《电工电子基本技能操作项目教程》课件项目五

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；4．具有科学的求知态度、细心操作的职业素养。知识目标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。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，即遵循欧姆定律，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，灯泡亮度变暗。说明串联电阻后，电流变小。R、L、C在电路中的特性图5-1电阻元件在直流电路中R、L、C在电路中的特性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。图5-2电容元件在直流电路中R、L、C在电路中的特性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。图5-3电感元件在直流电路中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，所以当频率变化时，电流有效值及功率不变。电阻是耗能元件，把从电源取得的电能转化为热能，其在交流电路中的波形与相量如图5-5所示。(5-1)R、L、C在电路中的特性图5-4电阻元件在交流电路中图5-5电阻元件在交流电路中的波形与相量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XL = w L = 2pfLR、L、C在电路中的特性图5-6电感元件在交流电路R、L、C在电路中的特性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。由于电感元件两端电压与流过其的电流不同相，因此电压与电流的最大值、有效值遵循欧姆定律，瞬时值不再遵循欧姆定律，有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，所以电容在交流电路中相当于通路，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R、L、C在电路中的特性图5-8电容元件在交流电路中R、L、C在电路中的特性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。

因为电容元件两端电压与流过电容的电流不同相，所以电压与电流的最大值、有效值均遵循欧姆定律，其瞬时值不再遵循欧姆定律，有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5-10RLC串联谐振电路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。图5-11RLC串联电路电压相量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，XL = XC，谐振频率为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，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本身并不为零，即项目训练准备(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。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。R、L、C在电路中的特性

开关断开灯泡现象开关闭合灯泡现象结

论纯电阻电路

纯电感电路

纯电容电路

表5-1观测灯泡R、L、C在电路中的特性(二)R、L、C在交流电路中的特性(1)观察电感元件两端电压与流经电感电流的相位关系(R=300Ω，L=180mH)，将结果填入表5-2。①保持低频发生器正弦波电压幅度为4V，将正弦波频率调为1kHz。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。R、L、C在电路中的特性

信号频率1 kHz，电压幅度4 V电阻电路电容电路电感电路电压电流波形图

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)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。R、L、C在电路中的特性图5-12R、L、C在电路中的特性(三)RLC串联谐振电路按图5-13连线(电阻R = 51 Ω，L = 180 mH，C = 0.1 mF)。保持信号发生器正弦波的电压为4 V不变。调整信号发生器的频率使频率分别为700 Hz，800 Hz，…

1600 Hz。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。使电阻R = 300 Ω，重复上述步骤，将数据填入表5-4中。R、L、C在电路中的特性参

数R = 51 Ω，L = 180 mH，C

=

0.1 mF频率/kHz0.70.80.911.11.21.31.41.51.6电流I/mA

UC/V

UL/V

UR/V

U/V

表5-3测量数据(2)R、L、C在电路中的特性参

数R

=

300 Ω，L

=

180 mH，C

=

0.1 mF频率/kHz0.70.80.911.11.21.31.41.51.6电流I/mA

UC/V

UL/V

UR/V

U/V

表5-4测量数据(3)R、L、C在