一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/b>
1、了解交流電路中R、L、C元件的頻率與阻抗之間的關(guān)系,測定R-f、XL-f、XC-f特性曲線;
2、理解交流電路中R、L、C元件的端電壓與電流之間的相位關(guān)系;
3、熟悉信號發(fā)生器、示波器等電子儀器的使用方法。
二、 原理說明
在正弦交流信號作用下,R、L、C元件的阻抗與信號的頻率有關(guān)。
1、在頻率較低的情況下,電阻元件通常可以忽略其電感和分布電容的影響,看作純電阻。此時其端電壓和電流可表示為:
式中R為線性電阻元件, 與 之間無相位差。
所以在低頻下,電阻元件的阻值和頻率無關(guān),其R-f特性曲線如圖6.7.1所示。
圖6.7.1
2、電容元件在低頻下,可忽略其附加電感和電容極間介質(zhì)的功率損耗,認(rèn)為只具有電容C,其電壓與電流的關(guān)系可表示為:
式中是電容的容抗, ,所以可見,電壓 滯后電流 的相位角為90°。電容的容抗和頻率的XC-f特性曲線如圖6.7.1所示。
3、電感元件因其由導(dǎo)線繞制而成,故導(dǎo)線的電阻不可忽略,但在低頻時可忽略其分布電容的影響,看作由電阻RL與電感L串聯(lián)組成。在正弦電流的情況下可表示為:式中RL為線圈的導(dǎo)線電阻,阻抗角 由RL及L的參數(shù)大小來決定。電感線圈的電壓和電流間的關(guān)系表示為:電壓超前電流的相位角為 ,如果RL可忽略,則 。
其感抗和頻率的XL-f特性曲線如圖6.7.1所示。
三、實(shí)驗(yàn)任務(wù)
1、測定元件的阻抗頻率特性曲線。
圖6.7.2
按圖6.7.2接線,其中r為提供測量回路電流用的標(biāo)準(zhǔn)電阻,這里選用300 的精密可調(diào)電阻代替。R為被測電阻,使用1 K的線繞電阻。調(diào)節(jié)信號發(fā)生器,使輸出的交流正弦波的電壓有效值為2V,頻率從1kHZ逐漸增至20kHZ。用數(shù)字頻率計讀取頻率值,用寬頻帶電壓表分別測量US、UR、Ur。改變輸出信號的頻率,重復(fù)以上的電壓測量,數(shù)據(jù)表格自擬,測出R-f特性曲線。
分別用20mH的電感線圈和0.1μF的電容代替1 K的線繞電阻R,重復(fù)以上的實(shí)驗(yàn)任務(wù),測出XL-f、XC-f特性曲線。
2、測定元件的阻抗角的頻率特性曲線。
使用雙蹤示波器同時觀察r與被測元件兩端的電壓,即可看到被測元件兩端的電壓和流過該元件電流之間的相位關(guān)系。測出電壓與電流的幅值及它們之間的相位差,將各個不同頻率下的相位差畫在以頻率為橫坐標(biāo)、阻抗角為縱坐標(biāo)的方格紙上,即得各元件阻抗角的頻率特性曲線。
四、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備
1、數(shù)字萬用表
2、電工綜合實(shí)驗(yàn)臺
3、DG08動態(tài)元件實(shí)驗(yàn)組件
五、預(yù)習(xí)思考及注意事項(xiàng)
1、實(shí)驗(yàn)時,信號發(fā)生器的“波形選擇”應(yīng)至于正弦波位置;
2、由于實(shí)驗(yàn)中正弦信號頻率不斷改變,因此測量各部分電壓時應(yīng)使用寬頻帶電壓表。
六、實(shí)驗(yàn)報告要求
1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),在方格紙上分別繪制R、L、C元件的阻抗頻率特性曲線及阻抗角頻率特性曲線;
2、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差。
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