串联电路在不同频率下阻抗角的变化情况，按图6-3记录n和m，算出，计入表2中。实验步骤:(1) 打开示波器电源，待示波器自检稳定后将示波器的一个探头和示波器的输入通道CH1(X)通过探头连接器连接并固定好，并将探头勾形头、接地夹子和函数信号发生器的波形输出端连接。（探头勾形头接函数信号发生器“波形输出”的上面插孔，接地夹子接函数信号发生器“波形输出”的下面插孔）（2）重新调节函数信号发生器，使函数信号发生器的输出频率为200HZ，功能设置选正弦。输出电压保持3V不变。（3）按一下示波器面板上的AUTO按钮，示波器会自动设置波形显示形式使我们能看到最好的波形显示。记下CH1的Prd（周期）大小即n值，填入表2中。旋转CH1按钮的上面的Voit/div旋钮和下面的POSITION旋钮可调节波形的垂直宽度和垂直位置。把波形的垂直宽度和垂直位置调节合适。（4）将另一探头和示波器的输入通道CH2(Y)及R、L、C阻抗特性实验板电路的200电阻r两端连接（200电阻r的左端接探头勾形头，右端接接地夹子) ，CH2通道的输出波形即为电流i的波形。（为什么？）并按一下示波器面板上的CH2按键。屏幕上将出现（CH2通道）电流i的波形信号。如果波形快速闪动，按一下“SET TO 50%”按键或“AUTO”按键使波形稳定。（5）旋转CH2按钮的上面的Voit/div旋钮和下面的POSITION旋钮可调节波形的垂直宽度和垂直位置。把波形的垂直宽度和垂直位置调节合适。（6）观察电压U和电流i的波形。按一下示波器控制面板上的RUN/STOP按钮，使波形静止。（7）按一下示波器控制面板上的CURSORS光标，然后按MENU键下的青色按键选好：光标模式选项选定追踪，光标A选定CH1，光标B选定CH2选项，通过示波器面板上面点亮指示灯的万能旋钮移动光标A、B到合适的位置，记录光标水平相对位置T，测得m值，填入表2中。（光标A、B的坐标及它们的相对位置在示波器屏幕上显示：A-T：光标A的水平位置，A-V：光标A的垂直位置，B-T：光标B的水平位置,B-V：光标B的垂直位置, T：光标A、B的水平间距, V：光标A、B的垂直间距），即m值,计入表2中。测量完毕后按一下示波器控制面板上的AUTO按钮，使波形触发。（8）逐渐增加函数信号发生器的频率直到900HZ，按步骤（3）、（5）、（6）、(7)测得n、m值，填入表2中。（9）重新调节函数信号发生器，使函数信号发生器的输出频率为200HZ，按一下示波器控制面板上的RUN/STOP按钮，使波形静止。将电路实验板中的r改为和L（注意L取为40mH）连接，按一下AUTO按钮，使波形触发，调整波形高度及位置为合适，重复步骤（6）、（7）、（8）。（周期n值不用再测。）频率f（Hz）200300400500600700800900R 1kUR(V)Ur(V)IR=Ur/r(mA)R=UR/IR(k)L40mHUL(V)Ur(V)IL=Ur/r(mA)XL=UL/IL()2fL()C1FUC(V)Ur(V)IC=Ur/r(mA)XC=UC/IC()1 / 2fC()表 1r、L串联频率f200300400500600700800900n(ms)m(ms)= m/n *3600arctgL/r14.1120.6626.6932.1437.0241.3445.1548.52r、c串联n(ms)m(ms)= m/n *3600Arctg-1/Cr-75.9-69.3-63.3-57.9-52.98-48.67-44.85-41.48表 2五、实验注意事项1.调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快、过猛。实验前，需熟读双踪示波器的使用说明书。观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮的操作与调节。2.信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地），以