东南大学电路实验之电路频率特性

1、LimsEER 电子实验报告南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：电路实验第五次实验实验名称：电路频率特性的研究院（系）:专业：姓名：学号：实验室：实验组别：同组人员：实验时间：09年12月23日评定成绩：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(一)：网络频率特性的定义在正弦稳态情况下，网络的响应向量Y与激励向量X之比称为网络函数。它可以写为 |H(w)|二工 HH(jw)|ej (w)X由上式可知，网络函数是频率的

2、函数，其中网络函数的模|H (jw) |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差与频率的关系。(二)：网络频率特性曲线1) 一阶RC低通电路(b)幅频特性(a) RC低通网络(c)相频特性网络函数：Hj）0=1jc=1UR+1jC 1 + jw RC其模为：1H（j叭2寸1 +®RC ）辐角为：® W ） = - arcta RC）显然，随着频率的增高，|H(j 3)|将减小，这说明低频信号可以通过，高频信号被衰减或抑制。当 3 =1/RC， f =2 w 2 RC1，即Uo /Ui = 0.707.通常把Uo降

3、低到0.707 U i时的频率f称为截止频率f0.12 二 RC2）二阶RLC带通电路RiURiU R1H （jw ） 竺Us相频特性曲线：（1）当 f = f 0 时,（2）当 f f 0 时,（3）当 f : f 0 时,71/2厂/电感性电容性丿fo-71/2=0,电路阻性，产生谐振。> 0，电路呈电感性。< 0,电路呈电容性。改变电源的频率，使频率为f0=21LC 时，电路处于串联谐振状态 当RLC串联谐振时，=0，UL二UC，即纯电感和理想电容两端的电压相等。显然，谐振频率 仅与元件参数LC的大小有关，而与电阻R的大小无关。 谐振时电感或电容两端电压与电源电压之比值用品质

4、因数Q表示，即： Q =士 也1 LUS R O0RC RYC可见，当L,C 一定时，改变R值就能影响电路的选频特性，即R越小，Q越大, 幅频曲线越窄，选频特性越好。为了具体说明电路对频率的选择能力'规定幅频特性曲线的707所包含 的频率范围定义为电路通频带，用 BW表示.U2=0.707U1时的频率分别称为上限频率f2及下限频率fi，则通频带Bw =2 二（f2 -fi）.显然，BW越小，曲线的峰就越尖锐，电路的选频性能就越好。Q值与BW得关系为：Bw当电路的通频带大于信号的频带宽度时，对于信号不产生失真有利， 即传送信号的保真度高，但电路的选频性变差。总之，品质因数越高的电路，其通

5、频带越窄，选频特性越好。3）二阶RLC低通电路R2C2L（三）关于作图为使频率特性曲线具有通用性，常以f / f。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所示：U0J4BP1.测试电路的截止频率f0:使垂直坐标读数接近0.707,交点处水平坐标的读数即为f0的数值。Bode Pl

6、otter-XBP1fO=144.728KHZfO对应的相角;：=-44.582分析:fO理论值为112-RC =2二 50*22*10：144.68KHZMultism 软件与实际测得的fO=144.728KHZ相差很小，可见，实验做得比较准确, 的模拟能力很强。分别测试 0.01f0,0.1f0,0.5f0,5f0,10f0,100f0点所对应的 |H(jw)|和的值,列出表格记录如下：频率0.01f00.1f00.5f0F05f010f0100f0频率比f/f00.010.10.515r 10100Log(f/f0)-2-1-0.300.712网络函数模|H(jw)|0.999950.9

7、950.8940.7070.1960.09950.00998对应相位角9-0.572-5.705-26.566-44.582-78.689-84.288-89.427作出其幅频特性和相频特性图如下:一阶RC氐通电路的幅频特性曲线log(f/f0)一阶RC氐通电路相频特性曲线iog(f/fO)角位相从用EXCEL以合所测得点所得的曲线上看，有问题，且与前原理部分的理论曲线吻合，说明与Multism显示吻合，说明测量方法及处理没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前原理知：谐振频率fO理论值为:33.932 KHZ1 =12二 / LC 2二 ”1*10 

8、9;*22*10品质因数:Ur _1=1, LUs R0RC R、C1)R=50门实验方法同前，测得:BW =2二(f2 fj = 2二(38.15-30.179)KHZ ： 50.083KHZ2- foBW2二 *33.991=50.0834.2643可见测量很准确。又Q理论值Q =丄卜=丄J什10，阳4.264 RYC50畑*10作出其幅频特性和相频特性图如下:记录表格如下：频率0.001f00.01f00.1f00.5f0f下F0F上5f010f0100f01000f0频率比 f/f00.0010.010.10.50.88811.1225101001000Log(f/f0)-3-2-1-

9、0.3-0.0500.050.7123网络函数模|H(jw)00.0020.0240.1550.70710.7070.04870.02360.0020对应相 位角<P89.98789.86688.64381.18144.909-0.054-44.923-87.21-88.646-89.866-89.987二阶RL(带通电路相频特性曲线iog(f/fO)2)电阻改为200测得谐振频率fO=33.996KHZ;上限截止频率f下=21.572KHZ;下限截止频率f下=53.402KHZBw =2二(f2 fj = 2二(53.402-21.572)KHZ ： 199.994KHZ又Q理论值Q口

10、空 ”1.068199.9941*1°： 1.06622*10可见测量很准确。数据记录表格如下:频率0.001f00.01f00.1f00.5f0F下F0F上5f010f0100f01000f0频率 比 f/fO0.0010.010.10.50.88811.1225101001000Iog(f/f0 )-3-2-1-0.3-0.0500.050.7123网络函数模|H(jw)00.0090.09470.5320.70710.7070.1910.09420.0090对应相 位角<P89.94689.46184.56857.87944.971-0.223-45.003-78.967

11、-84.596-89.464-89.946作出其幅频特性和相频特性图如下二阶RL（带通电路幅频特性曲线log(f/f0)二阶RL（带通电路相频特性曲线iog(f/fO)角位相Multism 显示幅频：R=501Multism 显示：R=2001将幅频特性曲线用 EXCEL乍于一张图上显示:二阶RL（带通电路幅频特性曲线比较注：黄色为 R=50，蓝色为 R=200'.1分析：1）从曲线上看，两者的最高点对应横坐标相同，表明谐振频率f0没有变,F0=33.996KHZ; f0'=33.996KHZ证明了谐振频率的确和 R没关系，电路的LC没有发生改变, 因此谐振频率也没有变化；2）

12、两曲线峰的尖锐程度不同，R=50门的更尖锐，即曲线更窄;BWi=50.083KH; 氐2 =199.994KH Z；Q1 = 4.2643 ； Q2 = 1.068。验证了当L,C 一定时，改变R值就能影响电路的选频特性，即 R越小（=50），Q 越大，BW越小，幅频曲线越窄，曲线的峰就越尖锐，电路的选频性能就越好。数据记录如下频率0.001f00.01f00.1f00.5f0F05f010f0100f0频率比 f/f00.0010.010.10.51510100Log(f/f0)-3-2-1-0.300.712网络函数模|H(jw)1.0000 | 0011.0000891.0091.273

13、2.12960.04150.0100对应相 位角9-0.027-0.269-2.712-17.367-90-174.418-177.287-179.732实验测得 fO=33.934KHZ.fm=32.018KHZFm理论值：1 L 100222*1尸2- .1*10 '*22*10 ' ； 2*10 ':-32.011KHZQ|f0=2.12962.132测量准确。二阶RL(低通电路幅频特性曲线根据表格所测数据分别作出幅频和相频特性曲线:二阶RLC电路相频特性曲线-3-2-1角位相-100-150200iog(f/f0)比较分析两种低通电路幅频特性曲线衰减速率:-2-丿 10.50-5-2-1.5-1-0.5-0.500.511.522一阶RC氐通和二阶RL（低通电路的幅频特性曲线比较iog(f/f0)注：黄色为一阶 RC低通