实验七 RC电路频率特性
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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（jω），网络函数的幅值为∣H（jω）∣=Uo/Ui，相位为φ＝φo－φi，∣H（jω）∣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/CR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/CR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of时，输出电压不为0，输出电压和输入电压同相。
∣H（jω）∣ 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)(22RCRCRCRCRCRCjUUjHioR C
ui uo+
- +
- C R 1/300 90°
0-90°
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7
3、RC带通网络中心频率0f的测定
当带通网络的频率0ff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。实验时，不断改变电源频率，直到荧光屏上出现一条直线为止，此时电源的频率为0f。
4、文氏电路幅频特性和相频特性的测量方法
测量幅频特性：保持信号源输出电压（即RC网络输入电压）Ui恒定，改变频率f，用交流毫伏表监视Ui，并测量对应的RC网络输出电压Uo，计算出他们的比值A=Uo/Ui，然后逐点描绘出幅频特性； 测量相频特性：保持信号源输出电压（即RC网络输入电压）Ui恒定，改变频率f ，用交流毫伏表监视Ui，用双踪示波器观察 0u与Ui波形，如图7所示， u/V 频率计
信号源 RC网络 毫伏表
t/S
T Δt
m格
n格 + +
R C ui uo
- - ui uo C R +
- +
- 若两个波形的延时为Δt，周期为T ，则它们的相位差360/360/tTmn，然后逐点描绘出相频特性。
四、实验内容及步骤
1、测试RC带通网络的中心频率
2、测试RC选频网络的幅频特性和相频特性
五、实验数据及结果
1、取R=1kΩ，电容C=0.1μF，保持电路的输入端输入一个Ui=3V的正弦信号（用交流毫伏表监视）。改变信号源的频率，用毫伏表观察输出端电压的变化（在中心频率0f左右选几个频率点，测量），确定电路的带通特性，完成下表：
频率（Hz）
Uo(V)
H
φ(°)
2、画出带通滤波器的幅频特性和相频特性曲线；
3、画出带通滤波器在特征频率点的输入、输出波形，并标明其超前、滞后的时间关系。
六、注意事项
1、由于信号源内阻的影响，注意在调节输出电压频率时，应同时调节输出电压大小，使实验电路的输入电压保持不变。
七、思考题
1、确定带通滤波器的中心频率的方法有哪几种？
2、什么是文氏电路的选频特性？当频率等于谐振频率时，电路的输出、输入有何关系？
