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1、电路与电子学基础实验报告实验名称 班级 学号 姓名实验3 交流电路的性质实验 3.1 串联交流电路的阻抗一、实验目的1. 测量串联 RL 电路的阻抗和交流电压与电流之间的相位，并比较测量值与计算值。2. 测量串联 RC 电路的阻抗和交流电压与电流之间的相位，并比较测量值与计算值。3. 测量串联 RLC 电路的阻抗和交流电压与电流之间的相位，并比较测量值与计算值二、实验器材双踪示波器1 台信号发生器1 台交流电流表1 个交流电压表1 个O.lAF电容1个100mH 电感1 个1KQ电阻1个三、实验准备 两个同频率周期函数（例如正弦函数）之间的相位差，可通过测量两个曲线图之间及曲线 一个周期T的波
2、形之间的时间差t来确定。因为时间t与周期T之比等于相位差8 （单位： 度）与一周相位角的度数（360）之比8 /360=t/T所以，相位差可用下式计算8 =t（360）/T在图3-1，图3-2和图3-3中交流电路的阻抗Z满足欧姆定律，所以用阻抗两端的交流电 压有效值V除以交流电流有效值I可算出阻抗（单位：Q ）ZZVzZ =-Iz在图3-1中RL串联电路的阻抗Z为电阻R和感抗XL的向量和。因此阻抗的大小为Z = R 2 + X 2L阻抗两端的电压VZ与电流IZ之间的相位差可由下式求出0 = arctan 公 L I R丿图 3-1 RL 串联电路的阻抗在图3-2中RC串联电路的阻抗Z为电阻R和
3、容抗Xc的向量和，所以阻抗的大小为阻抗两段的电压Vz和电流Iz之间的相位差为(X )0 = - arctan | C (R丿当电压落后于电流时，相位差为负。 Oscilloscopepllme base卜om*閱m 一X position | OjOO BKM B/A | A/B | Channel A Y position | OjOO图3-2 RC串联电路的阻抗GroundTrigger E-dqe E3 玉| Level | CijOO=Channel B丨3皿 L冃 position | OjOO|AC | D |jgH在图3-3中RLC串联电路的阻抗Z为电阻R和电感与电容的总电抗X之
4、向量和，总电抗X等于感抗XL与容抗Xc的向量和。因此感抗与容抗之间有180的相位差，所以总电抗X 为X = X XLC这样，RLC串联电路的阻抗大小可用下式求出Z 八 R2 + X 2阻抗两端的电压Vz与电流Iz之间的相位差为=arctanV R丿 FunctionGeneratorFrequency觀|H：:白Duty cycle|50自貼Anplitude110常|了哥Offset| 口忖Common图 3-3 RLC 串联电路的阻抗感抗XL和容抗Xc是正弦交流电频率的函数。在RLC串联交流电路中，只有一个信号频 率可以使得XL与Xc相等。在这个频率上，总电抗为零(X=XL-Xc=O),电
5、路阻抗为电阻性， 而且达到最小值。四、实验步骤1. 在电子平台上建立如图 3-1 所示的实验电路，一起按图设置。单击仿真电源开关，激 活电路进行动态分析。因为1KQ电阻两端的电于与电力六成正比，在示波器的纵轴上IV 相当于1mA，所以屏幕上红色曲线图代表RL电路阻抗两端的电压Vz,蓝色曲线图代表电流 Iz。在下面的V,I-T坐标上作出电压Vz和电流Iz岁时间T变化的曲线图，记录交流电压表 和电流表上交流电压有效值Vz和电流有效值Iz的读书。2根据步骤1中的曲线图，计算电压与电流之间的相位差8。3. 用交流电压有效值Vz和电流有效值Iz计算RL电路的阻抗大小。V,0T4用电感值L和正弦频率f计算
6、电感的阻抗XL。5.用电阻值R和电感L的感抗XL计算RL电路阻抗Z的大小。6根据算得的感抗值XL和电阻值R,计算电流与电压之间的相位差e。V,0T7. 在电子工作平台上建立如图 3-2所示的实验电路，仪器按图设置。单击仿真电源开关， 激活电路进行动态分析。因为1KQ电阻两端的电压和电流成正比（在示波器的纵轴上IV相 当于1mA）,因此屏幕上红色曲线图代表RC电路阻抗两端的电压Vz,蓝色曲线代表电流Iz, 在上面的V,I-T坐标上作出电压Vz和电流Iz随时间T变化的曲线图。记录交流电压表和电 流表上的电压有效值Vz和电流有效值Iz的读数。8. 根据步骤 7 中的曲线图,计算电压与电流之间的相位差
7、。9. 用交流电压有效值Vz和电流有效值Iz就算RC电路阻抗Z的大小。10. 用电容C和正弦频率f计算电容器的容抗Xc。11. 用电阻值R和电容C的容抗Xc计算RC电路阻抗Z的大小。V,0T12. 根据算得的容抗Xc和电阻值R,计算电流与电压正弦函数之间的相位差e。13. 在电子工作平台上建立入图3-3所示的实验电路，引起按图设置。单击仿真电源开关， 激活电路进行动态分析。因为1KQ电阻两端的电压和电流成正比（在示波器的纵轴上IV相 当于1mA）,因此屏幕上红色曲线图代表RLC电路阻抗两端的电压Vz,蓝色曲线代表电流Iz, 在上面的V,I-T坐标上作出电压Vz和电流Iz随时间T变化的曲线图。记
8、录交流电压表和电 流表上的电压有效值Vz和电流有效值Iz的读数。14. 根据步骤13的曲线图,计算电压与电流之间的相位差。15用交流电压有效值Vz和电流有效值Iz计算RLC电路阻抗的大小乙16. 用电容C和正弦频率f计算电容器的容抗Xc。17. 用电感L和正弦频率f计算电感的感抗XI。18. 用电阻R,电容C的容抗Xc和电感L的感抗XL，计算RLC电路阻抗的大小Z。19. 根据算得的容抗Xc,感抗XI和电阻R,计算电流与电压之间的相位差e。五、思考与分析1. 步骤5算得的阻抗大小与步骤3用电压和电流测量值算得的阻抗大小比较,情况如何？2. 步骤 6 算出的相位差与步骤 1，2 中通过电流和电压
9、曲线图测出的相位差比较情况如 何？电压比电流超前还是落后？3. 步骤 11 算出的阻抗大小与步骤 9 用电压和电流测量值算出的阻抗大小比较，情况如 何？4. 步骤 12 算出的相位差与步骤 7，8 中测出的电流和电压曲线之间的相位差比较，情况 如何？电压比电流超前还是落后？5. 步骤 18 算出的感抗大小与步骤 15 用电压和电流测量值算出的感抗大小比较，情况如 何？6. 步骤 19 算出的相位差与步骤 13，14 中用电流和电压曲线测出的相位差比较，情况如何？ 电压比电流超前还是落后实验 3.2 串联谐振一、实验目的1. 测定串连谐振电路的谐振频率，并比较测量值与计算值。2. 测定串连谐振电
10、路的带宽，并比较测量值与计算值。3. 测定串连谐振电路的品质因素。4. 测定串联谐振电路的谐振阻抗。5. 测定串联谐振电路谐振时电压与电流之间的相位关系。6. 研究电路电阻变化时对串连谐振电路的谐振频率和带宽的影响二、实验器材信号发生器1 台双踪示波器1 台100mH 电感 1 个0.25AF电容1个lkQ电阻1个三、实验准备在图 3-4，图 3-5 所示的电路中，信号频率为串连谐振电路的谐振频率 f 时感抗 XL 等 0于容抗Xc,因为感抗与容抗有180的相位差，所以谐振频率上总电抗为零，这时总阻抗最小，并且等于电路电阻R。在谐振频率/上电路电流I最大，因此0X =XLC2 兀/ L = 1
11、 /（2 兀/ C ）由此可求得谐振频率1f 0 - 2八百在图3-4和图3-5所示的电路中，串连谐振电路的带宽BW可从频率特性曲线图通过测量低端频率f和高端频率f来确定，在这两点上电流I下降为峰值的0.707倍(-3dB)。因LH此，带宽为带宽也可由电路元件值来计算BW = f - fHLRBW 二2兀L品质因数Q可反应谐振电路的带宽与谐振频率之间的关系。品质因数越高，则带宽越窄。 品质因数可用下式计算在谐振频率上，因为阻抗与容抗相等，总电抗为零，总阻抗为纯电阻性，所以谐振时电 路的电压与电流同相。做这个实验要使用波特图仪，可参考电子工作平台的仪器菜单。图 3-5 串联谐振的频率特性曲线四、
12、试验步骤1.在电子工作平台上建立如图 3-4所示的实验电路。单击仿真开关进行动态分析。在表3-6中记录相应频率的节点电压Va和Vb。表 3-6F/HzVa/VVb/VI/mAZ/kQ100300700100030004000100002.按表3-6改变信号发生器的频率，运行动态分析，记录每种频率的峰值电压Va和Vb, 必要时可调整示波器。3根据表3-6中的每个Vb值及图3-4所示电路中的R值，计算每种频率的电流I，并将 结果记录到表中。4. 画出电流I随频率变化的曲线图，频率用对数刻度。I/mA,Z/k Q108 -4 -F/Hz| I rrm rrm100200500 lk2k 5k 10k
13、5根据步骤4的曲线图，测定串联谐振电路的谐振频率f。06.根据图 3-4中的元件值，测定串联谐振电路的谐振频率 f 。07. 根据步骤 4 的曲线图，测定串联谐振电路的带宽 BW。8. 根据图 3-4 中的元件值，计算串联谐振电路的带宽 BW。9. 根据步骤7中测量的带宽BW和步骤5中测量的谐振频率f，计算这个串联谐振电路0的品质因数 Q。10. 根据表3 6中的Va值和I值，计算每种频率对应的串联谐振电路阻抗Z,将结果 记录到表中。11. 作出串联电路阻抗Z随频率f变化的曲线图，频率用对数刻度。12. 根据图 3-4 中的电路元件值，计算串联谐振电路的谐振阻抗。13. 将信号发生器的频率调整为谐振频率f，记录电压与电
