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 X L 、容抗 X C 與頻率的關(guān)系，測定Rf、X Lf 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 ，X L f， Xcf 曲線如圖 6-1 所示。其中X L = L=2 fL ，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

2、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arctg L/r, 即 arctg2 fL/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

3、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、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

4、、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

5、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

6、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 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

7、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

8、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

9、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

10、位置 , 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）

11、。（周期 n 值不用再測。）頻率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頻率 f200300400 500600700800900n(ms)r 、Lm(ms)串聯(lián) = m/n * 3600arctg L/r14.1120.6626.6932.1437.0241.3445.1548.52n(ms)r 、 cm(ms)串聯(lián) = 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