東南大學電路實驗之電路頻率特性

1、南大學電工電子實驗中心實 驗 報 告課程名稱： 電路實驗 第 五 次實驗實驗名稱： 電路頻率特性的研究 院 （系）： 專 業(yè)： 姓 名： 學 號： 實 驗 室: 實驗組別： 同組人員： 實驗時間： 09年12 月23 日 評定成績： 審閱教師： 電路頻率特性的研究一、 實驗目的1. 掌握低通、帶通電路的頻率特性；2. 應用Multisim軟件測試低通、帶通電路頻率特性及有關參數(shù)；3. 應用Multisim軟件中的波特儀測試電路的頻率特性。二、 實驗原理 (一)：網絡頻率特性的定義在正弦穩(wěn)態(tài)情況下，網絡的響應向量與激勵向量之比稱為網絡函數(shù)。它可以寫為由上式可知，網絡函數(shù)是頻率的函數(shù)，其中網絡函數(shù)

2、的模與頻率的關系稱為幅頻特性，網絡函數(shù)的相角與頻率的關系稱為相頻特性，后者表示了響應與激勵的相位差與頻率的關系。(二)：網絡頻率特性曲線1） 一階RC低通電路網絡函數(shù)：其模為：輻角為:顯然，隨著頻率的增高，|H(j)|將減小，這說明低頻信號可以通過，高頻信號被衰減或抑制。當=1/RC，,即U0 /Ui.通常把U0降低到0.707 U i時的頻率f稱為截止頻率f0.即2)二階RLC帶通電路 相頻特性曲線：（1）當f = f0 時，j = 0，電路阻性,產生諧振。（2）當f > f0 時，j > 0 ，電路呈電感性。（3）當f < f0 時，j < 0，電路呈電容性。改變電

3、源的頻率,使頻率為 時，電路處于串聯(lián)諧振狀態(tài). 當RLC串聯(lián)諧振時，即純電感和理想電容兩端的電壓相等。顯然，諧振頻率 僅與元件參數(shù)LC的大小有關，而與電阻R的大小無關。諧振時電感或電容兩端電壓與電源電壓之比值用品質因數(shù)Q表示，即：可見，當L,C一定時，改變R值就能影響電路的選頻特性，即R越小，Q越大，幅頻曲線越窄，選頻特性越好。為了具體說明電路對頻率的選擇能力，規(guī)定幅頻特性曲線的所包含的頻率范圍定義為電路通頻帶，用BW表示. 時的頻率分別稱為上限頻率f2及下限頻率f1，則通頻帶.顯然，越小，曲線的峰就越尖銳，電路的選頻性能就越好。Q值與BW得關系為：當電路的通頻帶大于信號的頻帶寬度時，對于信號

4、不產生失真有利，即傳送信號的保真度高，但電路的選頻性變差。總之，品質因數(shù)越高的電路，其通頻帶越窄，選頻特性越好。3） 二階RLC低通電路（三）關于作圖為使頻率特性曲線具有通用性，常以作為橫坐標。但是在繪制頻率特性曲線時，往往由于涉及的頻率范圍較寬，若采用均勻分度的頻率坐標，勢必使低頻部分被壓縮，而高頻部分又相對展得較寬，從而使所繪制的頻率特性曲線在低頻段不能充分清晰地展示其特點。若采用對數(shù)分度的頻率軸，就不會出現(xiàn)這種情況。對數(shù)坐標是將軸按對數(shù)規(guī)律進行刻度，并非對頻率取對數(shù)。三實驗內容1 測試一階RC低通電路的頻率特性建立電路圖如下所示：測試電路的截止頻率f0:,交點處水平坐標的讀數(shù)即為f0的數(shù)

5、值。 f0 f0對應的相角分析： f0理論值為=與實際測得的f0=144.728KHZ相差很小，可見，實驗做得比較準確，Multism 軟件的模擬能力很強。分別測試0.01f0,0.1f0,0.5f0,5f0,10f0,100f0點所對應的和的值，列出表格記錄如下：頻率F05f010f0100f0頻率比f/f01510100Log(f/f0)-2-1012網絡函數(shù)模對應相位角作出其幅頻特性和相頻特性圖如下： 從用EXCEL擬合所測得點所得的曲線上看，與Multism 顯示吻合，說明測量方法及處理沒有問題，且與前原理部分的理論曲線吻合，說明Multism 模擬正確。2 測試二階RLC帶通電路的頻

6、率特性和品質因數(shù)由前原理知：諧振頻率f0理論值為： 品質因數(shù)： 1) R=50實驗方法同前,測得：諧振頻率f0=33.991KHZ;上限截止頻率f下=KHZ;下限截止頻率f下=KHZ=()KHZ=又Q理論值 可見測量很準確。記錄表格如下： 頻率f下F0F上5f010f0100f01000f0頻率比f/f015101001000Log(f/f0)-3-2-10123網絡函數(shù)模010對應相位角作出其幅頻特性和相頻特性圖如下：2） 電阻改為200 測得諧振頻率f0=33.996KHZ;上限截止頻率f下=KHZ;下限截止頻率f下=KHZ=(53.402-21.572)KHZKHZ=又Q理論值可見測量很

7、準確。數(shù)據(jù)記錄表格如下：頻率F下F0F上5f010f0100f01000f0頻率比f/f015101001000log(f/f0)-3-2-10123網絡函數(shù)模099470.53210.19194290對應相位角4689.461871-0.223-4-78.967-84.596-89.464作出其幅頻特性和相頻特性圖如下：Multism 顯示幅頻：R=50 Multism 顯示：R=200 將幅頻特性曲線用EXCEL作于一張圖上顯示：注：黃色為R=50,藍色為R=200分析：1）從曲線上看，兩者的最高點對應橫坐標相同，表明諧振頻率f0沒有變，F(xiàn)0=33.996KHZ; f0=33.996KHZ

8、,證明了諧振頻率的確和R沒關系，電路的LC沒有發(fā)生改變，因此諧振頻率也沒有變化；2）兩曲線峰的尖銳程度不同，R=50的更尖銳，即曲線更窄；=；=；=。驗證了當L,C一定時，改變R值就能影響電路的選頻特性，即R越?。?50），Q越大，越小，幅頻曲線越窄，曲線的峰就越尖銳，電路的選頻性能就越好。2) 測試二階RLC低通電路的頻率特性和品質因數(shù)建立電路圖如下所示;實驗測得f34KHZ .fm=Fm理論值：Q|f0=Q理論值 測量準確。數(shù)據(jù)記錄如下：頻率F05f010f0100f0頻率比f/f01510100Log(f/f0)-3-2-1012網絡函數(shù)模100對應相位角-90-174.418-根據(jù)表格所測數(shù)據(jù)分別作出幅頻和相頻特性曲線： 比較分析兩種低通電路幅頻特性曲線衰減速率：注：黃色為一階RC低通，藍色為二階RLC低通分析：從圖中曲線可明顯看出，二階RLC的衰減速率比一階快。四、思考題1 電路中輸入信號源起什么作用？改變信號源的參數(shù)對測試