R、L、C元件阻抗特性的测定

电路理论基础实验报告

实验十一R、L、C元件阻抗特性的测定

刘健阁指导教师杨智

中山大学信息科学与技术学院广东省广州市510006

实验时间地点：

2014年5月6日中山大学东校区实验中心C103

实验操作人：

刘健阁（学号13348073）、乐云天、雷弛

（此实验报告由刘健阁撰写，乐云天、雷弛另行独自撰写实验报告）

实验目的：

1. 验证电阻，感抗、容抗与频率的关系，测定R～f , X L～f与X C～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。

实验原理：

1. 在正弦交变信号作用下，电阻元件R两端电压与流过的电流有关系式U=RI

在信号源频率f较低情况下，略去附加电感及分布电容的影响，电阻元件的阻值与信号源频率无关，其阻抗频率特性R～f如图11-1。

如果不计线圈本身的电阻RL，又在低频时略去电容的影响，可将电感元件视为纯电感，有关系式U L= jX L I感抗X L=2πfL

感抗随信号源频率而变，阻抗频率特性X L～f如图11-1。

在低频时略去附加电感的影响，将电容元件视为纯电容，有关系式

U C=－jX C I容抗X C=1/2πf c

容抗随信号源频率而变，阻抗频率特性X C～f如图11-1

2. 单一参数R、L、C阻抗频率特性的测试电路如图11-2所示。

图中R、L、C为被测元件，r为电流取样电阻。改变信号源频率，测量R、L元件两端电压U R、

U L、U C，流过被测元件的电流则可由r两端电压除以r得到。

3. 元件的阻抗角（即相位差φ）随输入信号的频率变化而改变，同样可用实验方法测得阻抗角的频率特性曲线φ～f。

用双踪示波器测量阻抗角（相位差）的方法：

将欲测量相位差的两个信号分别接到双踪示波器Y A和Y B两个输入端。调节示波器有关旋钮，使示波器屏幕上出现两条大小适中、稳定的波形，如图11-3所示，荧光屏上得不平方向一个周期占n格，相位差m格，则实际的相位差φ（阻抗角）为φ=m×(360/n)。

实验设备：

1. 函数信号发生器 1

2. 交流毫伏表 1

2. 双踪示波器 1

3. 实验电路元件R、L 1 DGJ-05

实验内容及步骤：

1. 测量单一参数R、L、C元件的阻抗频率特性

实验线路如图11-2所示，取R=1KΩ，L=10mH，C =1μF，r=200Ω。通过电缆线将函数信号发生器输出的正弦波信号接至输入端，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U=3V，并在整个实验过程中保持不变。

改变信号源的输出频率从200Hz逐渐增至50Hz（用频率计测量），分别接通R、L、C三个元件，用交流毫伏表分别测U R、U r、U L、U r；U C、U r，并通过计算得到各频率点时的R、X L与X C之值，记入表中。

2.

用双踪示波器观察rL 串联和rC 串联电路在不同频率下阻抗角的变化情况，并做记录。

实验结果及数据处理：

1.

电阻、电容、电感元件的阻抗-频率特性曲线分析

电阻元件的阻抗-频率图像

050010001500

200025003000

3500400045005000

0.511.52

Impedance - Frequency Plot of Resistance Element

I m p e d a n c e (k Ω)

Frequency(Hz)

电感元件的阻抗-频率图像

电容元件的阻抗-频率图像

从图像可以得出如下结论： 电阻元件的阻抗与激励源频率无关；

电感元件的阻抗随激励源频率的增大而增大，近似成正比例关系；

电容元件的阻抗随激励源频率的增大而减小，近似成反比里关系。

050010001500

2000250030003500400045005000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Impedance - Frequency Plot of Inductance Element

I m p e d a n c e (k Ω)

Frequency(Hz)

10002000300040005000

0.10.20.30.40.50.6

0.7

0.8Impedance - Frequency Plot of Capacitor Element I m p e d a n c e (k Ω)

Frequency(Hz)

10002000300040005000

5

10

15

20

Impedance Reciprocal - Frequency

Plot of Capacitor Element

I m p e d a n c e R e c i p r o c a l (k Ω-1)

Frequency(Hz)

2. rL 、rC 串联电路阻抗角-频率特征曲线分析

电感电阻串联电路

电容电阻串联电路

从图像可以得出如下结论：

电感电阻串联电路的阻抗角近似随频率上升而上升； 电容电阻串联电路的阻抗角近似随频率上升而下降。 注意事项：

交流毫伏表属于高阻抗电表，测量前必须先调零。 思考题：

1.

图11-2中各元件流过的电流如何求得？

答：用交流毫伏表测量U r ，然后根据公式I=U r /r ，计算电路电流。 2.

怎样用双踪示波器观察rL 串联和rC 串联电路阻抗叫的频率特性？

答：两个信号分别接到双踪示波器Y A 和Y B 两个输入端。调节示波器有关旋钮，使示波器屏幕上出现两条大小适中、稳定的波形，如图11-3所示，荧光屏上得不平方向一个周期占n 格，相位差m 格，则实际的相位差φ（阻抗角）为φ=m ×(360/n)。 附件：

1.

电路理论基础实验原始数据 实验十一 R 、L 、C 元件阻抗特性的测定 复印件

050010001500

2000250030003500400045005000

20

40

60

Impedance Angle - Frequency Plot of Series Resistor and Inductor

I m p e d a n c e A n g l e (?)

Frequency(Hz)

050010001500

2000250030003500400045005000

20

40

60

Impedance Angle - Frequency Plot of Series Resistor and Capacitor I m p e d a n c e A n g l e (?)

Frequency(Hz)