实验6　R、L、C元器件阻抗特性的测量

1.实验目的

（1）验证电阻、感抗、容抗与频率的关系，测量R～f、XL～f及XC～f的特性曲线。

（2）加深理解R、L、C的端电压与电流之间的相位关系。

2.原理说明

（1）在正弦交变信号作用下，R、L、C在电路中的抗流作用与信号的频率有关，与信号频率的关系如图6-1所示。

（2）元器件阻抗频率特性的测量电路如图6-2所示。

图中，r是提供测量回路电流的标准小电阻。由于r的阻值远小于被测元器件的阻抗，因此可以认为AB之间的电压就是被测元器件R、L或C两端的电压，流过被测元器件的电流可由r两端的电压除以r得到。

若用双踪示波器同时观测r的阻值与被测元器件两端的电压，则可展现出被测元器件两端的电压和流过该元器件电流的波形，从而可在双踪示波器的荧光屏上测量电压和电流的幅值及它们之间的相位差。

①将R、L、C串联或并联，可用同样的方法测得Z串和Z并的阻抗频率特性z～f，根据电压、电流的相位差可判断Z串或Z并是感性还是容性负载。

②元器件的阻抗角（相位差ϕ）随输入信号频率的变化而改变，将各个不同频率下的相位差画在以频率f为横坐标、阻抗角ϕ为纵坐标的坐标纸上，用光滑的曲线连接这些点，即可得到阻抗角的频率特性曲线。

用双踪示波器测量阻抗角的方法如图6-3所示。从双踪示波器的荧光屏上可得一个周期占n格，相位差占m格，则实际的相位差ϕ（阻抗角）为

3.实验设备与元器件

（1）低频信号发生器。

（2）交流毫伏表（0～600V）。

（3）双踪示波器。

（4）频率计。

（5）实验电路元器件（R=1kΩ，C=1μF，L约为1H）。

4.实验内容

（1）测量R、L、C的阻抗频率特性。

通过电缆将低频信号发生器输出的正弦信号接至如图6-2所示的电路中作为激励源u，并用交流毫伏表进行测量，使激励电压的有效值u=3V，并保持不变。

低频信号发生器的输出频率从200Hz逐渐增至5kHz（用频率计测量），开关S分别接通R、L、C，用交流毫伏表测量ur，计算各频率点的iR、iL和iC（ur/r）及R=u/iR、XL=u/iL及XC=u/iC。

注意：在接通C时，低频信号发生器的频率应控制为200～2500Hz。

（2）用双踪示波器观测在不同频率下各元器件阻抗角的变化情况，按如图6-3所示记录n和m，计算ϕ。

（3）测量R、L、C串联时的阻抗角频率特性。

5.实验注意事项

（1）交流毫伏表属于高阻抗电压表，在测量前必须先调零。

（2）测量ϕ时，双踪示波器的V/div和t/div微调旋钮应旋置在“校准位置”。

6.预习思考题

测量R、L、C的阻抗角时，为什么要串联一个小电阻？可否用一个小电感或大电容代替？为什么？

7.实验报告

（1）根据实验数据，在方格纸上绘制R、L、C的阻抗频率特性曲线，从中可得出什么结论？

（2）根据实验数据，在方格纸上绘制R、L、C串联时的阻抗角频率特性曲线，并总结归纳出结论。

（3）在报告中要进行实验数据的处理和误差原因的分析。