探究单相正弦交流电路的技能训练

一、操作目的

（1）能利用示波器观察并读取交流电的参数。

（2）验证电阻、电容、电感上的电压和电流有效值之间的关系。

（3）理解正弦交流电量中用相量形式表达的相位关系。

二、操作器材

操作器材见表5-1。

表5-1　技能训练1操作器材表

三、操作原理

（1）正弦交流电三要素：通常把振幅（最大值或有效值）、频率（或者角频率、周期）、初相位称为交流电的三要素。任何正弦量都具备这三要素。

（2）根据交流电的三要素，就可写出其解析式，也可画出其波形图。反之，知道了交流电解析式或波形图，也可找出其三要素。

（3）在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律，即ΣI=0和ΣU=0。

四、操作内容及步骤

（1）验证电阻、电容、电感上的电压和电流有效值之间的关系：

UR=RIR

UL=ω LIL

UC=IC/ω C

操作原理如图5-47所示。

图5-47　单相正弦交流电路的操作原理

元件参考值：US=10 V，R=50 Ω，C=0.47 μF，R1=510 Ω，L=8 mH，R2=560 Ω(www.xing528.com)

按照图5-47连接好电路后，用交流毫伏表及交流电流表进行测量，完成表5-2的内容。

表5-2　测试数据

根据测量数据验证上述理论公式是否成立。

（2）验证用相量形式表达的元件R、L、C相量形式为：

式中表明：电阻R两端的电压UR与电流IR的相位相同，电感L中的电流IL落后于电压UL，相位差90°，电容C中的电流IC超前电压UC，相位差90°。

操作参考电路如图5-47所示，以测量电容器C上的电压与电流举例。用双踪示波器YA输入通道接电阻R1上的电压U1，用双踪示波器YB输入通道接电容器C上的电压UC。调节Y轴工作方式选择开关置“交替”，适当调节YA、YB通道幅度选择开关（VOTS/DIV），使观察幅度波形适当，再适当选择扫描时间因数转换开关（SEC/DIV），使波形稳定，并使一个波形周期在荧光屏上占八个格子，即八个格子代表360°，一个格子d代表45°度。最后测量两个波形相应点的水平距离n×d（cm），则相位差=n×d×45°。根据测量画出波形图，验证结果是否符合R、L、C相量形式。

五、操作注意事项

（1）示波器使用前需要先测试校准信号。

（2）所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。

六、思考

（1）开始验证前可先估算，以便正确地选择毫安表和电压表的量程。

（2）操作中，若用指针式万用表直流毫安挡测各支路电流，在什么情况下可能出现指针反偏，应如何处理？在记录数据时应注意什么？若用直流数字毫安表进行测量时，会有什么显示呢？

七、操作报告要求

（1）根据测量数据，填入表中，验证KCL的正确性。

（2）根据测量数据，选定电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。

（3）将支路和闭合回路的电流方向重新设定，重复前两项验证。

（4）误差原因分析。

（5）心得体会及其他。