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时间:2019-06-17
《实验十-RLC电路的阻抗特性分析》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、实验十RLC电路的阻抗频率特性分析一实验目的1、掌握交流电路中电阻、电容和电感的阻抗与频率的关系。2、加深理解三个元件的电压与电流相位关系。3、观察RLC串联谐振现象,了解谐振电路特性,加深其理论知识的理解。二实验原理1、R、L、C元件的阻抗频率特性正弦交流信号包含最大值、频率和初相位,在正弦稳态交流电路中,通过元件的电流有效值和加于该元件两端电压有效值之间的关系U=f(I),称为元件的交流伏安特性,每个元件不仅讨论电压、电流有效值关系,还要观察两者相位之间的关系。线性电阻欧姆定律的相量形式为:。说明电阻两端电压的有效值与流过电流的有效值成正比,R大小与频
2、率无关,相位差为0,即同相位。(2)电容线性电容电压电流关系的相量形式为:。表明电容两端电压有效值与流过电流有效值关系为,相位差为-,即电流超前电压90度。(3)电感线性电感的电压电流关系的相量形式为:。说明电感两端电压的有效值与流过电流的有效值关系为,相位差为,即电压超前电流90度。正弦稳态电路中,RLC元件的阻抗频率特性曲线如图10-1所示。图10-1R、L、C元件的阻抗频率特性曲线2、RLC串联电路的阻抗频率特性RLC串联电路中,当正弦交流信号源的频率f改变时,电路中的感抗、容抗随之而变,电路中的电流I也随频率f而变。交流电压(有效值)的角频率为,则
3、电路的阻抗为,阻抗的模:,阻抗的幅角,即该电路总电压与电流的相位差。图10-2RLC串联电路us图10-3(a)、(b)分别为RLC串联电路的阻抗、相位差随频率的变化曲线。图10-3(a)曲线图10-3(b)曲线由曲线图可以看出,存在一个特殊的频率,特点为:(1)当时,,电流相位超前于电压,整个电路呈电容性;(2)当时,,电流相位滞后于电压,整个电路呈电感性;(3)当时,即或时,阻抗,此时,表明电路中电流I和电压同相位,整个电路呈现纯电阻性。3、RLC串联电路的阻抗频率特性回路中的电流I(有效值)为:I与频率的变化曲线如图10-3(c)所示。10-3(c)
4、曲线当时,RLC串联电路呈现电阻性,此时电路阻抗的模为最小,电流则达到极大值,这就是串联谐振现象。随偏离越远,阻抗越大,而电流越小。只要调节、L、C中的任意一个量,电路都能达到谐振。谐振时,电路中的电流达到最大值,且与输入电压us同相位。此时,,式中,称为电路的品质因数。电路的品质因数Q对谐振曲线的形状起着决定作用,在L、C不变条件下,电阻R值越小,Q值越大,曲线越尖锐,通频带越窄,电路的选择性越好。三实验仪器和设备1、信号发生器2、示波器3、万用表4、电阻、电容、电感四实验内容和步骤1、R、C、L的阻抗频率特性测试测试电路如图10-4,r=100W、R=
5、300、C=0.1uF、L=58mH,信号发生器输出正弦信号,有效值Us=5V保持不变。改变信号源的频率,利用万用表分别测量,得出电阻、电容和电感的元件特性。图10-4阻抗频率特性测试电路2、R、L、C电压与电流的相位关系利用示波器观察不同元件的电压和电流波形,比较三个元件的电压与电流的相位关系。3、RLC串联电路的阻抗选择L=58mH、C=0.1μF、R=300Ω,f0=2.1KHz,保持Us=5V不变,改变频率,测量UR的值,然后以f为横坐标,以UR为纵坐标,绘出光滑的曲线,即谐振曲线,在处(XL=Xc),曲线尖峰所在的频率点称为谐振频率,此时电路呈纯
6、阻性,电路阻抗的模为最小。测量同时观察UR、US的相位。五讨论1、通过示波器怎样理解相位的关系?2、改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振,如何判别电路是否发生谐振? 3、本实验在谐振时,对应的UL与UC是否相等?如有差异,原因何在?
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