交流电路的性质

1、实验3.1串联交流电路的阻抗一、实验目的测量串联RL电路的阻抗和交流电压与电流之间的相位，并比较测量值与计算值。测量串联RC电路的阻抗和交流电压与电流之间的相位，并比较测量值与计算值。测量串联RLC电路的阻抗和交流电压与电流之间的相位，并比较测量值与计算值。二、实验步骤在电子平台上建立如图3-1所示的实验电路，一起按图设置。单击仿真电源开关，激 活电路进行动态分析。因为1KQ电阻两端的电于与电力六成正比，在示波器的纵轴上1V 相当于1mA，所以屏幕上红色曲线图代表RL电路阻抗两端的电压Vz，蓝色曲线图代表电流 Iz。在下面的V,I-T坐标上作出电压Vz和电流Iz岁时间T变化的曲线图，记录交流电

2、压表 和电流表上交流电压有效值Vz和电流有效值Iz的读书。根据步骤1中的曲线图，计算电压与电流之间的相位差。Q=t*360/T=75*0.000001*360*2000=54用交流电压有效值Vz和电流有效值Iz计算RL电路的阻抗大小。Vz=7.071V Iz=4.412mA Z 匕=1602Iz用电感值L和正弦频率f计算电感的阻抗XL。XL=WL=2*3.14*2000*0.1=1256用电阻值R和电感L的感抗XL计算RL电路阻抗Z的大小。Z*Z=R*R+Xl*XL Z=1605根据算得的感抗值XL和电阻值R,计算电流与电压之间的相位差。Q=arctan(Xl/R)=51.5在电子工作平台上建

3、立如图3-2所示的实验电路，仪器按图设置。单击仿真电源开关， 激活电路进行动态分析。因为1KQ电阻两端的电压和电流成正比(在示波器的纵轴上1V相 当于1mA)，因此屏幕上红色曲线图代表RC电路阻抗两端的电压Vz，蓝色曲线代表电流Iz， 在上面的V,I-T坐标上作出电压Vz和电流Iz随时间T变化的曲线图。记录交流电压表和电 流表上的电压有效值Vz和电流有效值Iz的读数。根据步骤7中的曲线图，计算电压与电流之间的相位差。Q=t*360/T=-55*0.000001*360*2000=39.6用交流电压有效值Vz和电流有效值Iz就算RC电路阻抗Z的大小。Vz=7.071V Iz=5.542mA Z=

4、Vz/Iz=1276用电容C和正弦频率f计算电容器的容抗Xc。Xc=1/wc=1/2*3.14*2000*0.0000001=796用电阻值R和电容C的容抗Xc计算RC电路阻抗Z的大小。Z*Z=R*R+Xc*Xc Z=1278根据算得的容抗Xc和电阻值R,计算电流与电压正弦函数之间的相位差。Q=-arctan(Xc/R)=-38.5在电子工作平台上建立入图3-3所示的实验电路，引起按图设置。单击仿真电源开关， 激活电路进行动态分析。因为1KQ电阻两端的电压和电流成正比(在示波器的纵轴上1V相 当于1mA)，因此屏幕上红色曲线图代表RLC电路阻抗两端的电压Vz，蓝色曲线代表电流Iz， 在上面的V

5、,I-T坐标上作出电压Vz和电流Iz随时间T变化的曲线图。记录交流电压表和电 流表上的电压有效值Vz和电流有效值Iz的读数。根据步骤13的曲线图，计算电压与电流之间的相位差。Q=t*360/T=30*0.000001*360*2000=21.615用交流电压有效值Vz和电流有效值Iz计算RLC电路阻抗的大小Z.Vz=7.071V Iz=6.407mA Z=Vz/Iz=1104用电容C和正弦频率f计算电容器的容抗Xc。Xc=1/wc=1/2*3.14*2000*0.0000001=796用电感L和正弦频率f计算电感的感抗Xl。Xl=Wl=2*3.14*2000*0.1=1256用电阻R,电容C的

6、容抗Xc和电感L的感抗XL，计算RLC电路阻抗的大小Z。X=Xl-Xc=460 Z*Z=R*R+X*X Z=1100根据算得的容抗Xc,感抗Xl和电阻R,计算电流与电压之间的相位差6。Q=arctan(X/R)=24.7三、思考与分析步骤5算得的阻抗大小与步骤3用电压和电流测量值算得的阻抗大小比较，情况如何？近似相等步骤6算出的相位差与步骤1, 2中通过电流和电压曲线图测出的相位差比较情况如 何？电压比电流超前还是落后？近似相等，超前步骤11算出的阻抗大小与步骤9用电压和电流测量值算出的阻抗大小比较，情况如 何？近似相等步骤12算出的相位差与步骤7, 8中测出的电流和电压曲线之间的相位差比较，

7、情况 如何？电压比电流超前还是落后？近似相等，落后步骤18算出的感抗大小与步骤15用电压和电流测量值算出的感抗大小比较，情况如 何？近似相等步骤19算出的相位差与步骤13, 14中用电流和电压曲线测出的相位差比较，情况如何？ 电压比电流超前还是落后近似相等，超前实验3.2串联谐振一、实验目的测定串连谐振电路的谐振频率，并比较测量值与计算值。测定串连谐振电路的带宽，并比较测量值与计算值。测定串连谐振电路的品质因素。测定串联谐振电路的谐振阻抗。测定串联谐振电路谐振时电压与电流之间的相位关系。研究电路电阻变化时对串连谐振电路的谐振频率和带宽的影响。二、实验准备在图3-4,图3-5所示的电路中，信号频

8、率为串连谐振电路的谐振频率f0时感抗XL等 于容抗Xc，因为感抗与容抗有180的相位差，所以谐振频率上总电抗为零，这时总阻抗最 小，并且等于电路电阻R。在谐振频率fo上电路电流I最大，因此X =XL C2听 L = 10由此可求得谐振频率f _ 2兀、L在图3-4和图3-5所示的电路中，串连谐振电路的带宽BW可从频率特性曲线图通过测 量低端频率f和高端频率f来确定，在这两点上电流I下降为峰值的0.707倍(-3dB)。因 LHBW = fH - fL此，带宽为带宽也可由电路元件值来计算BW = R2兀L品质因数Q可反应谐振电路的带宽与谐振频率之间的关系。品质因数越高，则带宽越窄。 品质因数可用

9、下式计算fBW图3-4串连谐振在谐振频率上，因为阻抗与容抗相等，总电抗为零，总阻抗为纯电阻性，所以谐振时电路的电压与电流同相。做这个实验要使用波特图仪，可参考电子工作平台的仪器菜单。图3-5串联谐振的频率特性曲线三、试验步骤在电子工作平台上建立如图3-4所示的实验电路。单击仿真开关进行动态分析。在表 3-6中记录相应频率的节点电压Va和Vb。表3-6F/HzVa/VVb/VI/mAZ/kQ100101.61.66.25300104.64.62.17700109.19.11.1100010101013000105524000103.83.82.6310000101.61.66.252.按表3-6

10、改变信号发生器的频率，运行动态分析，记录每种频率的峰值电压Va和Vb,必要时可调整示波器。根据表3-6中的每个Vb值及图3-4所示电路中的R值，计算每种频率的电流I，并将 结果记录到表中。画出电流I随频率变化的曲线图，频率用对数刻度。i，I/mA,Z/kQ108 -4 -F/HzI I | I I I II I | I I I |*100200500 1k2k 5k 10k根据步骤4的曲线图，测定串联谐振电路的谐振频率f0。根据图3-4中的元件值，测定串联谐振电路的谐振频率f。f0=1007根据步骤4的曲线图，测定串联谐振电路的带宽BW。根据图3-4中的元件值，计算串联谐振电路的带宽BWBW

11、=二=15922兀L根据步骤7中测量的带宽BW和步骤5中测量的谐振频率f0，计算这个串联谐振电路的品质因数Q。Q =f=0.632BW根据表3-6中的Va值和I值，计算每种频率对应的串联谐振电路阻抗Z，将结果 记录到表中。作出串联电路阻抗Z随频率f变化的曲线图，频率用对数刻度。根据图3-4中的电路元件值，计算串联谐振电路的谐振阻抗。Z=R=1000将信号发生器的频率调整为谐振频率f0，记录电压与电流之间的相位差。，必要时可以调整示波器的有关参数。在电子工作平台上建立如图3-5所示的实验电路。单击仿真开关进行动态分析。波 特图仪将图示串联谐振电路的电流I与频率f之间的函数关系。在纵轴上每个刻度代10mA 从曲线图测量并记录谐振频率和带宽。15.将电阻改为100Q，重复步骤14,必要时可改变波特图仪的位置。四、思考与分析步骤6中谐振频率的计算值与曲线测定值比较，情况如何？近似相等步骤8中带宽的计算值与曲线测定值比较，情况如何？近似相等根据步骤11的曲线图，对串联谐振电路的阻抗随频率变化情况可得出什么结论。开始阻抗随频率的增大而减小，当到达谐振频率时阻抗最小，此后，阻抗随频率增大而 增大步骤12中算得得谐振阻抗与表3-6中记录得谐振阻抗比较，情况如何？近似相等