精品课件-电工电子基本技能操作项目教程-项目五

压频率无关。
在交流电路中，电阻R两端的电压和流经R的电流同相，
其瞬时值、最大值及有效值均符合欧姆定律。电阻阻值与频
率无关，所以u 当R频i 率R变I m化sin时，t 电U流m s有in效 值t 及功率不变。电阻
是耗能元件，把从电源U m取得U的电R 能 路中的波形与相量如图I5m-5所I 示。
转化为热能
，其在交流电 (51)
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R、L、C在电路中的特性
图5-4 电阻元件在交流电路图中5-5 电阻元件在交流电路中的波形
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R、L、C在电路中的特性
2、纯电感电路 如图5-6所示，将信号发生器产生的正弦交流电压，通过 电感L加到灯泡两端。保持电压不变，将电压频率由低往高进 行调整，观察灯泡的亮度是由亮变暗的，流过灯泡的电流随 频率增高而减小。说明电感在交流电路中随频率的上升对电 流的阻碍作用增大。 在交流电路中，由于电压、电流随时间变化，电感元件 中的磁场不断变化，引起感生电动势，所以电感在交流电路 中对电流有阻碍作用。电感对交流电流的阻碍作用称为感抗， 即
，即电感、电电压大小相等、方
向相反，相互抵消，对整个电路不起作用。
此时，UL与UC本身并不UU为CL 零 XX，LC即II00
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R、L、C在电路中的特性
项目训练准备
(1) 低频信号发生器； (2) 示波器； (3) 毫安表； (4) 电阻、电容、电感一套。
因为电容元件两端电压与流过电容的电流不同相，所以
电再遵压循与欧电姆流定的律最，大有值、IUI有mmm 效 值UIC均Um遵1循C 欧姆定律，其瞬时值不
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R、L、C在电路中的特性
图5-9 纯电容电压与电流波 形相量图
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R、L、C在电路中的特性
纯电阻电路 纯电感电路 纯电容电路
表5-1 观 测 灯 泡
开关断开灯泡现象
开关闭合灯泡现象
结论
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(二) R、L、C 在交流电路中的特性
电流I/mA
UC/V
UL/V
UR/V
U/V
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(四) 操作注意事项
(1) 实验中，每当改变输出信号电压频率时，务必使输出电 压值始终保持不变。 (2) 由于实验电路中使用的电感线圈L仍有一定数值的直流 电阻，加上电容器上的介质损耗等，故计算值U与实际值有 一定的误差，产生谐振时的频率与计算值之间存在一定的误 差。 (3) 信号发生器的使用必须严格按使用方法操作。 (4) 寻找谐振频率时，应反复调节，力求精确。 (5) 用交流电表测得的电流和电压值均为有效值。
R、L、C在电路中的特性
(2) 观察电容元件两端电压与流经电容电流的相位关系 (R = 200 Ω，C = 0.1 mF)。
① 保持低频发生器正弦波电压幅度为4 V，将正弦波频 率调为1 kHz。
② 按图5-12(b)接线。y1代表电流i，y2代表电压u。 ③ 用示波器观察电流与电压波形。 ④ 画下波形进行相位比较。
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图5-12
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(三) RLC 串联谐振电路
(1)按 图 5-13 连 线 ( 电 阻 R = 51 Ω ， L = 180 mH ， C = 0.1 mF)。
XL = w L = 2pfL
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R、L、C在电路中的特性
图5-6 电感元件在交流电路
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电感元件两端电压与流过电感的电流并不同相，而是电 压超前电流90°，并且电感元件不消耗能量，只是与电源之 间进行能量交换，电感是储能元件，其电流与电压波形相量 图如图5-7所示。
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R、L、C在电路中的特性
项目内容与原理
一、R、L、C在直流电路中的特性
1、纯电阻电路
在直流电路中，流过电阻的电流I与电阻两端的电压U成
正比，与电阻值成反比，即I 遵UR循欧姆定律
，所以电阻对
电流有阻碍作用。
如图5-1所示，闭合开关S，灯泡点亮；断开开关S，灯泡
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亮度变暗。说明串联电阻后，电流变小。
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R、L、C在电路中的特性
图5-1 电阻元件在直流电路中
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2、纯电容电路 在直流电器中，电容相当于开路。如图5-2所示，当开关 S闭合时，灯亮，当开关S断开时，灯灭。说明电路经电容元 件隔断后无电流流过灯泡。
R、L、C在电路中的特性
3、纯电容电路 如图5-8所示，将信号发生器产生的正弦交流电压，通过 电容C加到灯泡两端。保持电压不变，将电压频率由低往高进 行调整，观察灯泡的亮度是由暗变亮的，流过灯泡的电流随 频率增高而增大。说明电容在交流电路中随频率的上升对电 流的阻碍作用减小。 在交流电路中，由于电压、电流随时间变化，电容极板 间的电压不断变化，引起电荷在与电容极板相连的导线中移 动形成电流，所以电容X在C 交1流C 电 2路π1fC中相当于通路，但对电流 有阻碍作用。电容对交流电流的阻碍作用称为容抗，即
图5-11 RLC串联电路电压相量
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R、L、C在电路中的特性
由图可知：
(1) 当XL > XC时，j > 0，电压超前电流，电路呈感性。 (2) 当XL < XC时，j < 0，电压滞后电流，电路呈容性。 (3) 当XL = XC时，j = 0，电压、电流同相，电路表现为 纯电阻性。此时Z = R最小，电路电流达到最大值，这种现象
称串联谐振。 当电路发生谐振时，fX0 L
1
=2πXCL，C 谐振频率为
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R、L、C在电路中的特性
电路发生串联谐振时有三个基本特点：
(1) 电路呈电阻性，电路电压与电流同相。
(2) 电路的阻抗模最小，电流达最大值。
(3) UL = UC 且U L U C
(1) 观察电感元件两端电压与流经电感电流的相位关系(R = 300 Ω， L = 180 mH)，将结果填入表5-2。 ① 保持低频发生器正弦波电压幅度为4 V，将正弦波频率 调为1 kHz。 ② 按图5-12(a)接线。y1代表电流i，y2代表电压u。 ③ 用示波器观察电流与电压的波形。 ④ 画出波形进行相位比较。
由于电感元件两端电压与流过其的电流不同相，因 此遵循电欧压姆与定电律流，的有最大值、UUI有mmm 效U值ILI遵m循L欧姆定律，瞬时值不再
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R、L、C在电路中的特性
图5-7 纯电感电流与电压波形相量图
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图5-3 电感元件在直流电路中
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R、L、C在电路中的特性
二、R、L、C在交流电路中的特性
1、纯电阻电路
如图5-4所示，将信号发生器产生的正弦交流电压，通过
电阻R加到灯泡两端。保持电压不变，将电压频率由低往高进
行调整，观察灯泡的亮度是保持不变的。这说明电阻值与电
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图5-8 电容元件在交流电路中
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电容元件两端电压与流过电容的电流并不同相，而是电 压滞后电流90°。并且电容元件不消耗能量，只是与电源之 间进行能量交换，电容是储能元件。其电压与电流的波形、 相量如图5-9所示。
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R、L、C在电路中的特性
项目操作与测量
(一) R、L、C 在直流电路中的特性
(1) 观察电阻在直流电路中的特性。 按图5-1接线，观察现象，并将结论填入表5-1中。 (2) 观察电容在直流电路中的特性。 按图5-2接线，观察现象，并将结论填入表5-1中。 (3) 观察电感在直流电路中的特性。 按图5-3接线，观察现象，并将结论填入表5-1中。
图5-2 电容元件在直流电路中
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R、L、C在电路中的特性
3、纯电感电路 在直流电路中，由于磁通没有变化，电感线圈没有感应 电动势的产生，所以电感元件对直流没有阻碍作用，相当于 一根直导线。如图5-3所示，当开关闭合时，灯泡是亮的；当 开关闭合后灯仍然是亮的，说明灯泡经过电感后仍然有电流 流过，电感元件在直流电路中相当于短路。
中。
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R、L、C在电路中的特性
表5-3 测 量 数 据 (2)
参数
R = 51 Ω，L = 180 mH，C = 0.1 mF
频率/kHz 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
电流I/mA
UC/V
UL/V
UR/V
U/V
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R、L、C在电路中的特性
表5-4 测 量 数 据 (3)
参数
R = 300 Ω，L = 180 mH，C = 0.1 mF
频率/kHz 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
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R、L、C在电路中的特性
项目五 R、L、C在电路中的特性
能力目标
1．正确使用函数信号发生器； 2．正确使用示波器并观察电感、电容、RLC串联谐振电路的 波形； 3．寻找串联揩振电路的谐振频率； 知识目标 4．具有科学的求知态度、细心操作的职业素养。 1．知道纯电阻电路、纯电容电路、纯电感电路在交流电路 中电压与电流的相位关系； 2．知道在RLC串联电路中总电压与各分电压之间的关系， RLC并联电路中总电流与各分电流之间的关系； 3．知道RLC串联谐振电路的特点及应用。
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R、L、C在电路中的特性
电压电流波形图 相位差测量值 相位差理论值 误差原因分析
表5-2 测 量 数 据 (1)
信号频率1 kHz，电压幅度4 V
电阻电路
电容电路
电感电路
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(2)保持信号发生器正弦波的电压为4 V不变。 (3)调 整 信 号 发 生 器 的 频 率 使 频 率 分 别 为 700 Hz ，
800 Hz，… 1600 Hz。 (4)用交流毫伏表分别测量电阻、电容、电感两端的电压，
并填入表5-3中。 (5)使电阻R = 300 Ω，重复上述步骤，将数据填入表5-4
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R、L、C在电路中的特性
三、RLC串联谐振电路 如图5-10所示，将R、L、C串联起来，就构成了RLC串联
电路。
图5-10 RLC串联谐振电路
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R、L、C在电路中的特性
将信号发生器产生的交流信号加到RLC串联电路两端，则 RLC串联电路两端的总电压与R、L、C各元件两端的分电压的关 系，可用图5-11表示。