RC网络频率特性研究

实验6 RC网络频率特性的研究1 、实验目的（ 1 ）掌握幅频特性和相频特性的测试方法。

（ 2 ）加深理解常用 RC 网络幅频特性和相频特性的特点。

（ 3 ）学习“分贝”的概念，并用它来绘制频率特性曲线。

（ 4 ）借助 RC 网络对非正弦信号作实验分析。

2 、原理说明图4-6-1 二端口RC网络RC 网络的频率特性可用网络函数来描述。

图 4-6-1 中二端口 RC 网络，若在它的输入端口加频率可变的正弦信号（激励）1，则输出端口有相同频率的正弦输出电压（响应）2。

网络的电压传输比为：幅频特性|H(jω)｜和相频特性φ(ω) 统称为网络的频率响应（频率特性）。

（1） RC 低通网络图 4-6-2(a)所示为 RC 低通网络。

它的网络函数为:图4-6-2 Rc低通网络及其频率特性其中为幅频特性，显然它随着频率的增高而减小，说明低频信号可以通过，高频信号被衰减或抑制。

当ω =1/RC 时，即于是有 U2/U1=0.707 ，于是有：通常把 U2降低到 0.707U1时的角频率ω称为截止角频率ωc ，即：ω=ωc=1/RC图 4-6-2(b),(c)分别为 RC 低通网络的幅频特性曲线和相频特性曲线。

（2） RC 高通网络图 4-6-3(a)所示为 RC 高通网络。

它的网络函数为可见，随着频率的降低而减小，说明高频信号可以通过，低频信号被衰减或被抑制。

网络的截止频率仍为ωc=1/RC ，因为ω= ωc时，|H(j ω )｜=0.707 。

它的幅频特性和相频特性分别如图4-6-3 （b）、（c） 所示。

图4-6-3 RC高通网络及其频率特性（3） RC 带通网络（ RC 选频网络）图 4-6-4 （a）所示为 RC 带通网络。

它的网络函数：显然，当信号频率ω=1/RC 时，对应的模｜H(jω)｜ =1/3 为最大，信号频率偏离ω=1/RC 越远，信号被衰减和阻塞越厉害。

说明该 RC 网络允许以ω = ω0=1/RC( ≠0) 为中心的一定频率范围（频带）内的信号通过，而衰减或抑制其它频率的信号，即对某一窄带频率的信号具有选频通过的作用，因此，将它称为带通网络，或选频网络。

《电路基础》RC 选频网络特性实验一． 实验目的1． 加深理解RC 选频网络的选频特性2． 测量RC 网络选频的选频特性二． 实验原理说明如图12-1所示的RC 串、并联网络由R 1C 1串联及R 2C 2并联网络组成，一般取R 1=R 2=R ，C 1=C 2=C 。

该电路输入信号i U 的频率变化时，其输出信号幅度0U 随着频率的变化而变化。

+R 1+−图12-1 RC 选频网络用Z 1串联网络的阻抗，用Z 2表示并联网络的阻抗，则有：输出信号： 2120Z Z Z U U i += 式（12-1） 1111C j R Z ω+= 22221C R j R Z ω+= 代入式（12-1），得到 )1()1(111121121221222112220R C R C j C C R R C R j R C j R C R j R U U i ωωωωω-+++=++++= 在实验中取R 1=R 2=R ，C 1=C 2=C ，则上式变为)1(310RC RC j U U i ωω-+= 式（12-2）用RC10=ω代入式（12-2），得到 )(31000ωωωω-+=j U U i 若用电压传递系数K 表示U 0的模值，则： 20020)(31ωωωω-+==i U U K 对应于不同的频率f =πω2，可以画出RC 串、并联网络的选频特性曲线，如图12-2所示。

可见，当频率为ω0时，幅频特性有最大值31相频特性为0。

这正是称之为选频网络的原因所在。

图12-2中，当ω>ω0（ω/ω0>1）时，电路呈感性；当ω<ω0（ω/ω0<1）时，电路呈容性；当ω=ω0（ω/ω0=1）时，K = K 0 = 31,达到最大值，所以f = f 0 = RCπ21为谐振频率。

用此选频网络与具有正反馈的放大器可以组成RC 振荡器。

如图12-3所示。

图12-3 正弦拨振荡器三． 实验设备名称 数量 型号1． 低频信号源 1台2． 交流毫伏表 1台3． 直流稳压电源 1台4． 示波器 1台5． 电阻 2只 15k Ω*26． 电容 2只 0.01μF*27． 桥形跨接线和连接导线 若干 P8-1和501488． 实验用9孔方板 一块 297mm ×300mm四． 实验步骤1． 按图12-4接线，将低频信号源接到网络的输入端AD ，输出端CD 接到毫伏表上。

RC电路的频率特性RC电路的频率特性:=1/（2πfC），在RC串联的正弦交流电路中，由于电容元件的容抗XC它与电源的频率有关，所以当输入端外加电压保持幅值不变而频率变化时，其容抗将随频率的变化而变化，从而引起整个电路的阻抗发生变化，电路中的电流及在电阻和电容元件上所引起的电压也会随频率而改变。

我们将RC电路中的电流及各部分电压与频率的关系称为RC电路的频率特性。

截止频率是用来说明电路频率特性指标的一个特殊频率。

当保持电路输入信号的幅度不变，改变频率使输出信号降至最大值的0.707倍时，此频率即为截止频率。

截止频率公式1f0=RCπ2高通滤波器07.0T f ()（a ）实验电路（b ）幅频特性曲线图1高通滤波器低通滤波器07.0T f ()（a ）实验电路（b ）幅频特性曲线图2低通滤波器RC串并联选频电路10（a ）实验电路（b ）幅频特性曲线图3 选频电路实验目的（1）测量RC电路的频率特性，并画出其频率特性曲线。

（2）掌握测量截止频率的方法。

（3）进一步熟悉相关实验仪器的用途及使用方法。

图1 高通滤波器提示：在测量过程中应注意，在频率改变的同时用电压测试仪监测输入电压幅度，使之保持恒定。

表1 高通滤波器实验数据计算值：f 0= 测量值：f 0=图2低通滤波器表2 低通滤波器实验数据计算值：f 0= 测量值：f 0=图3选频电路1表3选频电路实验数据= 测量值：f0=计算值：f3 注意事项实验中，请同学们注意：（1）信号发生器输出端不可短路（2）测量交流高频信号电压有效值，须使用测试仪SCOPE 功能，不允许使用万用表（3）在测试仪的监测下，始终保持信号发生器输出电压有效值不变。

rc 频率特性实验报告RC 频率特性实验报告引言：RC 电路是一种常见的电路结构，由电阻（R）和电容（C）组成。

在电子领域中，我们经常使用 RC 电路来实现信号的滤波、延迟和放大等功能。

本实验旨在探究 RC 电路的频率特性，即电路在不同频率下的响应情况。

实验目的：1. 理解 RC 电路的基本原理和组成结构；2. 掌握测量 RC 电路的频率特性的方法；3. 分析 RC 电路在不同频率下的响应情况。

实验器材：1. 信号发生器2. 双踪示波器3. 电阻箱4. 电容器实验步骤：1. 搭建 RC 电路，将信号发生器与双踪示波器连接至电路；2. 调节信号发生器的频率，从低频到高频逐渐增加，并记录示波器上电压的变化；3. 将记录的数据整理并绘制成频率-电压响应曲线。

实验结果与分析：经过实验测量和数据处理，我们得到了 RC 电路在不同频率下的响应曲线。

从曲线可以看出，在低频时，电路对信号的传输几乎没有衰减，电压响应较为稳定。

随着频率的增加，电路开始出现衰减，响应幅度逐渐减小。

当频率达到一定值后，电路的响应幅度急剧下降，形成一个陡峭的下降区域。

这是因为在高频下，电容器对电流的导通能力变差，导致电路的响应能力下降。

进一步分析，我们可以发现 RC 电路的频率特性与电容器的特性有关。

在低频下，电容器可以充分充电，电流可以通过电容器流过，因此电路的响应较好。

但在高频下，电容器的充电和放电速度变慢，电流无法快速通过电容器，导致电路响应受限。

此外，电阻的阻值也会影响电路的频率特性。

较大的电阻值会使电路对高频信号的衰减更加明显。

结论：通过本次实验，我们深入了解了 RC 电路的频率特性。

我们发现，RC 电路在不同频率下的响应存在一定的规律性。

低频下电路响应稳定，高频下电路响应衰减明显。

这对于电子工程师来说，非常重要，因为它们可以用于设计和优化各种电子设备和电路。

然而，我们也要注意到实验中可能存在的误差和限制。

例如，电阻箱和电容器的质量和精度可能会对实验结果产生一定的影响。

第3章 实际操作实验 113七、实验报告要求（1）根据测量数据，绘出不同R 值时的两条谐振曲线。

（2）计算出通频带与Q 值，说明不同R 值时对电路通频带与品质因数的影响。

（3）回答思考题（5）、（6）。

（4）通过本次实验，总结、归纳串联谐振电路的特性。

实验十一 RC 选频网络特性测试一、实验目的（1）了解文氏电桥电路的结构特点及其应用。

（2）研究RC 选频网络的频率特性。

（3）学会用半对数坐标绘制曲线。

二、实验原理与说明1．文氏电桥电路文氏电桥电路是一个RC 串并联选频电路，如图3-11-1所示。

该电路结构简单，广泛用于低频振荡电路中作为选频环节，可以获得很高纯度的正弦波信号。

文氏电桥电路的一个突出特点是其输出电压幅度不仅会随输入电压的频率而变，而且还出现一个与输入电压同相位的最大值。

在输入端输入幅度恒定的正弦电压i U &，当i U &的频率变化时，输出端得到的输出电压oU &的变化可从两方面来看。

在频率较低的情况下，即当1R Cω>>时，图3-11-1（a ）所示电路可近似成如图3-11-1（b ）所示的低频等效电路。

ω愈低，o U &的幅度愈小，其相位愈超前于iU &。

当ω趋近于0时，o U &趋近于0，o U &超前于i U &接近+90°。

而频率较高时，即当1R Cω<<时，图3-11-1（a ）所示电路可近似成如图3-11-1（c ）所示的高频等效电路。

ω愈高，oU &的幅度也愈小，其相位愈滞后于i U &。

当ω趋近于∞时，o U &趋近于0，o U &超前于iU &接近−90°。

由此可见，当频率为某一中间值f 0时，o U &不为零，且与iU &同相。

图3-11-1 文氏电桥电路。

RC网络频率特性和选频特性的研究(综合实验)一、实验目的1．学会已知电路性能参数的情况下设计电路（元器件）参数；2．用仿真软件Mutualism研究RC串、并联电路及RC双T电路的频率特性；3．学会用交流毫伏表和示波器测定RC网络的幅频特性和相频特性；4．理解和掌握低通、高通、带通和带阻网络的特性5．熟悉文氏电桥电路的结构特点及选频特性。

二、实验设备（记录所用设备的名称型号编号）三、实验原理电路的频域特性反映了电路对于不同的频率输入时，其正弦稳态响应的性质，一般用电路的网络函数()H jω表示。

当电路的网络函数为输出电压与输入电压之比时，又称为电压传输特性。

即：()21UH jUω=1．低通电路U2图4.3.1 低通滤波电路图4.3.2 低通滤波电路幅频特性简单的RC滤波电路如图4.3.1所示。

当输入为1U，输出为2U时，构成的是低通滤波电路。

因为：112111U UUj C j RCRj Cωωω=⨯=++所以：()()()2111U H j H j U j RCωωϕωω===∠+ ()H j ω=()H j ω是幅频特性，低通电路的幅频特性如图 4.3.2所示，在1RC ω=时，()0.707H j ω==，即210.707U U =，通常2U 降低到10.707U 时的角频率称为截止频率，记为0ω。

2．高通电路图4.3.3是高通滤波RC 电路。

12图4.3.3 高通滤波电路 图4.3.4 高通滤波电路的幅频特性12111U j RCU R U j RCR j C ωωω=⨯=⨯+⎛⎫+ ⎪⎝⎭所以：()()()211U j RC H j H j U jRCωωωϕω===∠+ 其中()H j ω传输特性的幅频特性。

电路的截止频率01RC ω=高通电路的幅频特性如4.3.4所示 当0ωω<<时，即低频时()1H jRC ωω=<<当0ωω>>时，即高频时，()1H j ω=。

实验七 RC 电路频率特性一、实验目的1、了解低通和高通滤波器的频率特性，熟悉文氏电桥的结构特点及选频特性；2、掌握网络频率特性测试的一般方法；二、实验仪器信号发生器、交流毫伏表、数字频率计、双踪示波器三、实验原理1、文氏电路如图1所示，电路输出电压和输入电压的幅值分别为Uo 、Ui ，相位分别为φo 、φi ，输出电压和输入电压的比为网络函数，记为H （j ω），网络函数的幅值为∣H （j ω）∣=Uo/Ui ，相位为φ＝φo －φi ，∣H （j ω）∣和φ分别为电路的幅频特性和相频特性。

文氏电路的网络函数表达式为：文氏电路的幅频特性和相频特性见图2和3，在频率较低的情况下，即1/C R ω>>时，电路可近似等效为图4所示的低频等效电路。

频率越低，输出电压的幅度越小，其相位愈超前于输入电压。

当频率接近于0时，输出电压趋近于0，相位接近90度。

而当频率较高时，即当1/C R ω<<时，电路电路可近似等效为图5所示的高频等效电路。

频率越高，输出电压的也幅度越小，其相位愈滞后于输入电压。

当频率接近于无穷大时，输出电压趋近于0，相位接近－90度。

由此可见，当频率为某一中间值o f 时，输出电压不为0，输出电压和输入电压同相。

∣H （j ω）∣ φ图1 RC 文氏电路 图2 文氏电路幅频特性 图3 文氏电路相频特性31arctan)1(31)1(31)(22RC RC RCRC RCRC j UU j H io ωωωωωωω-∠-+=-+==u o+--1/390图4 低频等效电路 图5 高频等效电路2、实验测量框图如图6所示，信号源与RC 网络构成回路，将信号源输出信号和RC 网络端输出信号接入示波器，用频率计测量信号源输出信号的频率。

图6 实验框图 图73、RC 带通网络中心频率0f 的测定当带通网络的频率0f f 时，输入电压和输出电压的相位差为0，如果在示波器的垂直和水平偏转板上分别加上频率、振幅和相位相同的正弦电压，则在示波器的荧光屏上将得到一条与X 轴成45度的直线。