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电路元件交流阻抗频率特性
一、实验目的
（1）加深了解R 、L 、C 元件的频率与阻抗的关系。
（2）加深理解R 、L 、C 元件端电压与电流间的相位关系。
（3）熟悉低频信号发生器等常用电子仪器的使用方法。
二、实验内容
正弦交流可用三角函数表示，即由最大值（U m 或I m ）；频率f(或角频率ω=2πf)和初相位三要素来决定。
在正弦稳态电路的分析中，由于电路中各处电压、电流都是同频率的交流电，所以电流、电压可用相量表示。
在频率较低的情况下，电阻元件通常略去其电感及分布电容而看成是纯电阻。
此时其电压与电流可用复数欧姆定律来描述：
U ∙
=R I ∙
式中R 为线性电阻元件。
U ∙
与I ∙
之间无相角差。
电阻中吸收的功率为
P=UI=I 2R
因为略去附加电感和分布电容，所以电阻元件的阻值与频率无关。
即R-f 关系如图1.11-1。
电容元件在低频也可略去其附加电感及电容极板间介质的功率损耗，因而可认为只具有电容C 。
在正弦电压作用下流过电容的电流之间也可用复数欧姆定律来表示：
U ∙=X C I ∙
式中X C 是电容的容抗，其值为X C =1/j ωc 所以有U ∙
=1/j ωc ·I ∙
= I ωc ∠-90°
电压U 滞后电流I 的相角为90°，电容所吸收的功率平均为零。
电容的容抗与频率的关系X C -f 曲线如图1.11-2。
电感元件因其由导线绕成，导线有电阻，在低频时如略去其分布电容则它仅由电阻R L 与电感L 组成。
在正弦电流的情况下其复阻抗为
Z=R L + j ωL=Z
∠Φ
式中R L 为线圈导线电阻。
阻抗角Φ可由R L 及L 参数来决定：
..。
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Φ=arctg ωL/R
电感线圈的电压与流过的电流间关系为
U ∙==（R L + j ωL ）I ∙= Z · I ∙
=∠Φ
如果R L =0，电压超前电流90°
电感线圈所吸收的平均功率为P=UIcos ψ=I 2
R L 感抗与频率的关系如图1.11-3。
四、实验内容及步骤
1、测量R-f 特性
a.按图1.11-4接线，其中R 1、R 2、、、R 3均为动态元件实验（电路原理实验单元）上固定电阻元件。
（可以选择R1：300，R2：1k ，R3：1k 或2k ）
b.将全智能函数信号发生器的“波形选择“在正弦波位置，调节它的输出电压有效值为5V ，频率f 为2kHz ，频率可由数字频率计直接读到。
c.用交流毫伏表分别测出U AB 、U BC 、U AC 计入表1.11-1中。
d.按表1.11-1所规定的频率值，调节函数发生器输出信号频率（信号的大小不变），对应每一频率重复测量步骤C 中各电压，并计算出I R1、、I R2、、I R3均记入表1.11-1中。
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验证U AB= U BC+U AC吗？I R1 =I R2+、I R3吗？
并画出R-f特性曲线。
2、测量X L-f特性
a.实验线路如图1.11-5，R为限流电阻，
X L为被测阻抗（电感可以选择串联形式100mH或者其他参数，用电路原理实验单元内的电感选择，R为1kΩ（在电路实验单元上固定电阻，或者选择200欧姆亦可）.
b.调节函数发生器，使其输出正弦电压有效值为5V，频率按表1.11-2中数值变化，对应每一频率用交流毫伏表测量U L、U R计算出每项一频率时的电流I(f)=U R(f)/R和感抗X L(f) ≤U L(f)/ I(f)将数据记入表1.11-2中，画出X L- f特性曲线。
3、测量X c-f特性
a.将图1.11-5中电感换成电容，就为本实验的实验电路。
电容就用电路原理实验单元上2.2uF电容,电阻仍为1kΩ不变。
（也可以根据参数选择其他电容和电阻）
b.同步骤2中(b)，对应每一频率用交流毫伏表测量U C、U R值，一一记入表1.11-3中，计算出每一频率下的电流I(f)=U R(f)/R和容抗X C(f)=U C(f)/ I(f)一一应计入表1.11-3中。
作出X C-f特性曲线。
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五、实验结果
表1.11-2 X
实验结果表1.11-3 X
六、实验报告
(1)在方格纸上画出理想R、L、C元件的频率阻抗特性。
(2)根据实验数据画出实际R、L、C元件的频率阻抗特性。
(3)分析数据误差。
(4)本实验中信号发生器用全智能函数信号发生器，它能输出三角波、方波、正弦波等交流波形，实验时必须将“波形选择”置正弦波位置，频率数值由发光数码管显示，实验时测量各部分电压应外接交流毫伏表，由于本实验中正弦信号频率范围从50Hz-2kHz，所以必须用交流毫伏表测量电压。
交流毫伏表的输入阻抗高，测量电压范围广，可以从几mV到300V，测量电压的频率范围可从20Hz-200kHz，使用时应使表棒接触良好，每换一个量程均应调零，表笔的接地端必接在被测电压的近地端，且在测量电压时，应先将接地表笔接被测电压（近地）端，再把另一表笔接被测电压另一端，测毕，应先将另一端移开，再拿开接地表笔，以免电子管伏特表撞针。
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