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R、L、C元件阻抗特性的测定--电工基本实验
发布时间:2017-06-15 点击次数:
一.实验目的
1.研究电阻,感抗、容抗与频率的关系,测定它们随频率变化的特性曲线。
2.学会测定交流电路频率特性的方法。
3.了解滤波器的原理和基本电路。
4.学习使用信号源、频率计和交流毫伏表。
二.原理说明
1.单个元件阻抗与频率的关系
对于电阻元件,根据,其中,电阻R与频率无关;
对于电感元件,根据,其中,感抗XL与频率成正比;
对于电容元件,根据,其中,容抗XC与频率成反比。
测量元件阻抗频率特性的电路如图14—1所示,图中的r是提供测量回路电流用的标准电阻,流过被测元件的电流(IRILIC)则可由r两端的电压U除以r阻值所得,又根据上述三个公式,用被测元件的电流除对应的元件电压,便可得到RXLXC的数值。

2.交流电路的频率特性
由于交流电路中感抗XL和容抗XC均与频率有关,因而,输入电压(或称激励信号)在大小不变的情况下,改变频率大小,电路电流和各元件电压(或称响应信号)也会发生变化。这种电路响应随激励频率变化的特性称为频率特性。
若电路的激励信号为(jω),响应信号为R(jω),则频率特性函数为

式中,Aω)为响应信号与激励信号的大小之比,是ω的函数,称为幅频特性;
ω)为响应信号与激励信号的相位差角,也是ω的函数,称为相频特性。
在本实验中,研究几个典型电路的幅频特性,如图14-2所示,其中,图(a)在高频时有响应(即有输出),称为高通滤波器,图(b)在低频时有响应(即有输出),称为为低通滤波器,图中对应A=0.707的频率C称为截止频率,在本实验中用RC网络组成的高通滤波器和低通滤波器,它们的截止频率C均为1/2πRC。图(c)在一个频带范围内有响应(即有输出),称为带通滤波器,图中C1称为下限截止频率,C2称为上限截止频率,通频带BW=C2C1

三.实验设备
1.信号源(含频率计);
2.交流数字电压表;
3.EEL-52组件。
四.实验内容
1.测量元件的阻抗频率特性
实验电路如图14—1所示,图中:=300Ω,R=1kΩ,L=10mH,C=0.01μF。选择信号源正弦波输出作为输入电压,调节信号源输出电压幅值,并用交流毫伏表测量,使输入电压的有效值=2V,并保持不变。
用导线分别接通三个元件,调节信号源的输出频率,从1kHz逐渐增至20KHz(用频率计测量),用交流毫伏表分别测量RLCr,将实验数据记入表14-1中。并通过计算得到各频率点的RXLXC
表14-1  元件的阻抗频率特性实验数据
频      率f(KHz) 1 2 5 10 15 20
 
R(k)
Ur(V)            
IR(mA)=Ur/r            
UR(V)            
R=UR/IR            
 
XL(k)
Ur(V)            
IL(mA)=Ur/r            
UL(V)            
XL=UL/IL            
 
XC(K)
Ur(V)            
Ic(mA)=Ur/r            
UC(V)            
Xc=UC/Ic            

2.高通滤波器频率特性
实验电路如图14-3所示,图中:R=2kΩ,C=0.01μF。用信号源输出正弦波电压作为电路的激励信号(即输入电压),调节信号源正弦波输出电压幅值,并用交流毫伏表测量,使激励信号的有效值=2V,并保持不变。调节信号源的输出频率,从1kHz逐渐增至20KHz(用频率计测量),用交流毫伏表测量响应信号(即输出电压)R,将实验数据记入表14-2中。
表14-2    频率特性实验数据。
 f(kHz) 1 3 6 8    10    15    20
UR(V)              
UC(V)              
UO(V)              
3.低通滤波器频率特性
实验电路和步骤同实验2,只是响应信号(即输出电压)取自电容两端电压C,将实验数据记入表21-2中。

4.带通滤波器频率特性
实验电路如图14-4所示,图中:R=1kΩ,L=10mH,C=0.1μF。实验步骤同实验2,响应信号(即输出电压)取自电阻两端电压O,将实验数据记入表21-2中。
五.实验注意事项
交流毫伏表属于高阻抗电表,测量前必须先调零。
六.预习与思考题
1.如何用交流毫伏表测量电阻R、感抗XL和容抗XC?它们的大小和频率有何关系?
2.什么是频率特性?高通滤波器、低通滤波器和带通滤波器的幅频特性有何特点?如何测量?
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