實驗十 RLC電路的阻抗特性分析

1、實驗十RLC電路的阻抗頻率特性分析一實驗?zāi)康?、掌握交流電路中電阻、電容和電感的阻抗與頻率的關(guān)系。2、加深理解三個元件的電壓與電流相位關(guān)系。3、觀察RLC串聯(lián)諧振現(xiàn)象，了解諧振電路特性，加深其理論知識的理解。二實驗原理1、R、L、C元件的阻抗頻率特性正弦交流信號包含最大值、頻率和初相位，在正弦穩(wěn)態(tài)交流電路中，通過元 件的電流有效值和加于該元件兩端電壓有效值之間的關(guān)系 婦（I），稱為元件的 交流伏安特性，每個元件不僅討論電壓、電流有效值關(guān)系，還要觀察兩者相位之 間的關(guān)系。線性電阻歐姆定律的相量形式為：U = RI。說明電阻兩端電壓的有效值與流過電流的有效值成正比，R大小與頻率無關(guān)，相位差為0，即

2、同相位。（2）電容線性電容電壓電流關(guān)系的相量形式為：U = -j I。表明電容兩端電壓有 C效值與流過電流有效值關(guān)系為U =上I，相位差為-90。，即電流超前電壓90度。w C（3）電感線性電感的電壓電流關(guān)系的相量形式為：U = jwLI。說明電感兩端電壓的有效值與流過電流的有效值關(guān)系為U =wLI，相位差為90。，即電壓超前電流90 度。正弦穩(wěn)態(tài)電路中，RLC元件的阻抗頻率特性曲線如圖10-1所示。圖10-1 R、L、C元件的阻抗頻率特性曲線2、RLC串聯(lián)電路的阻抗頻率特性RLC串聯(lián)電路中，當(dāng)正弦交流信號源的頻率f改變時，電路中的感抗、容抗隨之而變，電路中的電流I也隨頻率f而變。交流電壓U

3、（有效值）的角頻率c 1、R2 + (L)2，CS為，則電路的阻抗為Z = R + j（rnL-），阻抗的模：Z =C阻抗的幅角曜arctan竺M，即該電路總電壓與電流的相位差。R圖10-3（a）、（b）分別為RLC串聯(lián)電路的阻抗、相位差隨頻率的變化曲 線。圖 10-3（a） Z f 曲線圖10-3（b）中f曲線由曲線圖可以看出，存在一個特殊的頻率f0，特點為：（1）當(dāng)f f時，甲 f時，甲0，電流相位滯后于電壓，整個電路呈電感性；0（3）當(dāng)L 一 = 0時，艮口 w = . 1 或f =1 時，阻抗Z = R，此匕 C0 VLC0 2兀 ；LC時中=0，表明電路中電流I和電壓U同相位，整個電

4、路呈現(xiàn)純電阻性。3、RLC串聯(lián)電路的阻抗頻率特性回路中的電流I （有效值）為：,:R2 + (L -1)2CI與頻率f的變化曲線如圖10-3（c）所示。1JLC10-3(c)I - f 曲線時，RLC串聯(lián)電路呈現(xiàn)電阻性，此時電路阻抗的模|Z| = R為最小，電流I =優(yōu)則達到極大值，這就是串聯(lián)諧振現(xiàn)象。隨f偏離f0越遠，阻抗越大，而電流越小。只要調(diào)節(jié)f、L、C中的任意一個量，電路都能達到諧振。諧振時，電路中的電流達到最大值，且與輸入電壓匕同相位。此時Ur=u,ul = U。二QU，式中q = 1*，稱為電路的品質(zhì)因數(shù)。電路的品質(zhì)因數(shù)Q對諧振曲線的形狀起著決定作用，在L、C不變條件下，電阻R值越

5、小，Q值越大， 曲線越尖銳，通頻帶越窄，電路的選擇性越好。三實驗儀器和設(shè)備1、信號發(fā)生器2、示波器3、萬用表4、電阻、電容、電感四實驗內(nèi)容和步驟1、R、C、L的阻抗頻率特性測試測試電路如圖10-4, r=100。、R=300、C=0.1uF、L=58mH，信號發(fā)生器輸 出正弦信號，有效值Us=5V保持不變。改變信號源的頻率，利用萬用表分別測 量U、U、U、I、I、I，得出電阻、電容和電感的元件特性。 R C L R C LTL（V）L 5 匚=RIT r圖10-4阻抗頻率特性測試電路2、R、L、C電壓與電流的相位關(guān)系利用示波器觀察不同元件的電壓和電流波形，比較三個元件的電壓與電流的 相位關(guān)系。3、RLC串聯(lián)電路的阻抗選擇 L=58mH、C=0.1pF、R=300Q，=2.1KHz，保持 Us=5V 不變，改變 頻率，測量UR的值，然后以f為橫坐標，以UR為縱坐標，繪出光滑的曲線，即 諧振曲線，在f = f0 = 2=處（XL=Xc），曲線尖峰所在的頻率點稱為諧振頻 率，此時電路呈純阻性，電路阻抗的模為最小。測量同時觀察UR、Us的相位。