R、L、C元件阻抗特性.pdf

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1、6-4（实验四）R、L、C元件阻抗特性的测定一、实验目的1、研究电阻、感抗、容抗与频率的关系，测定它们随频率变化的特性曲线；2、学会测定交流电路频率特性的方法；3、了解滤波器的原理和基本电路；4、学习使用函数信号发生器、频率计和交流毫伏表。二、原理说明1、单个元件阻抗与频率的关系UURR对于电阻元件，根据R0，其中R，电阻R与频率无关；IIRRUU对于电感元件，根据LjX，其中LX2fLLL，感抗XL与频率成正比；IILLUUC1C对于电容元件，根据jXC，其中XC，容抗XC与频

2、率成反比。ICIC2fC测量元件阻抗频率特性的电路如图6-4-1所示，图中的r是提供测量回路电流用的标准电阻，流过被测元件的电流（IR、IL、IC）则可由r两端的电压Uｒ除以r阻值所得，又根据上述三个公式，用被测元件的电流除对应的元件电压，便可得到R、XL和XC的数值。2、交流电路的频率特性由于交流电路中感抗XL和容抗XC均与频率有关，因而，输入电压（或称激励信号）在大小不变的情况下，改变频率大小，电路电流和各元件电压（或称响应信号）也会发生变化。这种电路响应随激励频率变化的特性称为频率特性。图6-4-1实验电路

3、若电路的激励信号为EX（jω），响应信号为Re（jω），则频率特性函数为Re(j)N(j)A()()Ex(j)式中，A(ω)为响应信号与激励信号的大小之比，是ω的函数，称为幅频特性；φ(ω)为响应信号与激励信号的相位差角，也是ω的函数，称为相频特性。AA1A110.7070.7070.707OfOfOffCfCffC2C1(a)(b)(c)图6-4-2图2幅频特性1-2在本实验中，研究几个典型电路的幅频特性，如图6-4-2所示，其中，图（ａ）在高频时有响应（即有输出），称为高通滤波器；图（ｂ）在低

4、频时有响应（即有输出），称为低通滤波器，图中对应A＝0.707的频率fC称为截止频率，在本实验中用RC网络组成的高通滤波器和低通滤波器，它们的截止频率fC均为1/2πRC；图（ｃ）在一个频带范围内有响应（即有输出），称为带通滤波器，图中fC1称为下限截止频率，fC2称为上限截止频率，通频带BW＝fC2－fC1。三、实验设备１、函数信号发生器２、交流数字毫伏表３、EEL－52A实验箱四、实验内容１、测量R、L、C元件的阻抗频率特性实验电路如图6-4-1所示，图中：ｒ＝300Ω，R＝1kΩ，L＝15ｍH，C＝0.01μ

5、F。选择信号源正弦波输出作为输入电压ｕ，调节信号源输出电压幅值，并用交流毫伏表测量，使输入电压ｕ的有效值U＝2V，并保持不变。用导线分别接通R、L、C三个元件，调节信号源的输出频率，从1kHz逐渐增至20KHz，用交流毫伏表分别测量UR、UL、UC和Ｕr，将实验数据记入表6-4-1中。并通过计算得到各频率点的R、XL和XC。表6-4-1R、L、C元件的阻抗频率特性实验数据频率f(KHz)125101520Ｕr(V)RIR(mA)=Ur/r(k)UR(V)R=UR/IRＵr(V)XLIL(mA)=Ur/r(k)U

6、L(V)XL=UL/ILＵr(V)XCIc(mA)=Ur/r(K)UC(V)Xc=UC/Ic2、高通滤波器频率特性实验电路如图6-4-3所示，图中：R＝1kΩ，C＝0.022μF。用信号源输出正弦波电压作为电路的激励信号（即输入电压）ui，调节信号源正弦波输出电压幅值，并用交流毫伏表测量，使激励信号ui的有效值Ui＝2V，并保持不变。调节信号源的输出频率，从1kHz逐渐增至20KHz，用交流毫伏表测量响应信号（即输出电压）UR，将实验数据记入表6－4－2中。图6-4-3表6-4-2频率特性实验数据f(KHz)13

7、68101520UR(V)UC(V)UO(V)3、低通滤波器频率特性实验电路和步骤同实验2，只是响应信号（即输出电压）取自电容两端电压ＵC，将实验数据记入表6-4-2中。4、带通滤波器频率特性实验电路如图6-4-4所示，图中：R＝1kΩ，L＝15ｍH，C＝0.1μF。实验步骤同实验2，响应信号（即输出电压）取自电阻两端电压uO，将实验数据记入表6-4-2中。图6-4-4五、实验注意事项当使用的交流毫伏表为指针（模拟）式的，则属于高阻抗电表，测量前必须先调零。六、预习与思考题1、如何用交流毫伏表测量电阻R、感抗XL和

8、容抗XC？它们的大小和频率有何关系？2、什么是频率特性？高、低通滤波器和带通滤波器的幅频特性有何特点？如何测量？七、实验报告要求1、根据表6-4-1实验数据，在坐标纸上绘制R、XL、XC与频率关系的特性曲线，并分析它们和频率的关系。2、根据表6-4-1实验数据，定性画出R、L、C串联电路的阻抗与频率关系的特性曲线，并分析阻抗和频率的关系。3、根据表6-4-2