单相交流纯电容电路的测试与优化

一、实验目标

1．掌握交流纯电容电路中电压、电流的关系以及其相量表示；

2．理解交流电纯电容电路中电压、电流相位超前和滞后的概念；

3．能根据电路图连接线路；

4．能根据波形读出电压和电流的峰峰值、最大值、有效值、周期、频率以及相位关系．

二、实验准备

1．函数信号发生器1台（信号频率范围为1～159 000Hz，振幅≥5V）；

2．双踪示波器1台（如XJ4328型示波器）；

（1）打开双踪示波器电源开关，预热3min；

（2）将“t／div”旋钮置于0．5ms处，“v1／div”和“v2／div”旋钮置于合适位置；

（3）调节各旋钮，使屏幕上显示两条光迹，不断电待用．

3．交流毫伏表1只（如WY2174型毫伏表）；

4．电阻（1Ω）1个，电容（4．7μF）1个；

5．信号通道线2路，导线若干．

三、实验电路

单相交流纯电容实验电路如图20－1所示．

四、实验任务及步骤

1．开启电源，调节函数信号发生器主调和辅调旋钮，用毫伏表测量，使其输出电压U＝5V，f＝100Hz的正弦交流电（如采用设备A口输出）．测量结束后，断电待用．(www.xing528.com)

图20－1

2．根据电路图20－1接线．

3．通电测试电压与电流波形，并记录相关参数．

用双踪示波器显示电源在100Hz下的电压与电流波形：

（1）用CH1通道测试该电路电源电压U的波形，因为R≪XC，所以UC可以近似看成电源电压；

（2）用CH2通道测试该电路中的电流波形，因为R取1Ω，所以UR的波形可近似看成该电路的电流．

注意：使用双踪示波器测电路中的电压与电流时，示波器只能测电压波形，并且双踪示波器在使用时两信通一定要用同一个公共参考点，故将电阻R上的电压视为电流，且R上的电压是规定正方向电压的反方向．

4．观察u C和u R的波形，读出两个波形的峰峰值、最大值、有效值、周期以及相位差关系，对应填入表20－1中，并画出其波形图．

表20－1

5．改变单相交流电的频率分别为500Hz，1 000Hz，2 000Hz，依次通过XJ4328双踪示波器观察电容C和R两端的电压波形，读出两个波形的峰峰值、最大值、有效值、周期以及相位关系，对应填入表20－2中．

表20－2

续 表

五、实验小结

1．根据表20－1中所读的数据，可以得出什么结论？

2．根据表20－2中所读的数据，可以得出什么结论？

3．用毫伏表测量函数信号发生器，使其A口输出电压U＝5V，毫伏表的量程应该选择多少？测出量是什么值？

4．若示波器的“t／div”旋钮置于“5ms”，要在示波器上能显示10个波形，则该波形的周期为多少？