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1、学生实验报告开课学院及实验室：机械与电气工程学院 2012 年 11 月 29 日学院机械与电气工程学院年级、专业、班姓名 学号实验课程名称 电路基础实验 成绩实验项目名称 RLC 元件阻抗特性测定 指导老师一、实验目的1. 验证电阻、感抗、容抗与频率的关系，测定 Rf、X Lf 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。3. 进一步熟练示波器使用方法。二、实验原理1. 在正弦交变信号作用下，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 Rf，X Lf，Xcf 曲线如图 5-1 所示。2. 元件阻抗频率特性的测量电路如图 5
2、-2 所示。图 5-1 图 5-2图中的 r 是提供测量回路电流用的标准小电阻，由于 r 的阻值远小于被测元件的阻抗值，因此可以认为 AB 之间的电压就是被测元件 R、L 或 C 两端的电压，流过被测元件的电流则可由 r 两端的电压除以 r 所得。若用双踪示波器同时观察 r 与被测元件两端的电压， 亦就展现出被测元件两端的电压和流过该元件电流的波形，从而可在荧光屏上测出电压与电流的幅值及它们之间的相位差。（1）. 将元件 R、L、C 串联或并联相接，亦可用同样的方法测得 Z 串 与 Z 并 的阻抗频率特性 Zf ，根据电压、电流的相位差可判断 Z 串 或 Z 并 是感性还是容性负载。（2）.
3、元件的阻抗角（即相位差 ）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 5-3用双踪示波器测量阻抗角的方法如图 5-3 所示。采用示波器光标功能分别测出一个周期 n，相位差L CR51r uriRASBufiL iCiui占 m格 占 格nT tt00.20.40.60.811.20 2000 4000 6000系 列 1m，则实际的相位差 （阻抗角）为m （度） 。 n036三、使用仪器、材料序号 名 称 型号与规格 数量 备 注1 函数信号发生器 12 交流毫伏表 06
4、00V 13 双踪示波器 1 自备4 频率计 15 实验线路元件 R=1K，r=51,C= 0.47F, L 约10mH 1 DGJ-05四、实验步骤1. 测量 R、L、C 元件的阻抗频率特性通过电缆线将函数信号发生器输出的正弦信号接至如图 5-2 的电路，作为激励源 u，并用交流毫伏表测量，使激励电压的有效值为 U3V ，并保持不变。使信号源的输出频率从 200Hz 逐渐增至 5KHz（用频率计测量） ， 并使开关 S 分别接通R、L 、C 三个元件，用交流毫伏表测量 Ur，并计算各频率点时的 IR、I L 和 IC ( 即 Ur / r ) 以及R=UR/IR、X L=UU/IU 及 XC
5、=UC/IC 之值。将数据记录在表 1 中。注意：在接通 C 测试时，信号源的频率应控制在 2002500Hz 之间。2. 用双踪示波器观察 rL 串联电路、rC 串联电路在不同频率下阻抗角的变化情况，按图 5-3 记录 n和 m，算出 。将数据记录在表 2 中。五、实验过程原始记录（数据、图表、计算等）表 1频率 f(HZ) 200 500 1000 1500 2000 3000 4000UR(V) 2.46 2.46 2.46 2.46 2.46 2.46 2.46Ur(V) 0.49 0.49 0.49 0.49 0.49 0.49 0.49IR=Ur/r(mA) 2.48 2.48 2
6、.48 2.48 2.48 2.48 2.48RR=UR/IR(K) 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99UL(V) 0.59 0.67 0.89 1.13 1.37 1.75 2.26Ur(V) 1.97 1.96 1.91 1.85 1.77 1.62 1.31IL=Ur/r(mA) 9.85 9.80 9.55 9.25 8.85 8.10 6.55LXL=UL/IL(K) 0.06 0.07 0.09 0.12 0.15 0.21 0.34UC(V) 3.06 3.05 3.01 2.96 2.90 2.74 2.35Ur(V) 0.00 0.20 0.
7、40 0.60 0.78 1.09 1.56IC=Ur/r(mA) 0.41 1.02 2.00 2.98 3.88 5.43 7.80CXC=UC/IC(K) 7.46 3.00 1.51 1.99 0.75 0.50 0.30表 2类型频率f(KHZ)0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0n（格） 58 30 20 12 15 16 12m (格) 4 2 1.5 1.0 1.5 2 2.5rL（度） 24.8 24 27 30 36 40 58n（格） 12 16 20 24 32 40 58m (格) 1.5 2 2 2.5 3 2.5 3rC（度） 45 45 36
8、37.5 33.8 22.5 12.4六、实验结果及分析1、根据表 1 实验数据.可得 R、C 、L 三个元件的阻抗频率特性曲线如下：0246810120 2000 4000 6000系 列 100.050.10.150.20.250.30.350.40 2000 4000 6000系 列 1图 1 R 的阻抗频率特性曲线图 2 C 的阻抗频率特性曲线图 3 L 的阻抗频率特性曲线结论：1、从图 1 可以看出电阻元件的阻值与信号源频率无关，其阻抗频率特性是近似为一条直线2、从图 2 可以看出电容的容抗与信号源频率成反比。3、从图 3 可以看出电感元件的感抗与信号源频率近似成正比。2、根据表 2
9、 实验数据可得 rL 串联电路、rC 串联电路的阻抗角频率特征曲线，如下图所示：图（a） rL 串联电路的阻抗角频率特征曲线图（b） rC 串联电路的阻抗角频率特征曲线结论：1、从图（a）可以看出 rL 串联电路中，随着信号源频率的增加，阻抗角增大；2、从图（b ）可以看出 rC 串联电路中，随着信号源频率的增加，阻抗角减小。3、实验注意事项1. 交流毫伏表属于高阻抗电表,测量前必须先调零。2. 测 时，示波器的 V/div和t/div 的微调旋钮应旋置“校准位置” 。4、预习思考题测量 R、L、C 各个元件的阻抗角时串联一个标准小电阻是用于测量回路电流的，不能用一个小电感或大电容代替因为电阻是一个纯阻性元件（阻抗为实数） ，而现实中电感电容都不可能是纯感性或者容性（阻抗纯虚数） 。而使用标准小电阻，电阻上的电压和电流几乎严格的在很宽的频率范围内同相位，也就可以用电阻上的电压代表通过待测元件的电流，从而与待测元件电压比较得出阻抗角。
