《電工電子基本技能操作項目教程》課件項目五

項目五

R、L、C在電路中的特性能力目標(biāo)1．正確使用函數(shù)信號發(fā)生器；2．正確使用示波器并觀察電感、電容、RLC串聯(lián)諧振電路的波形；3．尋找串聯(lián)揩振電路的諧振頻率；4．具有科學(xué)的求知態(tài)度、細心操作的職業(yè)素養(yǎng)。知識目標(biāo)1．知道純電阻電路、純電容電路、純電感電路在交流電路中電壓與電流的相位關(guān)系；2．知道在RLC串聯(lián)電路中總電壓與各分電壓之間的關(guān)系，RLC并聯(lián)電路中總電流與各分電流之間的關(guān)系；3．知道RLC串聯(lián)諧振電路的特點及應(yīng)用。R、L、C在電路中的特性項目內(nèi)容與原理一、R、L、C在直流電路中的特性

1、純電阻電路在直流電路中，流過電阻的電流I與電阻兩端的電壓U成正比，與電阻值成反比，即遵循歐姆定律，所以電阻對電流有阻礙作用。如圖5-1所示，閉合開關(guān)S，燈泡點亮；斷開開關(guān)S，燈泡亮度變暗。說明串聯(lián)電阻后，電流變小。R、L、C在電路中的特性圖5-1電阻元件在直流電路中R、L、C在電路中的特性2、純電容電路在直流電器中，電容相當(dāng)于開路。如圖5-2所示，當(dāng)開關(guān)S閉合時，燈亮，當(dāng)開關(guān)S斷開時，燈滅。說明電路經(jīng)電容元件隔斷后無電流流過燈泡。圖5-2電容元件在直流電路中R、L、C在電路中的特性R、L、C在電路中的特性3、純電感電路在直流電路中，由于磁通沒有變化，電感線圈沒有感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生，所以電感元件對直流沒有阻礙作用，相當(dāng)于一根直導(dǎo)線。如圖5-3所示，當(dāng)開關(guān)閉合時，燈泡是亮的；當(dāng)開關(guān)閉合后燈仍然是亮的，說明燈泡經(jīng)過電感后仍然有電流流過，電感元件在直流電路中相當(dāng)于短路。圖5-3電感元件在直流電路中R、L、C在電路中的特性二、R、L、C在交流電路中的特性

1、純電阻電路如圖5-4所示，將信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦交流電壓，通過電阻R加到燈泡兩端。保持電壓不變，將電壓頻率由低往高進行調(diào)整，觀察燈泡的亮度是保持不變的。這說明電阻值與電壓頻率無關(guān)。在交流電路中，電阻R兩端的電壓和流經(jīng)R的電流同相，其瞬時值、最大值及有效值均符合歐姆定律。電阻阻值與頻率無關(guān)，所以當(dāng)頻率變化時，電流有效值及功率不變。電阻是耗能元件，把從電源取得的電能轉(zhuǎn)化為熱能，其在交流電路中的波形與相量如圖5-5所示。(5-1)R、L、C在電路中的特性圖5-4電阻元件在交流電路中圖5-5電阻元件在交流電路中的波形與相量R、L、C在電路中的特性2、純電感電路如圖5-6所示，將信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦交流電壓，通過電感L加到燈泡兩端。保持電壓不變，將電壓頻率由低往高進行調(diào)整，觀察燈泡的亮度是由亮變暗的，流過燈泡的電流隨頻率增高而減小。說明電感在交流電路中隨頻率的上升對電流的阻礙作用增大。

在交流電路中，由于電壓、電流隨時間變化，電感元件中的磁場不斷變化，引起感生電動勢，所以電感在交流電路中對電流有阻礙作用。電感對交流電流的阻礙作用稱為感抗，即XL?=?w?L?=?2pfLR、L、C在電路中的特性圖5-6電感元件在交流電路R、L、C在電路中的特性電感元件兩端電壓與流過電感的電流并不同相，而是電壓超前電流90°，并且電感元件不消耗能量，只是與電源之間進行能量交換，電感是儲能元件，其電流與電壓波形相量圖如圖5-7所示。由于電感元件兩端電壓與流過其的電流不同相，因此電壓與電流的最大值、有效值遵循歐姆定律，瞬時值不再遵循歐姆定律，有R、L、C在電路中的特性圖5-7純電感電流與電壓波形相量圖R、L、C在電路中的特性3、純電容電路如圖5-8所示，將信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦交流電壓，通過電容C加到燈泡兩端。保持電壓不變，將電壓頻率由低往高進行調(diào)整，觀察燈泡的亮度是由暗變亮的，流過燈泡的電流隨頻率增高而增大。說明電容在交流電路中隨頻率的上升對電流的阻礙作用減小。

在交流電路中，由于電壓、電流隨時間變化，電容極板間的電壓不斷變化，引起電荷在與電容極板相連的導(dǎo)線中移動形成電流，所以電容在交流電路中相當(dāng)于通路，但對電流有阻礙作用。電容對交流電流的阻礙作用稱為容抗，即R、L、C在電路中的特性圖5-8電容元件在交流電路中R、L、C在電路中的特性電容元件兩端電壓與流過電容的電流并不同相，而是電壓滯后電流90°。并且電容元件不消耗能量，只是與電源之間進行能量交換，電容是儲能元件。其電壓與電流的波形、相量如圖5-9所示。

因為電容元件兩端電壓與流過電容的電流不同相，所以電壓與電流的最大值、有效值均遵循歐姆定律，其瞬時值不再遵循歐姆定律，有R、L、C在電路中的特性圖5-9純電容電壓與電流波形相量圖R、L、C在電路中的特性三、RLC串聯(lián)諧振電路如圖5-10所示，將R、L、C串聯(lián)起來，就構(gòu)成了RLC串聯(lián)電路。圖5-10RLC串聯(lián)諧振電路R、L、C在電路中的特性將信號發(fā)生器產(chǎn)生的交流信號加到RLC串聯(lián)電路兩端，則RLC串聯(lián)電路兩端的總電壓與R、L、C各元件兩端的分電壓的關(guān)系，可用圖5-11表示。圖5-11RLC串聯(lián)電路電壓相量R、L、C在電路中的特性

由圖可知：(1)當(dāng)XL?>?XC時，j?>?0，電壓超前電流，電路呈感性。(2)當(dāng)XL?<?XC時，j?<?0，電壓滯后電流，電路呈容性。(3)當(dāng)XL?=?XC時，j?=?0，電壓、電流同相，電路表現(xiàn)為純電阻性。此時Z?=?R最小，電路電流達到最大值，這種現(xiàn)象稱串聯(lián)諧振。

當(dāng)電路發(fā)生諧振時，XL?=?XC，諧振頻率為R、L、C在電路中的特性

電路發(fā)生串聯(lián)諧振時有三個基本特點：(1)電路呈電阻性，電路電壓與電流同相。(2)電路的阻抗模最小，電流達最大值。(3)UL

=?UC且，即電感、電電壓大小相等、方向相反，相互抵消，對整個電路不起作用。此時，UL與UC本身并不為零，即項目訓(xùn)練準(zhǔn)備(1)低頻信號發(fā)生器；(2)示波器；(3)毫安表；(4)電阻、電容、電感一套。R、L、C在電路中的特性項目操作與測量(一)R、L、C在直流電路中的特性(1)觀察電阻在直流電路中的特性。按圖5-1接線，觀察現(xiàn)象，并將結(jié)論填入表5-1中。(2)觀察電容在直流電路中的特性。按圖5-2接線，觀察現(xiàn)象，并將結(jié)論填入表5-1中。(3)觀察電感在直流電路中的特性。按圖5-3接線，觀察現(xiàn)象，并將結(jié)論填入表5-1中。R、L、C在電路中的特性

開關(guān)斷開燈泡現(xiàn)象開關(guān)閉合燈泡現(xiàn)象結(jié)

論純電阻電路

純電感電路

純電容電路

表5-1觀測燈泡R、L、C在電路中的特性(二)R、L、C在交流電路中的特性(1)觀察電感元件兩端電壓與流經(jīng)電感電流的相位關(guān)系(R=300Ω，L=180mH)，將結(jié)果填入表5-2。①保持低頻發(fā)生器正弦波電壓幅度為4V，將正弦波頻率調(diào)為1kHz。②按圖5-12(a)接線。y1代表電流i，y2代表電壓u。③用示波器觀察電流與電壓的波形。④畫出波形進行相位比較。R、L、C在電路中的特性

信號頻率1?kHz，電壓幅度4?V電阻電路電容電路電感電路電壓電流波形圖

相位差測量值

相位差理論值

誤差原因分析

表5-2測量數(shù)據(jù)(1)R、L、C在電路中的特性(2)觀察電容元件兩端電壓與流經(jīng)電容電流的相位關(guān)系(R?=?200?Ω，C?=?0.1?mF)。

①保持低頻發(fā)生器正弦波電壓幅度為4?V，將正弦波頻率調(diào)為1?kHz。

②按圖5-12(b)接線。y1代表電流i，y2代表電壓u。

③用示波器觀察電流與電壓波形。

④畫下波形進行相位比較。R、L、C在電路中的特性圖5-12R、L、C在電路中的特性(三)RLC串聯(lián)諧振電路按圖5-13連線(電阻R?=?51?Ω，L?=?180?mH，C?=?0.1?mF)。保持信號發(fā)生器正弦波的電壓為4?V不變。調(diào)整信號發(fā)生器的頻率使頻率分別為700?Hz，800?Hz，…

1600?Hz。用交流毫伏表分別測量電阻、電容、電感兩端的電壓，并填入表5-3中。使電阻R?=?300?Ω，重復(fù)上述步驟，將數(shù)據(jù)填入表5-4中。R、L、C在電路中的特性參

數(shù)R?=?51?Ω，L?=?180?mH，C

=

0.1?mF頻率/kHz0.70.80.911.11.21.31.41.51.6電流I/mA

UC/V

UL/V

UR/V

U/V

表5-3測量數(shù)據(jù)(2)R、L、C在電路中的特性參

數(shù)R

=

300?Ω，L

=

180?mH，C

=

0.1?mF頻率/kHz0.70.80.911.11.21.31.41.51.6電流I/mA

UC/V

UL/V

UR/V

U/V

表5-4測量數(shù)據(jù)(3)R、L、C在