北京邮电大学电路与电子学基础实验报告.docx
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北京邮电大学电路与电子学基础实验报告
《电路与电子学基础》实验报告
实验名称
班级
学号
姓名
实验3交流电路的性质
实验3.1串联交流电路的阻抗
一、实验目的
1.测量串联RL电路的阻抗和交流电压与电流之间的相位，并比较测量值与计算值。
2.测量串联RC电路的阻抗和交流电压与电流之间的相位，并比较测量值与计算值。
3.测量串联RLC电路的阻抗和交流电压与电流之间的相位，并比较测量值与计算值。
二、实验器材
双踪示波器1台
信号发生器1台
交流电流表1个
交流电压表1个
0.1µF电容1个
100mH电感1个
1KΩ电阻1个
三、实验准备
两个同频率周期函数（例如正弦函数）之间的相位差，可通过测量两个曲线图之间及曲线一个周期T的波形之间的时间差t来确定。
因为时间t与周期T之比等于相位差θ（单位：
度）与一周相位角的度数（360°）之比
θ/360°=t/T
所以，相位差可用下式计算
θ=t（360°）/T
在图3-1，图3-2和图3-3中交流电路的阻抗Z满足欧姆定律，所以用阻抗两端的交流电压有效值VZ除以交流电流有效值IZ可算出阻抗（单位：
Ω）
在图3-1中RL串联电路的阻抗Z为电阻R和感抗XL的向量和。
因此阻抗的大小为
阻抗两端的电压VZ与电流IZ之间的相位差可由下式求出
图3-1RL串联电路的阻抗
在图3-2中RC串联电路的阻抗Z为电阻R和容抗Xc的向量和，所以阻抗的大小为
阻抗两段的电压Vz和电流Iz之间的相位差为
当电压落后于电流时，相位差为负。
图3-2RC串联电路的阻抗
在图3-3中RLC串联电路的阻抗Z为电阻R和电感与电容的总电抗X之向量和，总电抗X等于感抗XL与容抗Xc的向量和。
因此感抗与容抗之间有180°的相位差，所以总电抗X为
这样，RLC串联电路的阻抗大小可用下式求出
阻抗两端的电压Vz与电流Iz之间的相位差为
图3-3RLC串联电路的阻抗
感抗XL和容抗Xc是正弦交流电频率的函数。
在RLC串联交流电路中，只有一个信号频率可以使得XL与Xc相等。
在这个频率上，总电抗为零（X=XL-Xc=0），电路阻抗为电阻性，而且达到最小值。
四、实验步骤
1.在电子平台上建立如图3-1所示的实验电路，一起按图设置。
单击仿真电源开关，激活电路进行动态分析。
因为1KΩ电阻两端的电于与电力六成正比，在示波器的纵轴上1V相当于1mA，所以屏幕上红色曲线图代表RL电路阻抗两端的电压Vz，蓝色曲线图代表电流Iz。
在下面的V,I-T坐标上作出电压Vz和电流Iz岁时间T变化的曲线图，记录交流电压表和电流表上交流电压有效值Vz和电流有效值Iz的读书。
2.根据步骤1中的曲线图，计算电压与电流之间的相位差θ。
3.用交流电压有效值Vz和电流有效值Iz计算RL电路的阻抗大小。
V,I
0
T
4.用电感值L和正弦频率f计算电感的阻抗XL。
5.用电阻值R和电感L的感抗XL计算RL电路阻抗Z的大小。
6.根据算得的感抗值XL和电阻值R，计算电流与电压之间的相位差θ。
V,I
0
T
7.在电子工作平台上建立如图3-2所示的实验电路，仪器按图设置。
单击仿真电源开关，激活电路进行动态分析。
因为1KΩ电阻两端的电压和电流成正比（在示波器的纵轴上1V相当于1mA），因此屏幕上红色曲线图代表RC电路阻抗两端的电压Vz，蓝色曲线代表电流Iz，在上面的V,I-T坐标上作出电压Vz和电流Iz随时间T变化的曲线图。
记录交流电压表和电流表上的电压有效值Vz和电流有效值Iz的读数。
8.根据步骤7中的曲线图，计算电压与电流之间的相位差。
9.用交流电压有效值Vz和电流有效值Iz就算RC电路阻抗Z的大小。
10.用电容C和正弦频率f计算电容器的容抗Xc。
11.用电阻值R和电容C的容抗Xc计算RC电路阻抗Z的大小。
V,I
0
T
12.根据算得的容抗Xc和电阻值R,计算电流与电压正弦函数之间的相位差θ。
13.在电子工作平台上建立入图3-3所示的实验电路，引起按图设置。
单击仿真电源开关，激活电路进行动态分析。
因为1KΩ电阻两端的电压和电流成正比（在示波器的纵轴上1V相当于1mA），因此屏幕上红色曲线图代表RLC电路阻抗两端的电压Vz，蓝色曲线代表电流Iz，在上面的V,I-T坐标上作出电压Vz和电流Iz随时间T变化的曲线图。
记录交流电压表和电流表上的电压有效值Vz和电流有效值Iz的读数。
14.根据步骤13的曲线图，计算电压与电流之间的相位差。
15用交流电压有效值Vz和电流有效值Iz计算RLC电路阻抗的大小Z.
16.用电容C和正弦频率f计算电容器的容抗Xc。
17.用电感L和正弦频率f计算电感的感抗Xl。
18.用电阻R,电容C的容抗Xc和电感L的感抗XL，计算RLC电路阻抗的大小Z。
19．根据算得的容抗Xc，感抗Xl和电阻R，计算电流与电压之间的相位差θ。
五、思考与分析
1.步骤5算得的阻抗大小与步骤3用电压和电流测量值算得的阻抗大小比较，情况如何？
2.步骤6算出的相位差与步骤1，2中通过电流和电压曲线图测出的相位差比较情况如何？
电压比电流超前还是落后？
3.步骤11算出的阻抗大小与步骤9用电压和电流测量值算出的阻抗大小比较，情况如何？
4.步骤12算出的相位差与步骤7，8中测出的电流和电压曲线之间的相位差比较，情况如何？
电压比电流超前还是落后？
5.步骤18算出的感抗大小与步骤15用电压和电流测量值算出的感抗大小比较，情况如何？
6.步骤19算出的相位差与步骤13，14中用电流和电压曲线测出的相位差比较，情况如何？
电压比电流超前还是落后
实验3.2串联谐振
一、实验目的
1.测定串连谐振电路的谐振频率，并比较测量值与计算值。
2.测定串连谐振电路的带宽，并比较测量值与计算值。
3.测定串连谐振电路的品质因素。
4.测定串联谐振电路的谐振阻抗。
5.测定串联谐振电路谐振时电压与电流之间的相位关系。
6.研究电路电阻变化时对串连谐振电路的谐振频率和带宽的影响。
二、实验器材
信号发生器1台
双踪示波器1台
100mH电感1个
0.25µF电容1个
1kΩ电阻1个
三、实验准备
在图3-4，图3-5所示的电路中，信号频率为串连谐振电路的谐振频率
时感抗XL等于容抗Xc，因为感抗与容抗有180°的相位差，所以谐振频率上总电抗为零，这时总阻抗最小，并且等于电路电阻R。
在谐振频率
上电路电流I最大，因此
XL＝XC
由此可求得谐振频率
在图3-4和图3-5所示的电路中，串连谐振电路的带宽BW可从频率特性曲线图通过测量低端频率
和高端频率
来确定，在这两点上电流I下降为峰值的0.707倍（-3dB）。
因此，带宽为
带宽也可由电路元件值来计算
品质因数Q可反应谐振电路的带宽与谐振频率之间的关系。
品质因数越高，则带宽越窄。
品质因数可用下式计算
图3-4串连谐振
在谐振频率上，因为阻抗与容抗相等，总电抗为零，总阻抗为纯电阻性，所以谐振时电路的电压与电流同相。
做这个实验要使用波特图仪，可参考电子工作平台的仪器菜单。
图3-5串联谐振的频率特性曲线
四、试验步骤
1.在电子工作平台上建立如图3-4所示的实验电路。
单击仿真开关进行动态分析。
在表3-6中记录相应频率的节点电压Va和Vb。
表3-6
F/Hz
Va/V
Vb/V
I/mA
Z/kΩ
100
300
700
1000
3000
4000
10000
2.按表3-6改变信号发生器的频率，运行动态分析，记录每种频率的峰值电压Va和Vb，必要时可调整示波器。
3.根据表3-6中的每个Vb值及图3-4所示电路中的R值，计算每种频率的电流I，并将结果记录到表中。
4.画出电流I随频率变化的曲线图，频率用对数刻度。
10k
5.根据步骤4的曲线图，测定串联谐振电路的谐振频率
。
6.根据图3-4中的元件值，测定串联谐振电路的谐振频率
。
7.根据步骤4的曲线图，测定串联谐振电路的带宽BW。
8.根据图3-4中的元件值，计算串联谐振电路的带宽BW。
9.根据步骤7中测量的带宽BW和步骤5中测量的谐振频率
，计算这个串联谐振电路的品质因数Q。
10.根据表3－6中的Va值和I值，计算每种频率对应的串联谐振电路阻抗Z，将结果记录到表中。
11.作出串联电路阻抗Z随频率f变化的曲线图，频率用对数刻度。
12.根据图3-4中的电路元件值，计算串联谐振电路的谐振阻抗。
13.将信号发生器的频率调整为谐振频率
记录电压与电流之间的相位差θ，必要时可以调整示波器的有关参数。
14.在电子工作平台上建立如图3-5所示的实验电路。
单击仿真开关进行动态分析。
波特图仪将图示串联谐振电路的电流I与频率f之间的函数关系。
在纵轴上每个刻度代10mA从曲线图测量并记录谐振频率和带宽。
15.将电阻改为100Ω，重复步骤14，必要时可改变波特图仪的位置。
五、思考与分析
1.步骤6中谐振频率的计算值与曲线测定值比较，情况如何？
2.步骤8中带宽的计算值与曲线测定值比较，情况如何？
3.根据步骤11的曲线图，对串联谐振电路的阻抗随频率变化情况可得出什么结论。
4.步骤12中算得得谐振阻抗与表3-6中记录得谐振阻抗比较，情况如何？
5.在步骤13中，对谐振时电压与电流的相位差可得出什么结论？
6.在步骤15中，关于电阻值得变化对谐振频率和带宽的影响可得出有什么结论？
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