电路实验5RLC元件阻抗特性测定1.doc

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
φ
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×（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

1

2
交流毫伏表
0～600V
1

3
双踪示波器

1
自备
4
频率计

1

5
实验线路元件
R=1KΩ，r=51Ω,C=0.47μF, L约10mH
1
DGJ-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）
表1
频率 f(HZ)
200
500
1000
1500
2000
3000
4000

R
UR(V)
2.46
2.46
2.46
2.46
2.46
2.46
2.46
Ur(V)
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
0.49
IR=Ur/r(mA)
2.48
2.48
2.48
2.48
2.48
2.48
2.48
R=UR/IR(KΩ)
0.99
0.99
0.99
0.99
0.99
0.99
0.99

L
UL(V)
0.59
0.67
0.89
1.13
1.37
1.75
2.26
Ur(V)
1.97
1.96
1.91
1.85
1.77
1.62
1.31
IL=Ur/r(mA)
9.85
9.80
9.55
9.25
8.85
8.10
6.55
XL=UL/IL(KΩ)
0.06
0.07
0.09
0.12
0.15
0.21
0.34

C
UC(V)
3.06
3.05
3.01
2.96
2.90
2.74
2.35
Ur(V)
0.00
0.20
0.40
0.60
0.78
1.09
1.56
IC=Ur/r(mA)
0.41
1.02
2.00
2.98
3.88
5.43
7.80
XC=UC/IC(KΩ)
7.46
3.00
1.51
1.99
0.75
0.50
0.30
表2
类型
频率f(KHZ)
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
4.0

rL
n（格）
58
30
20
12
15
16
12
m (格)
4
2
1.5
1.0
1.5
2
2.5
φ（度）
24.8
24
27
30
36
40
58

rC
n（格）
12
16
20
24
32
40
58
m (格)
1.5
2
2
2.5
3
2.5
3
φ（度）
45
45
36
37.5
33.8
22.5
12.4

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1 R的阻抗频率特性曲线

图2 C的阻抗频率特性曲线

图3 L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。