实验六 简单正弦交流电路的研究

电工电子实验教学中心

学生实验报告

—— 学年第 一学期

实验课程 电路分析实验 实验室 电子技术实验室二实验地点 东区一教518 学 号 姓 名

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实验项目 实验时间 实验台号 一、实验目的 简单正弦交流电路的研究 月 日 星期 ， 节 报告成绩 1.研究在正弦交流电路中，电压与电流的大小关系、相位关系; 2.分析阻抗随频率变化的规律; 3.学会用三压法测量及计算相位角; 4.掌握用取样电阻的方法测量交流电流。 二、实验仪器 1、电路分析实验箱 2、数字万用表 3、交流毫伏表 4、双踪示波器 5、信号发生器 三、实验原理 1. 电阻元件 电阻两端的电压与通过它的电流都服从欧姆定律，在电压电流关联参考方向下 uRRi 式中RuR/i是一个常数，称为线性非时变电阻，其大小与uR、i的大小及方向无关，具有双向性，其伏安特性是一条通过原点的直线。在正弦电路中，电阻元件的伏安关系可表示为：URRI。式中RURI为常数，与频率无关，只要测量出电阻端电压和其中的电流便可计算出电阻的阻值。电阻元件的一个重要特征是电流I与电压UR同相位。 2. 电感元件 电感元件是实际电感器的理想化模型，具有储存磁场能量的功能，是磁链与电流相约束的二端元件，即：L(t)Li 式中L表示电感，对于线性非时变电感，L是一个常数，电感电压在关联参考方向下为： uLLdi dt在正弦电路中：ULJXLI 2

式中XLL2fL称为感抗，其值可由电感电压、电流有效值之比求得。即XLULI。当L常数时，XL与频率f成正比，f越大，XL越大，f越小，XL越小，电感元件具有低通高阻的性质。若f为已知，则电感元件的电感为：L 理想电感的特征是电流I滞后于电压。 2XL 2f 3. 电容元件： 电容元件是实际电容器的理想化模型，具有储存电场能量的功能，是电荷与电压相约束的元件。即：q(t)Cuc 式中C表示电容，对于线性非时变电容，C是一个常数。电容电流在关联参考方向下为：iCduc dtUcJXcXI或UcJc 在正弦电路中I式中，XcU11称为容抗。其值为Xcc，可由实验测出。当C=常数时，XcIC2fC与f成反比，f越大，Xc越小，f，Xc0电容元件具有高通低阻和隔断直流的作用。当f为已知时，电容元件的电容为：C1 2fXc 电容元件的特点是电流I的相位超前于电压4、三压法测阻抗角 。 2任意阻抗Z1和Z2串联如图5-1（a）所示，相量图如图5-1（b）所示。利用余弦22U2URUZ定理可以得知 cos 2UUR通过测量串联元件上的电压及总电压（共三个电压），可以计算出串联电路的阻抗角，称为三压法测阻抗角。 图5-1 三压法测阻抗角 3

四、预习要求 1、复习理论课相关内容： 正弦交流电路中，常用二端元件及串联二端网络的伏安特性；熟练掌握阻抗三角形、电压三角形；应用相量图分析各物理量之间的关系；熟记有关计算公式。 2、计算图5-3、图5-4电路中各理论值，用铅笔填在相应表格里。 五、实验内容 1、阻抗串联电路 （1）RC串联电路 按图5-3（a）连接电路，C=0.2μF，R=1kΩ；外加正弦信号，Us=1V。分别测量在频率f=0.5KHz，0.8KHz和1.4KHz时，R、C上的电压，填入表格5-2中。 图5-3 阻抗串联电路 注：每次改变频率，都要重新测定Us=1v。“先调频，后调幅” （2）RL串联电路 按图5-3（b）连接电路图，L=200mH，R=1kΩ；外加正弦信号，Us=1V。测量在频率f=0.5KHz，0.8KHz和1.4KHz时，R、L上的电压，填入表格5-2中。 2、R.L.C并联电路 按图5-4连接电路。C=0.2μF，L=200mH，R=1KΩ，R0=10Ω (取样电阻) 信号源：f=800Hz，Us=1V。 测量各种连接方式下的电流。 图5-4 R.L.C并联电路 取样电阻法： 不直接测支路中的电流I，而是通过测量取样电阻Ro上的电压UR0，计算出电流I= 4

UR0 /R0, 将数据填写在表5-3中。 注意：改变元件参数时需重新调整US=IV。 六、数据记录及处理 表5-2 阻抗串联测量数据 UsV RC串联 测量 计算 测量 RL串联 计算 F/kHz UR UC I 1 UR R Z cos UR UL IUR R Z cos 0.5 0.8 1.4 表5-3 R.L.C并联电路测量数据 I I(mA) 七、思考题 1、画出RC 串联、RC并联， RL 串联、RL并联以及LC并联的相量图。(共5个) 2、在RLC根据测量数据及相量图说明：当XL=XC=R 时 ①流过 R、L 、C 元件的电流是否相同？ 5

RLCI RLI LCI RCI RI CI L

②只是R 、L 并联时，其电流大小是否小于R 、 L 、C 并联时的电流？ ③ LC并联时的电流一定大于只接 C时的电流吗？ 3、通过相量图说明，当频率升高时，阻抗|Z |的变化趋势，cosφ 的变化趋势。 八、实验体会 6