電路與電子學(xué)基礎(chǔ)交流電路的性質(zhì)實驗報告

1、電路與電子學(xué)基礎(chǔ)實驗報告實驗名稱 交流電路的性質(zhì) 班 級 學(xué) 號 姓 名 實驗3交流電路的性質(zhì)實驗3.1 串聯(lián)交流電路的阻抗一、實驗?zāi)康?.測量串聯(lián)RL電路的阻抗和交流電壓與電流之間的相位，并比較測量值與計算值。2.測量串聯(lián)RC電路的阻抗和交流電壓與電流之間的相位，并比較測量值與計算值。3.測量串聯(lián)RLC電路的阻抗和交流電壓與電流之間的相位，并比較測量值與計算值。二、實驗器材雙蹤示波器 1臺信號發(fā)生器 1臺交流電流表 1個交流電壓表 1個0.1F電容 1個100mH電感 1個1K電阻 1個三、實驗準(zhǔn)備兩個同頻率周期函數(shù)(例如正弦函數(shù))之間的相位差，可通過測量兩個曲線圖之間及曲線一個周期T的波形

2、之間的時間差t來確定。因為時間t與周期T之比等于相位差(單位：度)與一周相位角的度數(shù)（360）之比/360=t/T所以，相位差可用下式計算=t(360)/T在圖3-1，圖3-2和圖3-3中交流電路的阻抗Z滿足歐姆定律，所以用阻抗兩端的交流電壓有效值VZ除以交流電流有效值IZ可算出阻抗(單位：)在圖3-1中RL串聯(lián)電路的阻抗Z為電阻R和感抗XL的向量和。因此阻抗的大小為阻抗兩端的電壓VZ與電流IZ之間的相位差可由下式求出圖3-1 RL串聯(lián)電路的阻抗在圖3-2中RC串聯(lián)電路的阻抗Z為電阻R和容抗Xc的向量和，所以阻抗的大小為阻抗兩段的電壓Vz和電流Iz之間的相位差為當(dāng)電壓落后于電流時，相位差為負(fù)。

3、圖3-2 RC串聯(lián)電路的阻抗在圖3-3中RLC串聯(lián)電路的阻抗Z為電阻 R和電感與電容的總電抗X之向量和，總電抗X 等于感抗XL與容抗Xc的向量和。因此感抗與容抗之間有180的相位差，所以總電抗X為這樣，RLC串聯(lián)電路的阻抗大小可用下式求出阻抗兩端的電壓Vz與電流Iz之間的相位差為圖3-3 RLC串聯(lián)電路的阻抗感抗XL和容抗Xc是正弦交流電頻率的函數(shù)。在RLC串聯(lián)交流電路中，只有一個信號頻率可以使得XL與Xc相等。在這個頻率上，總電抗為零(X=XL-Xc=0)，電路阻抗為電阻性，而且達(dá)到最小值。四、實驗步驟1.在電子平臺上建立如圖3-1所示的實驗電路，一起按圖設(shè)置。單擊仿真電源開關(guān)，激活電路進(jìn)行

4、動態(tài)分析。因為1K電阻兩端的電于與電力六成正比，在示波器的縱軸上1V相當(dāng)于1mA，所以屏幕上紅色曲線圖代表RL電路阻抗兩端的電壓Vz，藍(lán)色曲線圖代表電流Iz。在下面的V,I-T坐標(biāo)上作出電壓Vz和電流Iz歲時間T變化的曲線圖，記錄交流電壓表和電流表上交流電壓有效值Vz和電流有效值Iz的讀書。讀數(shù)為：電壓有效值Vz=7.071V電流有效值Iz=4.372mA2.根據(jù)步驟1中的曲線圖，計算電壓與電流之間的相位差。t=|t1-t2|=70.3125s T=500s 電壓與電流之間的相位差=360*70.3125/500=50.625 度3.用交流電壓有效值Vz和電流有效值Iz計算RL電路的阻抗大小。

5、Vz=U。1Iz=I。2Rl=Vz/Iz=U。/I。1-2=1617.3350.625 4.用電感值L和正弦頻率f計算電感的阻抗XL。阻抗XL: XL=L=L2f=100*10-3*2*3.14*2000=1256.6375.用電阻值R和電感L的感抗XL計算RL電路阻抗Z的大小。阻抗的大小為:=(10002+4002)=1605.960866.根據(jù)算得的感抗值XL和電阻值R，計算電流與電壓之間的相位差。Cos=R/Z=1000/1605.96086=0.62268Arccos0.62268 =51.48 7.在電子工作平臺上建立如圖3-2所示的實驗電路，儀器按圖設(shè)置。單擊仿真電源開關(guān)，激活電路

6、進(jìn)行動態(tài)分析。因為1K電阻兩端的電壓和電流成正比(在示波器的縱軸上1V相當(dāng)于1mA)，因此屏幕上紅色曲線圖代表RC電路阻抗兩端的電壓Vz，藍(lán)色曲線代表電流Iz，在上面的V,I-T坐標(biāo)上作出電壓Vz和電流Iz隨時間T變化的曲線圖。記錄交流電壓表和電流表上的電壓有效值Vz和電流有效值Iz的讀數(shù)。讀數(shù)為：電壓有效值Vz=7.072V電流有效值Iz=5.567mA8.根據(jù)步驟7中的曲線圖，計算電壓與電流之間的相位差。t=|t1-t2|=54.6875s T=500s 電壓與電流之間的相位差=-360*54.6875/500=-39.375 度9.用交流電壓有效值Vz和電流有效值Iz就算RC電路阻抗Z的

7、大小。Vz=U。1Iz=I。2Rl=Vz/Iz=U。/I。1-2= 1270.343-39.375 10.用電容C和正弦頻率f計算電容器的容抗Xc。Xc=(C)-1=(C2f)-1=(100*10-9*2*3.14*2000)-1=795.11.用電阻值R和電容C的容抗Xc計算RC電路阻抗Z的大小。阻抗的大小為:=(10002+795.77472)=1277.989512.根據(jù)算得的容抗Xc和電阻值R,計算電流與電壓正弦函數(shù)之間的相位差。Cos=R/Z=1000/1277.9895=0.Arccos0. =-= 38.511=-38.511實驗3.2 串聯(lián)諧振一、實驗?zāi)康?.測定串連諧振電路的

8、諧振頻率，并比較測量值與計算值。2.測定串連諧振電路的帶寬，并比較測量值與計算值。3.測定串連諧振電路的品質(zhì)因素。4.測定串聯(lián)諧振電路的諧振阻抗。5.測定串聯(lián)諧振電路諧振時電壓與電流之間的相位關(guān)系。6.研究電路電阻變化時對串連諧振電路的諧振頻率和帶寬的影響。二、實驗器材信號發(fā)生器 1臺雙蹤示波器 1臺100mH 電感 1個0.25F 電容 1個1k 電阻 1個三、實驗準(zhǔn)備在圖3-4，圖3-5所示的電路中，信號頻率為串連諧振電路的諧振頻率時感抗XL等于容抗Xc，因為感抗與容抗有180的相位差，所以諧振頻率上總電抗為零，這時總阻抗最小，并且等于電路電阻R。在諧振頻率上電路電流I最大，因此XLXC由

9、此可求得諧振頻率 在圖3-4和圖3-5所示的電路中，串連諧振電路的帶寬BW可從頻率特性曲線圖通過測量低端頻率和高端頻率來確定，在這兩點上電流I下降為峰值的0.707倍(-3dB)。因此，帶寬為帶寬也可由電路元件值來計算品質(zhì)因數(shù)Q可反應(yīng)諧振電路的帶寬與諧振頻率之間的關(guān)系。品質(zhì)因數(shù)越高，則帶寬越窄。品質(zhì)因數(shù)可用下式計算圖3-4 串連諧振在諧振頻率上，因為阻抗與容抗相等，總電抗為零，總阻抗為純電阻性，所以諧振時電路的電壓與電流同相。做這個實驗要使用波特圖儀，可參考電子工作平臺的儀器菜單。圖3-5 串聯(lián)諧振的頻率特性曲線四、試驗步驟1.在電子工作平臺上建立如圖3-4所示的實驗電路。單擊仿真開關(guān)進(jìn)行動態(tài)

10、分析。在表3-6中記錄相應(yīng)頻率的節(jié)點電壓Va和Vb。表 3-6F/HzVa/VVb/VI/mAZ/k100300700100030004000100002.按表3-6改變信號發(fā)生器的頻率，運行動態(tài)分析，記錄每種頻率的峰值電壓Va和Vb，必要時可調(diào)整示波器。3.根據(jù)表3-6中的每個Vb值及圖3-4所示電路中的R值，計算每種頻率的電流I，并將結(jié)果記錄到表中。4.畫出電流I隨頻率變化的曲線圖，頻率用對數(shù)刻度。246810I/mA,Z/kF/Hz1002005001k2k5k10k5.根據(jù)步驟4的曲線圖，測定串聯(lián)諧振電路的諧振頻率。6.根據(jù)圖3-4中的元件值，測定串聯(lián)諧振電路的諧振頻率。7.根據(jù)步驟4

11、的曲線圖，測定串聯(lián)諧振電路的帶寬BW。8.根據(jù)圖3-4中的元件值，計算串聯(lián)諧振電路的帶寬BW。9.根據(jù)步驟7中測量的帶寬BW和步驟5中測量的諧振頻率，計算這個串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)Q。10.根據(jù)表36中的Va 值和I值，計算每種頻率對應(yīng)的串聯(lián)諧振電路阻抗Z，將結(jié)果記錄到表中。11.作出串聯(lián)電路阻抗Z隨頻率f變化的曲線圖，頻率用對數(shù)刻度。12.根據(jù)圖3-4中的電路元件值，計算串聯(lián)諧振電路的諧振阻抗。13.將信號發(fā)生器的頻率調(diào)整為諧振頻率,記錄電壓與電流之間的相位差，必要時可以調(diào)整示波器的有關(guān)參數(shù)。14.在電子工作平臺上建立如圖3-5所示的實驗電路。單擊仿真開關(guān)進(jìn)行動態(tài)分析。波特圖儀將圖示串聯(lián)諧振電路的電流I與頻率f之間的函數(shù)關(guān)系。在縱軸上每個刻度代10mA從曲線圖測量并記錄諧振頻率和帶寬。諧振頻率 f0=1kHz帶寬 BW=2-0.5179 kHz=1.4821 kHz15.將電阻改為100，重復(fù)步驟14，必要時可改變波特圖儀的位置。諧振頻率 f0=1kHz帶寬 BW=1.096-0.923 kHz=0.173 kHz五、思考與分析1.步驟6中諧振頻率的