實驗六R、L、C元件阻抗特性的測定

1、.實驗六R、L、C元件阻抗特性的測定一、實驗?zāi)康?.驗證電阻R、感抗XL、容抗XC與頻率的關(guān)系，測定Rf、XLf及Xcf特性曲線。2.加深理解R、L、C元件端電壓與電流間的相位關(guān)系。二、原理說明1.在正弦交變信號作用下，R、L、C電路元件在電路中的抗流作用與信號的頻率有關(guān)，它們的阻抗頻率特性Rf，XLf，Xcf曲線如圖6-1所示。其中XL= L=2fL，XC=1/C=1/2fc 。2.單一參數(shù)R、L、C阻抗頻率特性的測量電路如圖6-2所示。圖6-1 圖6-2圖中R、L、C為被測元件，r為電流取樣電阻。改變信號源頻率，測量R、L、C元件兩端電壓UR、UL、UC，流過被測元件的電流則可由r兩端電壓

2、除以r得到。3.元件的阻抗角（即U、i的相位差）（1）R與r串聯(lián)時：阻抗角為0（2）L與r串聯(lián)時：阻抗角為arctgL/r,即arctg2fL/r（3）C與r串聯(lián)時，阻抗角為arctg(-1/Cr),即arctg(-1/2fcr)可見在L與r串聯(lián)或C與r串聯(lián)時，元件的阻抗角隨輸入信號的頻率變化而改變，將各個不同頻率下的相位差畫在以頻率f為橫坐標、阻抗角為縱座標的座標紙上，并用光滑的曲線連接這些點，即得到阻抗角的頻率特性曲線。圖6-3用雙蹤示波器測量阻抗角的方法如圖6-3所示。從示波器上測得一個周期占n秒，輸入輸出波形時延占m秒，則實際的相位差（阻抗角）為m3600 / n。三、實驗設(shè)備R、L、

3、C元件阻抗特性實驗板、交流毫伏表、雙蹤示波器、函數(shù)信號發(fā)生器。四、實驗內(nèi)容1測量R、L、C元件的阻抗頻率特性實驗電路圖如下圖所示：(L取為40mH)通過導(dǎo)線將函數(shù)信號發(fā)生器輸出的正弦信號接至上圖的電路，作為激勵源Ui，并用交流毫伏表測量，使激勵電壓的有效值為U3V，并在實驗過程中保持不變。使信號源的輸出頻率從200Hz逐漸增至900Hz左右，并用導(dǎo)線將r分別接通R、L、C三個元件，用交流毫伏表分別測量UR、Ur；UL、Ur；Uc、Ur, 并通過計算得到各頻率點時的R、XL與Xc之值，記入表1中。實驗步驟：（1）將函數(shù)信號發(fā)生器和R、L、C阻抗特性實驗板電路中的激勵端連接。（函數(shù)信號發(fā)生器“波形

4、輸出”的上面插孔連接“激勵Ui”的左面插孔，函數(shù)信號發(fā)生器“波形輸出”的下面插孔連接“激勵Ui”的右面插孔） （2）打開函數(shù)信號發(fā)生器電源。調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，使函數(shù)信號發(fā)生器的輸出頻率為200HZ，功能設(shè)置選正弦。然后用數(shù)字多用表的交流20V檔位監(jiān)測函數(shù)信號發(fā)生器的”波形輸出”端電壓，(紅表筆接“波形輸出”的上面插孔，黑表筆接“波形輸出”的下面插孔。調(diào)節(jié)輸出電壓為3V（可以調(diào)成函數(shù)信號發(fā)生器的幅度上限為8.6，下限為0）。（3）用導(dǎo)線將R、L、C阻抗特性實驗板電路的r與R連接。(4) 用數(shù)字多用表的交流20V檔位，測得UR，Ur，填入表1中。（數(shù)字多用表的紅表筆總接r、R的公共端。）（5）逐

5、漸增加函數(shù)信號發(fā)生器的頻率直到900HZ，按步驟3測得UR，Ur，填入表1中。（6）將R、L、C阻抗特性實驗板電路的r改為與L(40mH)連接。(7)將信號源的頻率調(diào)回200HZ,重復(fù)步驟（4）、（5），測得UL、Ur值，（數(shù)字多用表的紅表筆總接r、L的公共端。）填入表1中。（注意：電感元件值太小實驗數(shù)據(jù)會非常不準確，為此需串聯(lián)30mH電感(由附近R、L、C串聯(lián)諧振電路圖中取得30mH電感值)，即電感取40mH，r不變，激勵端如何確定？UL又如何測得？）（8）將R、L、C阻抗特性實驗板電路的r改為與C連接。重復(fù)步驟（7）, 用測得UC、Ur值，（數(shù)字多用表的紅表筆總接r、c的公共端。）填入表1

6、中。2用雙蹤示波器觀察rC串聯(lián)和rL串聯(lián)電路在不同頻率下阻抗角的變化情況，按圖6-3記錄n和m，算出，計入表2中。實驗步驟:(1) 打開示波器電源，待示波器自檢穩(wěn)定后將示波器的一個探頭和示波器的輸入通道CH1(X)通過探頭連接器連接并固定好，并將探頭勾形頭、接地夾子和函數(shù)信號發(fā)生器的波形輸出端連接。（探頭勾形頭接函數(shù)信號發(fā)生器“波形輸出”的上面插孔，接地夾子接函數(shù)信號發(fā)生器“波形輸出”的下面插孔）（2）重新調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，使函數(shù)信號發(fā)生器的輸出頻率為200HZ，功能設(shè)置選正弦。輸出電壓保持3V不變。（3）按一下示波器面板上的AUTO按鈕，示波器會自動設(shè)置波形顯示形式使我們能看到最好的波形顯

7、示。記下CH1的Prd（周期）大小即n值，填入表2中。旋轉(zhuǎn)CH1按鈕的上面的Voit/div旋鈕和下面的POSITION旋鈕可調(diào)節(jié)波形的垂直寬度和垂直位置。把波形的垂直寬度和垂直位置調(diào)節(jié)合適。（4）將另一探頭和示波器的輸入通道CH2(Y)及R、L、C阻抗特性實驗板電路的200電阻r兩端連接（200電阻r的左端接探頭勾形頭，右端接接地夾子) ，CH2通道的輸出波形即為電流i的波形。（為什么？）并按一下示波器面板上的CH2按鍵。屏幕上將出現(xiàn)（CH2通道）電流i的波形信號。如果波形快速閃動，按一下“SET TO 50%”按鍵或“AUTO”按鍵使波形穩(wěn)定。（5）旋轉(zhuǎn)CH2按鈕的上面的Voit/div旋

8、鈕和下面的POSITION旋鈕可調(diào)節(jié)波形的垂直寬度和垂直位置。把波形的垂直寬度和垂直位置調(diào)節(jié)合適。（6）觀察電壓U和電流i的波形。按一下示波器控制面板上的RUN/STOP按鈕，使波形靜止。（7）按一下示波器控制面板上的CURSORS光標，然后按MENU鍵下的青色按鍵選好：光標模式選項選定追蹤，光標A選定CH1，光標B選定CH2選項，通過示波器面板上面點亮指示燈的萬能旋鈕移動光標A、B到合適的位置，記錄光標水平相對位置T，測得m值，填入表2中。（光標A、B的坐標及它們的相對位置在示波器屏幕上顯示：A-T：光標A的水平位置，A-V：光標A的垂直位置，B-T：光標B的水平位置,B-V：光標B的垂直位

9、置, T：光標A、B的水平間距, V：光標A、B的垂直間距），即m值,計入表2中。測量完畢后按一下示波器控制面板上的AUTO按鈕，使波形觸發(fā)。（8）逐漸增加函數(shù)信號發(fā)生器的頻率直到900HZ，按步驟（3）、（5）、（6）、(7)測得n、m值，填入表2中。（9）重新調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，使函數(shù)信號發(fā)生器的輸出頻率為200HZ，按一下示波器控制面板上的RUN/STOP按鈕，使波形靜止。將電路實驗板中的r改為和L（注意L取為40mH）連接，按一下AUTO按鈕，使波形觸發(fā)，調(diào)整波形高度及位置為合適，重復(fù)步驟（6）、（7）、（8）。（周期n值不用再測。）頻率f（Hz）2003004005006007008

10、00900R 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串聯(lián)頻率f200300400500600700800900n(ms)m(ms)= m/n *3600arctgL/r14.1120.6626.6932.1437.0241.3445.1548.52r、c串聯(lián)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、實驗注意事項1.調(diào)節(jié)電子儀器各旋鈕時，動作不要過快、過猛。實驗前，需熟讀雙蹤示波器的使用說明書。觀察雙蹤時，要特別注意相應(yīng)開關(guān)、旋鈕的操作與調(diào)節(jié)。2.信號源的接地端與示波器的接地端要連在一起（稱共地），以防