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1、实验十R、L、C元件的阻抗频率特性一、实验目的1. 验证电阻，感抗、容抗与频率的关系，测定Rf, XLf与Xcf特性曲线。2. 加深理解阻抗元件端电压与电流间的相位关系。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, 如图10-1所示。三种电路元件伏安关系的相量形式分别为：纯电阻元件R的伏安关系为UJ = RI阻抗Z=R上式说明电阻两端的电压UJ与流过的电流I同相位，阻值R与频率无关，其阻抗频率特性Rf是一条平行于f轴的直线。纯电感元件L的伏安关系为UJ二jX i感抗XT=2nfLLLL上式说明电感两端的电压U超前于电流I 一个90的相位，感抗X
2、随频率而变，其阻 L抗频率特性XLf是一条过原点的直线。电感对低频电流呈现的感抗较小，而对高频电流呈 现的感抗较大，对直流电f = o,则感抗XL= 0,相当于“短路”纯电容元件C的伏安关系为UC二-jXci容抗Xc=l/2nfC上式说明电容两端的电压Uc落后于电流I一个90的相位，容抗Xc随频率而变，其 阻抗频率特性Xcf是一条曲线。电容对高频电流呈现的容抗较小，而对低频电流呈现的容 抗较大，对直流电f = 0,贝熔抗Xca,相当于“断路”即所谓“隔直、通交”的作用。三种元件阻抗频率特性的测量电路如图10-2所示。图!昭2臥疙社茎特哇讥试电路图中R、L、C为被测元件，r为电流取样电阻。改变信
3、号源频率，分别测量每一元件 两端的电压，而流过被测元件的电流I,则可由Ur/r计算得到。2. 用双踪示波器测量阻抗角元件的阻抗角（即被测信号u和i的相位差申）随输入信号的频率变化而改变，阻抗角的频率特性曲线可以用双踪示波器来测量，如图10-3所示。 阻抗角（即相位差申）的测量方法如下：在“交替”状态下，先将两个“Y轴输入方式”开关置于“丄”位置，使之显示两条 直线，调Y和Y移位，使二直线重合，再将两个Y轴输入方式置于“AC”或“DC”位置，AB然后再进行相位差的观测。测量过程中两个“Y轴移位”钮不可再调动。将被测信号U和i分别接到示波器Y和Y两个输入端上，调节示波器有关控制旋AB钮，使荧光屏上
4、出现两个比例适当而稳定的波形，如图10-3所示。从荧光屏水平方向上数得一个周期所占的格数n,相位差所占的格数则实际的相 位差申（阻抗角）为360p=m X图10-3叫侄里的门M三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1函数信号发生器15Hz-150kHz1RTDG-12晶体管毫伏表1mV-300V1自备3双踪示波器1自备4被测电路元件R=1Ks,C=1AFL=15mH,r=100 Q1RTDG08RTDG04四、实验内容与步骤1. 测量R、L、C元件的阻抗频率特性实验线路如图 10-2 所示，取 R=1kQ, L=15mH, C=1uF, r=100Q将函数信号发生器输出的正弦信号作为激励源接至
5、实验电路的输入端，并用晶体管毫 伏表测量，使激励电压的有效值为US = 3V,并保持不变。调信号源的输出频率从100Hz逐渐增至5kHz,并使开关分别接通R、L、C三个元件, 用晶体管毫伏表分别测量UB、U、Uc及相应的Ur之值，并通过计算得到各频率点时的R、 Xl与Xc之值，记入表10-1中。表10-1元件的阻抗频率特性频率f(kHz)1002005001k2k3k4k5kRUr(mv)IR=Ur/r(mA)R=U/IR(kQ)lUr(mV)IR=Ur/r(mA)XT =U/IT (kQ)CUr(mV)Ic=Ur/r(mA)Xc=U/Ic(kQ)2.测量L、C元件的阻抗角频率特性调信号发生器
6、的输出频率，从0.1kHz20kHz,用双踪示波器观察元件在不同频率下阻抗 角的变化情况，测量信号一个周期所占格数n(cm)和电压与电流的相位差所占格数m(cm), 计算阻抗角申，数据记入表10-2中。表10-2 L、C元件的阻抗角频率特性元件f(kHz)0.1Ln(cm)m(cm)(度)Cn(cm)m(cm)(度)五、实验注意事项1.晶体管毫伏表属于高阻抗电表，测量前必须先用测笔短接两个测试端钮，使指针逐渐回零后再进行测量。2. 测申时，示波器的“V/cm”和“t/cm”的微调旋钮应旋置“校准位置”。六、预习思考题1. 测量R、L、C元件的频率特性时，如何测量流过被测元件的电流？为什么要与它们 串联一个小电阻？2. 如何用示波器观测阻抗角的频率特性？3. 在直流电路中，C和L的作用如何？七、实验报告1. 根据两表实验数据，在坐标纸上分别绘制R、L、C三个元件的阻抗频率特性曲线和 L、C元件的阻抗角频率特性曲线。2. 根据实验数据，总结、归纳出本次实验的结论。
