东南大学电路实验之电路频率特性

1、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，网络的响应向量与激励向量之比称为网络函数。它可以写为由上式可知，网络函数是频率的函数，其中网络函数

2、的模与频率的关系称为幅频特性，网络函数的相角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低通电路网络函数：其模为：辐角为:显然，随着频率的增高，|H(j)|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=1/RC，,即U0 /Ui = 0.707.通常把U0降低到0.707 U i时的频率f称为截止频率f0.即2)二阶RLC带通电路 相频特性曲线：（1）当f = f0 时，j = 0，电路阻性,产生谐振。（2）当f > f0 时，j > 0 ，电路呈电感性。（3）当f < f0 时，j < 0，电路

3、呈电容性。改变电源的频率,使频率为 时，电路处于串联谐振状态. 当RLC串联谐振时，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因数Q表示，即：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所包含的频率范围定义为电路通频带，用BW表示. 时的频率分别称为上限频率f2及下限频率f1，则通频带.显然，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：当电路的通频带大于信号的频带

4、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，其通频带越窄，选频特性越好。3） 二阶RLC低通电路（三）关于作图为使频率特性曲线具有通用性，常以作为横坐标。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：测试电路的截止频率f0:使垂直坐标读数接近

5、0.707,交点处水平坐标的读数即为f0的数值。 f0=144.728KHZ f0对应的相角=-44.582分析： f0理论值为=与实际测得的f0=144.728KHZ相差很小，可见，实验做得比较准确，Multism 软件的模拟能力很强。分别测试0.01f0,0.1f0,0.5f0,5f0,10f0,100f0点所对应的和的值，列出表格记录如下：频率0.01f00.1f00.5f0F05f010f0100f0频率比f/f00.010.10.51510100Log(f/f0)-2-1-0.300.712网络函数模0.999950.9950.8940.7070.1960.09950.00998对应

6、相位角-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： 从用EXCEL拟合所测得点所得的曲线上看，与Multism 显示吻合，说明测量方法及处理没有问题，且与前原理部分的理论曲线吻合，说明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f0理论值为： 品质因数： 1) R=50实验方法同前,测得：谐振频率f0=33.991KHZ;上限截止频率f下=30.179KHZ;下限截止频率f下=38.15KHZ=(38.15-30.179)KHZ50.083KHZ=又Q理论值 可见测

7、量很准确。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)-3-2-1-0.3-0.0500.050.7123网络函数模00.0020.0240.1550.70710.7070.04870.02360.0020对应相位角89.98789.86688.64381.18144.909-0.054-44.923-87.21-88.646-89.866-89.987作出其幅频特性和相频特性图如下：2） 电阻改为200 测得谐振频率f0

8、=33.996KHZ;上限截止频率f下=21.572KHZ;下限截止频率f下=53.402KHZ=(53.402-21.572)KHZ199.994KHZ=又Q理论值可见测量很准确。数据记录表格如下：频率0.001f00.01f00.1f00.5f0F下F0F上5f010f0100f01000f0频率比f/f00.0010.010.10.50.88811.1225101001000log(f/f0)-3-2-1-0.3-0.0500.050.7123网络函数模00.0090.09470.5320.70710.7070.1910.09420.0090对应相位角89.94689.46184.568

9、57.87944.971-0.223-45.003-78.967-84.596-89.464-89.946作出其幅频特性和相频特性图如下：Multism 显示幅频：R=50 Multism 显示：R=200 将幅频特性曲线用EXCEL作于一张图上显示：注：黄色为R=50,蓝色为R=200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）两曲线峰的尖锐程度不同，R=50的更尖锐，即曲线更窄；=50.083KH；199.994KHZ；=；=

10、。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，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。2) 测试二阶RLC低通电路的频率特性和品质因数建立电路图如下所示;实验测得f0=33.934KHZ .fm=32.018KHZFm理论值：Q|f0=2.1296Q理论值 测量准确。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1.00000011.0000891.0091.2732.12960.04150.0100对应相位角-0.027-0.269-2.712-17.367-90-174.418-177.287-179.732根据表格所测数据分别作出幅频和相频特性曲线： 比较分析两种低通电路幅频特性曲线衰减速率：注：黄色为一阶RC低通，蓝色为二阶RLC低通分析：从图中曲线可明显看出，二阶RLC的衰减速率比一阶