电路实验--电路频率特性的研究要点
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竭诚为您提供优质文档/双击可除rlc串联电路频率特性实验报告篇一:RLc串联电路的幅频特性与谐振现象实验报告_-_4(1)《电路原理》实验报告实验时间:20XX/5/17一、实验名称RLc串联电路的幅频特性与谐振现象二、实验目的1.测定R、L、c串联谐振电路的频率特性曲线。
2.观察串联谐振现象,了解电路参数对谐振特性的影响。
1.R、L、c串联电路(图4-1)的阻抗是电源频率的函数,即:Z?R?j(?L?1)?Zej??c三、实验原理当?L?1时,电路呈现电阻性,us一定时,电流达最大,这种现象称为串?c联谐振,谐振时的频率称为谐振频率,也称电路的固有频率。
即?0?1Lc或f0?12?LcR无关。
图4-12.电路处于谐振状态时的特征:①复阻抗Z达最小,电路呈现电阻性,电流与输入电压同相。
②电感电压与电容电压数值相等,相位相反。
此时电感电压(或电容电压)为电源电压的Q倍,Q称为品质因数,即Q?uLuc?0L11ususR?0cRRc在L和c为定值时,Q值仅由回路电阻R的大小来决定。
③在激励电压有效值不变时,回路中的电流达最大值,即:I?I0?usR3.串联谐振电路的频率特性:①回路的电流与电源角频率的关系称为电流的幅频特性,表明其关系的图形称为串联谐振曲线。
电流与角频率的关系为:I(?)?us1??R2??L???c??2?us0??R?Q2?0??I00??1?Q2?0?2当L、c一定时,改变回路的电阻R值,即可得到不同Q 值下的电流的幅频特性曲线(图4-2)图4-2有时为了方便,常以?I为横坐标,为纵坐标画电流的幅频特性曲线(这称?0I0 I下降越厉害,电路的选择性就越好。
I0为通用幅频特性),图4-3画出了不同Q值下的通用幅频特性曲线。
回路的品质因数Q越大,在一定的频率偏移下,为了衡量谐振电路对不同频率的选择能力引进通频带概念,把通用幅频特性的幅值从峰值1下降到0.707时所对应的上、下频率之间的宽度称为通频带(以bw表示)即:bw??2?1??0?0由图4-3看出Q值越大,通频带越窄,电路的选择性越好。
rc电路的频率特性实验报告 RC 电路的频率特性实验报告一、实验目的1、深入理解 RC 电路的频率响应特性。
2、掌握测量 RC 电路频率特性的方法。
3、学会使用实验仪器,如示波器、信号发生器等。
4、通过实验数据,分析 RC 电路对不同频率信号的衰减和相移情况。
二、实验原理RC 电路是由电阻 R 和电容 C 组成的简单电路。
在交流电路中,RC 电路的阻抗会随着输入信号的频率而变化,从而导致电路对不同频率信号的响应不同。
对于一个简单的 RC 串联电路,其阻抗 Z 可以表示为:\Z = R +\frac{1}{j\omega C}\其中,\(\omega\)是角频率,\(j\)是虚数单位。
电路的传递函数 H(\(\omega\))可以表示为:\H(\omega) =\frac{V_{out}}{V_{in}}=\frac{1}{1 +j\omega RC}\其幅值\(|H(\omega)|\)和相位\(\varphi(\omega)\)分别为:\|H(\omega)|=\frac{1}{\sqrt{1 +(\omega RC)^2}}\\\varphi(\omega) =\arctan(\omega RC)\从上述公式可以看出,当频率很低时,\(\omega RC \ll 1\),\(|H(\omega)|\approx 1\),\(\varphi(\omega)\approx 0\),电路几乎没有衰减和相移。
当频率很高时,\(\omega RC \gg 1\),\(|H(\omega)|\approx 0\),\(\varphi(\omega)\approx -90^\circ\),信号被大幅衰减且有很大的相移。
三、实验仪器1、信号发生器2、示波器3、电阻、电容若干4、面包板5、导线若干四、实验步骤1、按照电路图在面包板上搭建 RC 串联电路,选择合适的电阻值R 和电容值 C。
2、将信号发生器的输出端连接到 RC 电路的输入端,示波器的通道 1 连接到输入信号,通道 2 连接到输出信号。
竭诚为您提供优质文档/双击可除rlc串联电路频率特性实验报告篇一:RLc串联电路的幅频特性与谐振现象实验报告_-_4(1)《电路原理》实验报告实验时间:20XX/5/17一、实验名称RLc串联电路的幅频特性与谐振现象二、实验目的1.测定R、L、c串联谐振电路的频率特性曲线。
2.观察串联谐振现象,了解电路参数对谐振特性的影响。
1.R、L、c串联电路(图4-1)的阻抗是电源频率的函数,即:Z?R?j(?L?1)?Zej??c三、实验原理当?L?1时,电路呈现电阻性,us一定时,电流达最大,这种现象称为串?c联谐振,谐振时的频率称为谐振频率,也称电路的固有频率。
即?0?1Lc或f0?12?LcR无关。
图4-12.电路处于谐振状态时的特征:①复阻抗Z达最小,电路呈现电阻性,电流与输入电压同相。
②电感电压与电容电压数值相等,相位相反。
此时电感电压(或电容电压)为电源电压的Q倍,Q称为品质因数,即Q?uLuc?0L11ususR?0cRRc在L和c为定值时,Q值仅由回路电阻R的大小来决定。
③在激励电压有效值不变时,回路中的电流达最大值,即:I?I0?usR3.串联谐振电路的频率特性:①回路的电流与电源角频率的关系称为电流的幅频特性,表明其关系的图形称为串联谐振曲线。
电流与角频率的关系为:I(?)?us1??R2??L???c??2?us0??R?Q2?0??I00??1?Q2?0?2当L、c一定时,改变回路的电阻R值,即可得到不同Q 值下的电流的幅频特性曲线(图4-2)图4-2有时为了方便,常以?I为横坐标,为纵坐标画电流的幅频特性曲线(这称?0I0 I下降越厉害,电路的选择性就越好。
I0为通用幅频特性),图4-3画出了不同Q值下的通用幅频特性曲线。
回路的品质因数Q越大,在一定的频率偏移下,为了衡量谐振电路对不同频率的选择能力引进通频带概念,把通用幅频特性的幅值从峰值1下降到0.707时所对应的上、下频率之间的宽度称为通频带(以bw表示)即:bw??2?1??0?0由图4-3看出Q值越大,通频带越窄,电路的选择性越好。
频率特性实验报告频率特性实验报告引言:频率特性是描述信号在不同频率下的响应性能的重要指标。
在电子领域中,频率特性实验是非常常见的实验之一。
本文将介绍频率特性实验的目的、实验原理、实验步骤以及实验结果的分析。
一、实验目的:频率特性实验的目的是研究电路或系统在不同频率下的响应特性,了解信号在不同频率下的传输和滤波性能。
通过实验,可以掌握频率特性的测试方法和实验技巧,提高实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理:频率特性实验通常涉及到信号的输入和输出,以及信号的幅度和相位响应。
在实验中,常用的测试仪器有函数发生器、示波器和频谱分析仪。
1. 函数发生器:用于产生不同频率的信号作为输入信号。
可以调节函数发生器的频率、幅度和波形等参数。
2. 示波器:用于观测电路或系统的输入和输出信号波形。
示波器可以显示信号的幅度、相位和频率等信息。
3. 频谱分析仪:用于分析信号的频谱成分。
频谱分析仪可以显示信号在不同频率下的幅度谱和相位谱。
实验步骤:1. 准备实验所需的仪器和器材,包括函数发生器、示波器和频谱分析仪。
2. 连接电路或系统,将函数发生器的输出信号连接到被测电路或系统的输入端,将示波器或频谱分析仪连接到电路或系统的输出端。
3. 设置函数发生器的频率和幅度,选择适当的波形。
4. 调节示波器或频谱分析仪的参数,观测信号的波形和频谱。
5. 重复步骤3和步骤4,改变函数发生器的频率,记录不同频率下的信号波形和频谱。
实验结果分析:根据实验记录的信号波形和频谱数据,可以进行以下分析:1. 幅度响应:通过观察信号的幅度谱,可以了解电路或系统在不同频率下信号的衰减或增益情况。
如果幅度谱在不同频率下保持不变,则说明电路或系统具有平坦的幅度响应特性。
如果幅度谱在某些频率点出现峰值或谷值,则说明电路或系统对该频率具有增益或衰减。
2. 相位响应:通过观察信号的相位谱,可以了解电路或系统在不同频率下信号的相位变化情况。
相位谱可以显示信号的相位延迟或提前。
实验2 RLC串联电路的频率特性1.实验目的(1)测量RLC串联电路电流响应的幅频特性。
(2)研究串联谐振现象及特点(3)研究元件参数对电路频率特性的影响。
(4)熟悉测量仪器、仪表的使用方法。
2.实验仪器和设备(1)函数信号发生器(型号:AFG310)。
(2)数字存储示波器(型号:DS1062CA)。
(3)双路智能数字交流毫伏表(型号:YB2173F)。
(4)数字万用表(型号:FLUKE 17B)。
(5)九孔实验板,电容、电阻、电感线圈、实验导线等元件。
3.预习内容(见预习报告)4.实验内容实验2-1 RLC串联电路的幅频特性测量及相频特性测量(1)按上图接线。
电路参数:R=10Ω,C=1μF,使用实验室提供的电感,电感的直流电阻约为30Ω。
信号源、毫伏表和示波器接线的外皮线(黑色)为地,芯线(红色)为信号线。
示波器两个通道接线中的一个“地”接共地点,另一个悬空即可。
实验内容如下:1)测量谐振曲线I(f)先测量并记录谐振状态下的电压U L、U C、U C-L和U R;然后再调整信号源频率(使函数信号源输出正弦波,并随时调节其输出电压,用毫伏表监测,保持信号源输出给电路的电压为2V不变),使其频率在f0左右一个范围变化。
测量各频率点相应的电压U R。
(1)使正弦信号源的频率等于核算值f0,电压U=2V左右。
(2)图2.2中,示波器Y1通道显示总电压u的波形,Y2通道显示u R的波形。
在核算值f0的基础上微调信号源频率,使Y1、Y2两波形同相,此时电路处于谐振状态。
或应用李萨如图形法来判断谐振是否发生。
谐振时信号源的频率即是谐振频率f0。
记录相应的U L、U C、U C-L和U R。
(3)改变信号源频率(注意保持电源电源U=2V不变),测量U R。
2)RLC串联电路相频特性的定性观察用示波器定性观察φ(f)的波形,记录结果。
实验2-2 RLC串联电路的幅频特性测量及相频特性的观察(2)实验2-3 RLC串联电路的幅频特性测量(2)更换电容C=0.5μF,其他参数如实验2-1。
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。
一、实验背景随着科学技术的不断发展,电子设备在各个领域的应用越来越广泛。
频率特性作为电子设备的重要性能指标之一,对于设备的设计、调试和维护具有重要意义。
为了深入了解频率特性,我们开展了频率特性实验,通过实验验证理论知识,提高实践操作能力。
二、实验目的1. 理解频率特性的基本概念和原理;2. 掌握频率特性的测试方法;3. 分析频率特性对电子设备性能的影响;4. 培养实际操作能力,提高综合素质。
三、实验原理频率特性是指电子设备对输入信号的频率响应能力。
频率特性通常用幅频特性、相频特性和群延迟特性来描述。
幅频特性表示设备在不同频率下输出信号的幅度变化;相频特性表示设备在不同频率下输出信号的相位变化;群延迟特性表示设备在不同频率下输出信号的延迟时间。
四、实验过程1. 实验准备:首先,了解实验原理和仪器设备,熟悉实验步骤和注意事项。
实验仪器包括信号发生器、示波器、频谱分析仪等。
2. 实验步骤:(1)搭建实验电路,连接信号发生器、示波器和频谱分析仪;(2)调整信号发生器,输出不同频率的正弦波信号;(3)观察示波器显示的输出信号,记录幅度、相位和延迟时间;(4)利用频谱分析仪分析输出信号的频谱,得到幅频特性和相频特性;(5)重复步骤(2)至(4),获取不同频率下的频率特性数据。
3. 数据处理与分析:将实验数据整理成表格,绘制幅频特性曲线、相频特性曲线和群延迟特性曲线。
分析曲线特点,判断频率特性对电子设备性能的影响。
五、实验结果与分析1. 幅频特性曲线:在实验中,我们发现随着频率的增加,输出信号的幅度逐渐减小。
这说明该电子设备在高频段性能较差,可能存在信号衰减现象。
2. 相频特性曲线:实验结果显示,随着频率的增加,输出信号的相位逐渐滞后。
这表明该电子设备在处理高频信号时,存在相位延迟现象。
3. 群延迟特性曲线:从实验数据可以看出,随着频率的增加,输出信号的群延迟逐渐增大。
这说明该电子设备在高频段存在明显的群延迟现象。
串联电路的频率特性实验报告一、实验目的1、深入理解串联电路在不同频率下的特性。
2、掌握测量串联电路频率特性的实验方法和仪器使用。
3、观察并分析串联电路中电阻、电容和电感对频率的响应。
二、实验原理在串联电路中,通常包含电阻(R)、电感(L)和电容(C)三种元件。
当交流电源的频率发生变化时,电路中的电流和电压也会随之改变。
对于电阻元件,其阻抗(Z_R)等于电阻值(R),与频率无关。
电感元件的阻抗(Z_L)与频率成正比,即 Z_L =2πfL,其中 f 是频率,L 是电感值。
电容元件的阻抗(Z_C)与频率成反比,即 Z_C = 1 /(2πfC),其中 C 是电容值。
串联电路的总阻抗(Z)等于各个元件阻抗之和,即 Z = Z_R +Z_L + Z_C 。
电路中的电流 I = U / Z ,其中 U 是电源电压。
三、实验仪器1、信号发生器:用于产生不同频率的交流信号。
2、示波器:用于观测电路中的电压和电流波形。
3、电阻箱:提供可变的电阻值。
4、电感箱:提供可变的电感值。
5、电容箱:提供可变的电容值。
6、万用表:用于测量电阻、电容和电感的值。
四、实验步骤1、按照电路图连接好串联电路,包括电阻、电感和电容。
2、用万用表测量电阻、电感和电容的实际值,并记录下来。
3、打开信号发生器,设置起始频率和终止频率,以及频率步长。
4、调节信号发生器的输出电压,使其保持恒定。
5、用示波器分别测量电阻、电感和电容两端的电压,并记录不同频率下的电压值。
6、计算不同频率下电路中的电流值,根据公式 I = U / Z 。
7、绘制电阻、电感和电容两端电压以及电流与频率的关系曲线。
五、实验数据记录与处理|频率(Hz)|电阻电压(V)|电感电压(V)|电容电压(V)|电流(A)|||||||| 100 | 50 | 20 | 30 | 05 || 200 | 55 | 30 | 25 | 055 || 300 | 60 | 40 | 20 | 06 || 400 | 65 | 50 | 15 | 065 || 500 | 70 | 60 | 10 | 07 |根据上述数据,绘制出电压和电流与频率的关系曲线。
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1. 网络频率特性的定义1) 网络函数——正弦稳态情况下,网络的响应相量与激励相量之比。
2) 一个完整的网络频率特性应包括幅频特性、相频特性两个方面。
3) 截止频率——输出电压降到输入电压的0.707时的频率(f 0);通频带——输出电压从最大降到0.707倍间的频率区间(Bw:0~2πf 0)2. 网络频率特性曲线1) 一阶RC 低通2111()11U jwcH w jwcR U R jwc====++a) 幅频特性2121221()0,;,0;1,0.707U H w U w U U w U w U U CR ===→∞→===||=则有由图像看出,频率越低,信号越容易通过——低通。
b) 相频特性()a r c t a n ()10,0;,45;,90w w c Rw w w CRϕϕϕϕ=-====-→∞=-。
c) 截止频率:012f RCπ= 2) 二阶RLC 带通a)谐振频率0f =(0w =,此时有电路如下图特性:b)品质因数001w L Q R w RC ===(L 、C 一定时,改变R 值就能影响电路的选频特性,R 越小,Q 越大,选频特性越好);c) 幅频特性和相频特性00000,,U w f I I R w f U IU I η======另则有故=,如下图d) 由上图得,通频带"'0022()w f Bw f f Q Qππ=-== 3) 二阶RLC 低通a)谐振频率0f =b) 幅频特性和相频特性0201()(,)1(1)|()|c U w L jQ w jwCH w Q U jQ R w R jwL jwC H w ηηη∙-=====+-++==则有122|()|(|()|)0,00;2m c H w d H w w w w d w f U ηηπ=======令解得即对应的U 极大值为如下图所示:c)m f =3. 测量方法对特征频率点极其上下百倍频程范围内选取频率点进行测量,包括对()H w 及ϕ的测量,并根据测得的数据作出幅频特性曲线及相频特性曲线。
指导教师: 王吉英 2009 年 11 月 13 日 计算机科学与技术 学院 姓名: 钟超 学号: PB06013012 姓名: 李杰 学号: PB05210127实验目的1. 熟悉正弦稳态分析中的相量的基本概念。
2. 正确使用双踪示波器测量正弦信号的峰—峰值Up-p ,频率f(T)和相位差φ,观察李沙育图形; 学会使用晶体管毫伏表测量正弦信号有效值。
3. 用RC 、RL 设计输出滞后(超前)输入的简单电路,并作实际测量。
实验设备1. DF1641D 型或EE1641D 型函数发生器1台2. 双踪示波器 1台3. 晶体管毫幅表DF2173B 1台4. 可变电容箱1个5. 可变电阻箱1个6.可变电感箱1个实验原理1. 正弦交流电作用于任一线性定常电路,产生的响应仍是同频率的正弦量,因此,正弦量可以用相量来表示。
设一正弦电流:[]Ii j t j e tj j ei Ie I e I R Ie R t ICOS t i ϕωωϕϕω=↔⎥⎦⎤⎢⎣⎡=+=∙∙+22)(2)(2. 用相量表示了正弦量,正弦交流稳态响应的计算可方便地运用相量进行复数运算,在直流电路中的基本定律、定理和计算方法完全适用于相量计算。
3. 输出电压滞后输入电压的RC 电路,如图1所示。
图1(RC 滞后电路) 图2(RC 超前电路)输出电压1110+=+=∙∙CR j U U Cj R C j U i i ωωωUNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINASchool of Computer Science & Technology, Hefei, Anhui, People's Republic of China, Zip Code: 230027RC 电路的频率特性实验报告网络函数为:()())()(11)(120ωϕωωωω∠=-∠+==-∙∙j H RC tg RC U U j H i式中,2)(11)(RC U U j H io ωω+=∆∙∙,称为幅频特性,显然是低通。
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|()|H jw 定义为:.().|()||()|j w Y H w H jw e X ϕ== 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|()|H jw 与频率的关系称为幅频特性,网络函数的相角()w ϕ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 低通网络网络函数:其模为:辐角为:显然,随着频率的增高,|H(j ω)|将减小,即响应与激励的比值减小,这说明低频信(a) RC低通网络(b) 幅频特性(c) 相频特性()H j ω())RC ϕω=().0.1/11/1iU j c H j R j C j RCU ωωωω===++号可以通过,高频信号被衰减或抑制。
当ω=1/RC ,1122f wRCππ==,即U 0 /U i = 0.707.通常把U 0降低到0.707 U i 时的频率f称为截止频率f0.即012f RCπ=2. 二阶RLC 带通电路..20000..33()(1)10()()[]0()0(1)()(1)()(1)CLCC C C S jQC H j jQ sw L w f w C U j U j d C d sU j U j U j U j U j U j -η==η+η--=→=→=ηη=ηηη=∞=ϕ=-44.997ηηo&&&&&&000010w L w f w C -=→=→= 相频特性曲线:(1)当f = f 0 时,ϕ = 0,电路阻性,产生谐振。
(2)当f > f 0 时,ϕ > 0,电路呈电感性。
(3)当f < f 0 时,ϕ < 0,电路呈电容性。
改变电源的频率,使频率为0f =时,电路处于串联谐振状态.当RLC 串联谐振时,0=ϕ,C L U U =,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。
001L S L U Q U R RC ωω===Q表示,即:001L S L U Q U R RC ωω====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0.707LSU U ≥所包含的频率范围定义为电路通频带,用BW 表示.0.707L S U U = 时的频率分别称为上限频率f 2及下限频率f 1,则通频带212()W B f f π=-.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:02Wf Q B π=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,其通频带越窄,选频特性越好。
3.二阶RLC 低通电路以电容电压()C U j η&为输出变量的网络函数()CH j η为: ..2()(1)()(1)CjQ C H j jQ sU j U j -η==η+η-η&&函数()C H j η的极值条件为..[]0()(1)d C d sU j U j =ηη&& 可求得如下三个极值点1C η、2C η和3C η即对应的极值: 1)10C η=1()1(1)C C S U j U j η=2)2C η=2()(Q>0.707(1)C C S U j Q U j η=>当时)3)3C η=∞3()0(1)C C S U j U j η=又因为033.932f kHz ==≈所以32.0112.1320m f kHz Q ==≈==≈注意:作图时,为使频率特性曲线具有通用性,常以0/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:测试电路的截止频率0f :使垂直坐标读数接近0.707,交点处水平坐标的读数即为0f 的数值。
从实验可以得出:0f =144.718kH 从实验可以得出:ϕ=-44.997o分析:0f 理论值为0911114.68622*50*22*10f Hz kHz RC ππ-==≈与实际测得的0f =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0.010f ,0.10f ,0.50f ,50f ,100f ,1000f 点所对应的|()|H jw 和φ的值 频率0.010f 0.10f 0.50f 0f 50f 100f 1000f 频率比f/f00.01 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|()|H jw0.999 0.9950.8940.7070.1960.09950.00998对应相位角ϕ-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0f 理论值为:03933.932221*10*22*10f kHz LCππ--==≈品质因数:0011L S L U LQ U R RC R C ωω====(1) R=50Ω时电路图为XBP1INOUTV21 Vpk 1kHz 0°R150ΩC122nF L11mH123实验方法同(1),测得:谐振频率0f =33.933kHz 下截止频率f 下=30.181kHz 上截止频率f 上=38.154kHz 所以2()2(38.15430.181)50.096W B f f kHz kHz ππ=-=-≈下上22*33.9334.25650.096WfQBππ==≈又Q的理论值39111*104.2645022*10LQR C--==≈可见测量比较准确。
数据记录如下表:作出其幅频特性和相频特性图如下:频率0.001f0.01f0.1f0.5f f下0f f上5f10f100f1000f频率比f/f00.001 0.01 0.1 0.5 0.889 1 1.124 5 10 100 1000 log(f/f0)-3 -2 -1 -0.3 -0.05 0 0.05 0.7 1 2 3 网络函数模|()|H jw0.0002330.002340.0236 0.154 0.707 0.995 0.707 0.0487 0.02370.009420.000942对应相位角ϕ89.987 89.866 88.644 81.173 44.915 2.025-44.887-87.189-88.641-89.865-89.946(2)R=200Ω时电路图如下:XBP1INOUTV21 Vpk 1kHz 0°R1200ΩC122nF L11mH123测得:谐振频率0f =33.935kHz 下截止频率f 下=21.564kHz 上截止频率f 上=53.396kHz 所以2()2(53.39621.564)200.006W B f f kHz kHz ππ=-=-≈下上022*33.9351.066200.006W f Q B ππ==≈ 又Q 的理论值39111*10 1.06620022*10L Q R C --==≈ 可见测量非常准确。
数据记录如下表:频率0.001f0.01f0.1f0.5f f下0f f上5f10f100f1000f频率比f/f00.001 0.01 0.1 0.5 0.636 1 1.574 5 10 100 1000 log(f/f0)-3 -2 -1 -0.3 -0.2 0 0.2 0.7 1 2 3 网络函数模|()|H jw0.0009310.0093110.093610.5255 0.7077 0.9998 0.7076 0.1933 0.09510.0094530.000945对应相位角89.947 89.466 84.629 58.3 44.949 0.915-44.961-78.852-84.545-89.458-89.946将不同电阻值时的幅频特性曲线用Excel 作于一张图上显示:注:蓝色为R=50Ω,红色为R=200Ω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,0f =33.933kHz; 0f ’=33.935kHz, 证明了谐振频率的确和电阻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=50Ω的更尖锐,即曲线更窄;1W B =50.096kHz ;2W B =200.006kHz ; 1Q =4.264;2Q =1.066 。
验证了当L,C 一定时,改变R 值就能影响电路的选频特性,即电阻R 越小,品质因数Q 越大,通带BW 越窄,幅频曲线越窄,曲线的峰就越尖锐,电路的选频性能就越好。