實驗6　R、L、C元器件阻抗特性的測量

1.實驗目的

（1）驗證電阻、感抗、容抗與頻率的關系，測量R～f、XL～f及XC～f的特性曲線。

（2）加深理解R、L、C的端電壓與電流之間的相位關系。

2.原理說明

（1）在正弦交變信號作用下，R、L、C在電路中的抗流作用與信號的頻率有關，與信號頻率的關系如圖6-1所示。

（2）元器件阻抗頻率特性的測量電路如圖6-2所示。

圖中，r是提供測量回路電流的標準小電阻。由于r的阻值遠小于被測元器件的阻抗，因此可以認為AB之間的電壓就是被測元器件R、L或C兩端的電壓，流過被測元器件的電流可由r兩端的電壓除以r得到。

若用雙蹤示波器同時觀測r的阻值與被測元器件兩端的電壓，則可展現出被測元器件兩端的電壓和流過該元器件電流的波形，從而可在雙蹤示波器的熒光屏上測量電壓和電流的幅值及它們之間的相位差。

①將R、L、C串聯或并聯，可用同樣的方法測得Z串和Z并的阻抗頻率特性z～f，根據電壓、電流的相位差可判斷Z串或Z并是感性還是容性負載。

②元器件的阻抗角（相位差?）隨輸入信號頻率的變化而改變，將各個不同頻率下的相位差畫在以頻率f為橫坐標、阻抗角?為縱坐標的坐標紙上，用光滑的曲線連接這些點，即可得到阻抗角的頻率特性曲線。

用雙蹤示波器測量阻抗角的方法如圖6-3所示。從雙蹤示波器的熒光屏上可得一個周期占n格，相位差占m格，則實際的相位差?（阻抗角）為

3.實驗設備與元器件

（1）低頻信號發生器。

（2）交流毫伏表（0～600V）。

（3）雙蹤示波器。

（4）頻率計。

（5）實驗電路元器件（R=1kΩ，C=1μF，L約為1H）。

4.實驗內容

（1）測量R、L、C的阻抗頻率特性。

通過電纜將低頻信號發生器輸出的正弦信號接至如圖6-2所示的電路中作為激勵源u，并用交流毫伏表進行測量，使激勵電壓的有效值u=3V，并保持不變。

低頻信號發生器的輸出頻率從200Hz逐漸增至5kHz（用頻率計測量），開關S分別接通R、L、C，用交流毫伏表測量ur，計算各頻率點的iR、iL和iC（ur/r）及R=u/iR、XL=u/iL及XC=u/iC。

注意：在接通C時，低頻信號發生器的頻率應控制為200～2500Hz。

（2）用雙蹤示波器觀測在不同頻率下各元器件阻抗角的變化情況，按如圖6-3所示記錄n和m，計算?。

（3）測量R、L、C串聯時的阻抗角頻率特性。

5.實驗注意事項

（1）交流毫伏表屬于高阻抗電壓表，在測量前必須先調零。

（2）測量?時，雙蹤示波器的V/div和t/div微調旋鈕應旋置在“校準位置”。

6.預習思考題

測量R、L、C的阻抗角時，為什么要串聯一個小電阻？可否用一個小電感或大電容代替？為什么？

7.實驗報告

（1）根據實驗數據，在方格紙上繪制R、L、C的阻抗頻率特性曲線，從中可得出什么結論？

（2）根據實驗數據，在方格紙上繪制R、L、C串聯時的阻抗角頻率特性曲線，并總結歸納出結論。

（3）在報告中要進行實驗數據的處理和誤差原因的分析。