电路实验--电路频率特性的研究要点.pdf
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1、东南大学电工电子实验中心 实 验 报 告 课程名称:电路实验 第 二 次实验 实验名称:电路频率特性的研究 院(系):仪器科学与工程学院专业: 姓名:学号: 实 验 室: 实验组别: 同组人员:实验时间: 评定成绩:审阅教师: 电路频率特性的研究 一、实验目的 1.掌握低通、带通电路的频率特性; 2.应用 Multisim 软件测试低通、带通电路频率特性及有关参数; 3.应用 Multisim 软件中的波特仪测试电路的频率特性。 二、实验原理 研究电路的频率特性,即是分析研究不同频率的信号作用于电路所产生的响应函数与激 励函数的比值关系。通常情况下, 研究具体电路的频率特性,并不需要测试构成电
2、路所有元 件上的响应与激励之间的关系,只需要研究由工作目的所决定的某个元件或支路的响应与激 励之间的关系。本实验主要研究一阶RC低通电路,二阶RLC低通、带通电路的频率特性。 (一):网络频率特性的定义 电路在一个正弦电源激励下稳定时,各部分的响应都是同频率的正弦量,通过正弦量的 相量,网络函数|() |Hjw定义为: . () . |() |() | jwY H wHjwe X 其中 Y为输出端口的响应,X 为输入端口的激励。由上式可知,网络函数是频率的函数,其中网络函数的模|() |Hjw与 频率的关系称为幅频特性,网络函数的相角()w与频率的关系称为相频特性,后者表示了 响应与激励的相位
3、差与频率的关系。 (二):网络频率特性曲线 1. 一阶 RC低通网络 网络函数: 其模为: 辐角为 : 显然,随着频率的增高,|H(j )| 将减小,即响应与激励的比值减小,这说明低频信 + - U i . . U 0 + - R C Hj 1 0.707 0 1/ C RC C 0 45 90 (a) RC 低通网络(b) 幅频特性(c) 相频特性 2 1 1 Hj RC arctanRC . 0 . 1/1 1/1 i Ujc Hj RjCjRC U 号可以通过,高频信号被衰减或抑制。 当=1 /RC, 11 22 f wRC ,即 U0 /Ui = 0.707.通常把 U0降低到 0.7
4、07 U i时的频率 f 称为截止频率f0. 即 0 1 2 f RC 2. 二阶 RLC带通电路 . .2 000 0 . . 3 3 () (1) 111 0 2 ()() 0 () 0 ( 1) () ( 1) () ( 1) C LC CC C S jQ C Hj jQ s w Lwf w CLCLC UjUj d C d s Uj Uj Uj Uj Uj Uj 000 0 111 0 2 w Lwf w C LCLC 相频特性曲线: (1)当 f = f 0 时,= 0,电路阻性 , 产生谐振。 (2)当 f f 0 时, 0,电路呈电感性。 (3)当 f f 0 时,0.707 (
5、 1)1 1 4 CC S UjQ Q Uj Q 当时) 3) 3C 3 () 0 ( 1) CC S Uj Uj 又因为 0 39 11 33.932 2 21*10*22*10 fkHz LC 所以 23 9 39 3 9 111*10 132.011 222*102 21*10*22*10 111*10 2.1320 10022*10 m R C fkHz LLC L Q RC 注意: 作图时,为使频率特性曲线具有通用性,常以 0 /ff作为横坐标。但是在绘制频率特性曲 线时,往往由于涉及的频率范围较宽,若采用均匀分度的频率坐标,势必使低频部分被压缩, 而高频部分又相对展得较宽,从而使所
6、绘制的频率特性曲线在低频段不能充分清晰地展示其 特点。 若采用对数分度的频率轴,就不会出现这种情况。对数坐标是将轴按对数规律进行刻 度,并非对频率取对数。 三实验内容 1 测试一阶 RC低通电路的频率特性 建立电路图如下: R1 50 C1 22nF XBP1 INOUT 2 V2 1 Vpk 1kHz 0 0 1 测试电路的截止频率 0 f: 使垂直坐标读数接近0.707,交点处水平坐标的读数即为 0 f的数值。 从实验可以得出: 0 f=144.718kH 从实验可以得出: 分析: 0 f理论值为 09 11 114.686 22*50*22*10 fHzkHz RC 与实际测得的 0 f
7、=144.718kHz 相差很小, 可见实验误差很小, 较为准确, 也可以看出Multisim 的仿真模拟能力很强。 分别测试 0.01 0 f ,0.1 0 f ,0.5 0 f ,5 0 f ,10 0 f ,100 0 f 点所对应的|() |Hjw和的值 数据记录如下: 频率 0.01 0 f0.1 0 f0.5 0 f 0 f5 0 f10 0 f100 0 f 频率比 f/f0 0.01 0.1 0.5 1 5 10 100 Log(f/f0) -2 -1 -0.3 0 0.7 1 2 网络函数模 |() |Hjw 0.999 0.995 0.894 0.707 0.196 0.0
8、995 0.00998 对应相位角 -0.573 -5.709 -26.569 -44.997 -78.691 -84.29 -89.427 作出其幅频特性和相频特性图如下(左面为Excel曲线拟合的结果,右面为波特显示仪里 的波形): 可以看出, 用 Excel 拟合所测得点所得的曲线上看,与波特显示仪里的波形显示吻合,说 明测量方法及处理没有问题, Multism 模拟正确。 2 测试二阶 RLC 带通电路的频率特性和品质因数 由实验原理部分可知:谐振频率 0 f理论值为: 0 39 11 33.932 2 21*10*22*10 fkHz LC 品质因数: 0 0 11 L S LUL
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