实验3_正弦交流电路中RLC元件的阻抗频率特性

实验3 正弦交流电路中RLC 元件的阻抗频率特性

［实验目的］

1. 加深理解R 、L 、C 元件端电压与电流间的相位关系

2. 掌握常用阻抗模和阻抗角的测试方法

3. 熟悉低频信号发生器等常用电子仪器的使用方法 ［实验原理］

正弦交流可用三角函数表示，即由最大值（U m 或I m ），频率f （或角频率 ω=2πf ）和初相三要素来决定。在正弦稳态电路的分析中，由于电路中各处电压、电流都是同频率的交流电，所以电流、电压可用相量表示。

在频率较低的情况下，电阻元件通常略去其电感及分布电容而看成是纯电阻。此时其端电压与电流可用复数欧姆定律来描述：

I R U

= 式中R 为线性电阻元件，U 与I 之间无相角差。电阻中吸收的功率为

P=UI=RI 2

因为略去附加电感和分布电容，所以电阻元件的阻值与频率无关即R —f 关系如图1。

电容元件在低频也可略去其附加电感及电容极板间介质的功率损耗，因而可认为只具有电容C 。在正弦电压作用下流过电容的电流之间也可用复数欧姆定律来表示：

I X U C =

式中X C 是电容的容抗，其值为 X C =

c

j ω1

所以有?-∠=?=90/1c

I I c j U ωω ，电压U 滞后电流I 的相角为90°，电容中所吸收的功率平均

为零。

电容的容抗与频率的关系X C —f 曲线如图2。

电感元件因其由导线绕成，导线有电阻，在低频时如略去其分布电容则它仅由电阻R L 与电感L 组成。

f

图1

f

图2

f

图3

在正弦电流的情况下其复阻抗为

Z=R L +j ωL=φφω∠=∠+z L R 2

2

)(

式中R L 为线圈导线电阻。阻抗角?可由R L 及L 参数来决定： R L tg /1ω?-=

电感线圈上电压与流过的电流间关系为

I z I L j R U L

φω∠=+=)( 电压超前电流90°，电感线圈所吸收的平均功率为 P=UIcos ?=I 2

R

X L 与频率的关系如图3。

［实验内容］

测量R —f 特性：

① 实验线路如图4。本线路除测 R —f 特性外，尚可验证电压关 系及电流关系。

② 调节低频信号源使 f=1KHz ， U AC =5V 。

③ 测量并记录电阻上电压。 ④ 按下表规定的频率重复测量。 实验结果：

（2）X L —f 特性

实验线路如图5，X 为被测阻抗，R 为限流电阻，调节低频信号源输出 电压为5V ，改变频率重复测量电感 线圈上电压U L ，电阻上电压U R 数据 列表。

实验结果

（3）X C —f 特性

①将图5中X 改接为电容，C=1μf ，R 不变，低频信号源输出电压U=5V ，频率仍按上表所列数值，

U

U U 图4

重复测量U C，U R数据表格同上。

实验结果

［注意事项］

1.本实验中变频电源用DDH-1型大功率多波形多路输出信号源的正弦波信号源，频率由内符数字频率

计显示，输出幅度由JDV-11型双显示交流电压表测量。变频电源使用时应防止输出短路。

2.电感器可用互感器原边或副边线圈，其标称电感量为100mH，实际值可用电感表测量标注，使用时注

意电流不超过规定值。