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1、实验六R、L、C元件阻抗特性的测定实验六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XL、容抗XC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。二、原理说明1•在止弦交变信号作用下,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曲线如图所示。其中XL二wL=2nfL,XC=1/coC=l/2nfc。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。改变信号源
2、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4))(1)R与r串联时:阻抗角<1)为0(2)L与r串联时:阻抗角4)为arctgoL/r,即arctg2口fL/r(3)C与r串联时,阻抗角“为arctg(-l/coCr),§Parctg(-l/2nfcr)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
3、波器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=mX3600/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,使激励电压的冇效值为U=3V,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
4、分别测量UR、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屮的激励端连接。(函数信号发牛器“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200H乙,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
5、输出电压为3V(可以调成函数信号发牛器的幅度上限为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。⑺将信号源的频率调回200H乙重复步骤(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。(注意:电感元件值太小实验数据会非常不准确,为此
6、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m40mH,r不变,激励端如何确定?UL乂如何测得?)(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6-3iE录n和m,算出4),计入表2中。实验步骤:(1)打开示波器电源,待示波器口检稳定后将示波器的一个探头和示波器的输入通道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
7、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
8、)及R、L、C阻抗特性实验板电路的200Q电阻r两端连接(200Q电阻r的左端接探头勾形头,右