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一.实验目的
1. 熟悉测量RLC元器件的交流电压、电流。
2. 熟悉测量RLC串联和并联交流电路的电压、电流。
二.实验仪器和器材
1.实验仪器
直流稳压电源型号:IT6302
台式多用表型号:UT805A
信号发生器型号:DG1022U
数字示波器型号:DSO-X 2012A(DPO 2012B)
2.实验(箱)器材
电路实验箱
元器件:电阻(10Ω、1k);电容(0.1);电感(10mH)
3.实验预习的虚拟实验平台
NI Multisim
三.实验内容
1.分别观测电阻R、电感L、电容C 正弦交流响应,测量电压与电流波形、幅值、频率、相位差φ。分析:比较直流交流响应的特点;元器件的阻抗与交流频率的关系,不同元器件的阻抗及阻抗角。
2.测量R L C并联和串联交流电路的电压与电流波形、幅值、相位差φ 。分析:交流线性电路的电压电流及阻抗关系与直流电路相同,只是这些参数应用向量表示,电压(电流)之和是矢量之和。
3.(选)测量计算功率因数cosφ ,分析:功率因数的意义及测量方法。
四.实验原理
2.RLC并联电路测量
将元件R、L并联相接,测量电压与电流的波形及参数:Urp-p,相位差。
将元件R、C并联相接,测量电压和电流的波形及参数,Urp-p相位差。
将元件R、L、C并联相接,测量电压和电流的波形参数:urp-p相位差。
RL并联:
3.RLC串联电路测量
将元件RC串联相接,测量电压和电流的波形及参数:i=Ur/r,相位差。记录4kHz的参数。
将元件RL串联相接,测量电压和电流的波形及参数:i=Ur/r,相位差。记录4kHz的参数。
将元件RLC串联相接,测量电压和电流的波形及参数:i=Ur/r,相位差。记录4kHz的参数
实验数据记录:
并联数据:
并联 | u波形 | i(ur)波形 | u不变改变f | u/4kHz | ||
i的变化 | φ的变化 | 测量值 | ||||
R | 正弦波 | 同相 | 不变 | 0不变 | 2.71 | |
L | 正弦波 | 落后79.88 | 负相关 | 负相关 | 2.75 | |
C | 正弦波 | 超前70.14 | 正相关 | 正相关 | 2.94 | |
RL | R | 正弦波 | 落后55.23 | 不变 | 不变 | 2.56 |
L | 正弦波 | 落后55.23 | 负相关 | 负相关 | 2.56 | |
RL | 正弦波 | 落后55.23 | 负相关 | 负相关 | 2.56 | |
RC | R | 正弦波 | 超前85.77 | 不变 | 不变 | 0.0175 |
C | 正弦波 | 超前85.77 | 正相关 | 正相关 | 0.0175 | |
RC | 正弦波 | 超前85.77 | 正相关 | 正相关 | 0.0175 | |
RLC | R | 正弦波 | 落后34.02 | 不变 | 不变 | 2.1184 |
L | 正弦波 | 落后34.02 | 负相关 | 负相关 | 2.1184 | |
C | 正弦波 | 落后34.02 | 正相关 | 正相关 | 2.1184 | |
RLC | 正弦波 | 落后34.02 | 正相关 | 负相关 | 2.1184 | |
I(ur/r)/4kHz | φ/4kHz | 阻抗4kHz | ||||
计算值 | 测量值 | 计算值 | 测量值 | 测量值 | ||
R | 2.71/470 | 5.7 | 0 | 0 | 475.4385965 | |
L | 2.75/251 | 10.8 | -90 | -79.88 | 254.6296296 | |
C | 2.94/398 | 7.5 | 90 | 70.14 | 392 | |
RL | R | 2.56/470 | 4.6 | 0 | -55.23 | 556.5217391 |
L | 2.56/251 | 8.5 | -90 | -55.23 | 301.1764706 | |
RL | 2.56/164 | 10.7 | -90 | -55.23 | 239.2523364 | |
RC | R | 0.0175/470 | 5.1 | 0 | 85.77 | 3.431372549 |
C | 0.0175/398 | 0.001 | 90 | 85.77 | 17500 | |
RC | 0.0175/216 | 5.24 | 90 | 85.77 | 3.339694656 | |
RLC | R | 2.1184/470 | 4.587 | 0 | -34.02 | 461.8269021 |
L | 2.1184/251 | 8.377 | -90 | -34.02 | 252.8828936 | |
C | 2.1184/398 | 0.001 | 90 | -34.02 | 2118400 | |
RLC | 2.1184/116 | 10.793 | -90 | -34.02 | 196.2753637 |
串联数据:
串联 | u波形 | i(ur)波形 | u不变改变f | u/4kHz | ||
i的变化 | φ的变化 | 测量值 | ||||
RL | R | 正弦波 | 超前2.039 | 不变 | 不变 | 2.62 |
L | 正弦波 | 落后842.5m | 负相关 | 负相关 | 0.63 | |
RL | 正弦波 | 落后379.8m | 负相关 | 负相关 | 2.87 | |
RC | R | 正弦波 | 落后81.72 | 不变 | 不变 | 0.00344 |
C | 正弦波 | 落后2.7 | 正相关 | 正相关 | 2.9964 | |
RC | 正弦波 | 落后175.2 | 正相关 | 正相关 | 2.9994 | |
RLC | R | 正弦波 | 落后50.68 | 不变 | 不变 | 2.6163 |
L | 正弦波 | 超前424.9m | 负相关 | 负相关 | 0.63 | |
C | 正弦波 | 超前15.87 | 正相关 | 正相关 | 1.094 | |
RLC | 正弦波 | 落后1.255 | 正相关 | 负相关 | 2.8693 | |
I(ur/r)/4kHz | φ/4kHz | 阻抗4kHz | ||||
计算值 | 测量值 | 计算值 | 测量值 | 测量值 | ||
RL | R | 2.62/1000 | 2.64 | 0 | 2.039 | 992.4242424 |
L | 0.63/251 | 2.64 | -90 | -842.5m | 238.6363636 | |
RL | 2.87/1251 | 2.64 | -90 | 379.8m | 1087.121212 | |
RC | R | 0.00344/1000 | 0.00103 | 0 | -81.72 | 3339.805825 |
C | 2.9964/398 | 0.00103 | 90 | -2.7 | 2909126.214 | |
RC | 2.9994/1398 | 0.00103 | 90 | -175.2 | 2912038.835 | |
RLC | R | 2.6163/1000 | 2.65 | 0 | -50.68 | 987.2830189 |
L | 0.63/251 | 2.65 | -90 | -424.9m | 237.7358491 | |
C | 1.094/398 | 2.65 | 90 | 15.87 | 412.8301887 | |
RLC | 2.8693/1649 | 2.65 | -90 | 1.255 | 1082.754717 |
六.分析与总结
实验总结
1.通过实验了解了RLC交流电路的特性,响应特点,波形,相位差等的分析,串并联电路下RC,RL,RLC电路电压与电流的关系。
2.进一步熟悉了示波器的使用和测量方法。
3.增强了团队合作精神,增强了电路纠错能力以及总结经验的能力。
思考题
1、测量R、L、C各个元件的电压电流(阻抗角)时,为什么要串联一个小电阻?对电阻有何要求?
答:阻抗是电压与电流的比值,电压用毫伏表测量,电流不易测量。小电阻的阻值已知,可以作为采样电阻,通过测量阻值上的电压,计算电路中的电流,提高测量精度。
2、怎样判断RLC并联(串联)电路为感性或容性电路,跟哪些参数有关?
答:电流相位超前为容性电路,电流相位滞后为感性电路,由于容抗与感抗与频率有关,因此电路为容性还是感性与输入信号频率有关。
3、RLC串联交流电路通过同一个电流,各个元件电压与电流的关系。
答:阻抗不变,电压与电流成正比
4、交流并联电路总电流一定大于任一支路电流吗?交流串联电路总电压一定大于任一元件电压吗?
答:由于相角之间关系,LC并联电路可能会出现支路电流大于总电流的情况。在RC串联电路中可能出现元件电压大于总电压的情况。
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