实验六R、L、C元件阻抗特性的测定

1、.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 X L 、容抗 X C 与频率的关系，测定Rf、X Lf 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 ，X L f， Xcf 曲线如图 6-1 所示。其中X L = L=2 fL ，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

2、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arctg L/r, 即 arctg2 fL/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

3、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

4、、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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）

11、。（周期 n 值不用再测。）频率R1k L40mHC1 Ff （Hz ）200300400500600700800900UR (V)Ur(V)I R =Ur/r(mA)R=U R/I R (k )UL (V)Ur(V)I L =Ur/r(mA)X L =U L /I L ()2fL( )UC (V)Ur(V)I C =Ur/r(mA)X C =UC /I C( )1 / 2 fC( )表 1频率 f200300400 500600700800900n(ms)r 、Lm(ms)串联 = m/n * 3600arctg L/r14.1120.6626.6932.1437.0241.3445.1548.52n(ms)r 、 cm(ms)串联 = 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