电路频率特性

1、东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：电路第四次实验实验名称：电路频率特性（eda）院（系）：专业：电班姓名：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|h(jw)|定义为：|h(w)|=y=|h(jw)|ejj(w)其中y为输出端口的响应，xx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

2、，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.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j(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低通网络-0w+.uirc.+u0-h(jw)10.70

3、70w=1/rcc-45o-90oj(w)cw(a)rc低通网络(b)幅频特性(c)相频特性u1/jwc1.r+1/jwc1+jwrc网络函数：h(jw)=.u0=i其模为：h(jw)=11+(wrc)2辐角为:j(w)=-arctan(wrc)显然，随着频率的增高，|h(j)|将减小，即响应与激励的比值减小，这说明低频信号可以通过，高频信号被衰减或抑制。当=1/rc，f=12pw=12prc,即u0/ui=0.707.通常把u0降低到0.707ui时的频率f称为截止频率f0.即f=012prc+.l，r.isr2.二阶rlc带通电路u-lc1+.ur1-u&(jh)(jh)=u&(j1)hc

4、cs.-jqh+jq(h2-1)wcu&(jh)u&(jh)u&(jh)cu&(j1)dhlc2plc1wl-=0w=000lc.d=0.s11f=0hc3=u(jhcc3u(j1)s)=0j=-44.997owclc2plcwl-1=0w=00011f=0（2）当ff时，j0，电路呈电感性。（3）当ff时，jq(当q0.707时）3）hc3=u(jh)cc3u(j1)s=02plc=又因为f=1012p1*10-3*22*10-933.932khz所以f=mr2c111*10-31-=2l2plc2p1*10-3*22*10-922*10-932.011khz1l11*10-3q=2.132

5、0rc10022*10-9注意：作图时，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0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：1r12xbp1v2501vpkinout1khz0c122nf0测试电路的截止频率f：0使垂直坐标读数接近0.707，交点处水平坐标的读数即为f的数值。0将交点处附

6、近放大：从上图可以看出：f=144.67khz0f理论值为f=12prc2p*50*22*10从上图可以看出：j=-44.997o分析：1=hz114.686khz00-9与实际测得的f=144.67khz相差很小，可见实验误差很小，较为准确，也可以看出multisim0的仿真模拟能力很强。分别测试0.01f,0.1f,0.5f,5f,10f,100f点所对应的|h(jw)|和f的值000000数据记录如下：频率0.01f00.1f00.5f0f05f010f0100f0频率比f/f0log(f/f0)网络函数模0.01-20.999950.10.515-1-0.300.70.995040.8

7、94440.707150.196141010.0995210020.01000|h(jw)|对应相位角-0.573-5.710-26.563-44.997-78.688-84.289-89.427j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f理论值为：02plc=f=1012p1*10-3*22*10-933.932khz品质因数：q=u(1)

8、r=50时电路图为l=swl11l0=rwrcrc02c122nfv21vpk1khz01l11mh3xbp1inoutr1500实验方法同（1），测得：谐振频率f=33.933khz下截止频率f=30.181khz上截止频率f=38.154khz0下上所以b=2p(f-f)=2p(38.154-30.181)khz50.096khzw下上q=2pfbw0=2p*33.93350.0964.2561l11*10-3又q的理论值q=4.264rc5022*10-9可见测量比较准确。数据记录如下表：0.0011000频率f00.01f00.1f00.5f0f下f0f上5f010f0100f0f0频

9、率比f/f0log(f/f0)0.001-30.01-20.1-10.5-0.30.889-0.05101.1240.0550.7101100210003网络函0（近0.0023110.70710.0488数模|h(jw)|似值）50.023680.154530.70710.02361080.00230（近5似值）对应相位角89.98789.86688.64381.11044.941-0.001-44.977-87.203-88.643-89.866-89.987作出其幅频特性和相频特性图如下：（2）r=200时电路图如下：c11l1222nf1mh3xbp1v21vpk1khz0r1200i

10、nout0测得：谐振频率f=33.935khz下截止频率f=21.564khz上截止频率f=53.396khz0下上所以b=2p(f-f)=2p(53.396-21.564)khz200.006khzw下上q=2pfbw0=2p*33.935200.0061.0661l11*10-3又q的理论值q=1.066rc20022*10-9可见测量非常准确。数据记录如下表：0.0011000频率f00.01f00.1f00.5f0f下f0f上5f010f0100f0f0频率比f/f0log(f/f0)0.001-30.01-20.1-10.5-0.30.636-0.2101.5740.250.7101

11、1002100030（近0.0093110.70710.1918网络函数模|h(jw)|似值）80.09430.5303300.70710.09430.00930（近1948似值）对应相位角j89.94689.46284.58757.97344.987-0.009-45.001-78.941-84.586-89.462-89.946作出其幅频特性和相频特性曲线图如下：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=50w,黑色为r=200w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，f=33.933khz;f=33.935khz,证明了谐振

12、频率的确和电阻r没关系，电路的lc没有发00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=50w的更尖锐，即曲线更窄；b=50.096khz；bw1w2=200.006khz；q=4.264；q=1.066。12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。3测试二阶rlc低通电路的频率特性和品质因数建立如下所示电路图：r141001l11mh3xbp1v21vpk1khz0c122nfinout0实验测得f=33.935khz，f=32.014khz0m2plc=f的理

13、论值：f=10012p1*10-3*22*10-933.932khzf的理论值：f=mm1r2c11-=2l2plc2p1*10-3*22*10-91*10-322*10-932.011khz测得q=2.1306f01l11*10-3又q理论值q=2.1320可见测量比较准确。rc10022*10-9数据记录如下表：频率0.001f00.01f00.1f00.5f0f05f010f0100f0频率0.010.10.50.0011510100比f/f0log(f/f0)-3-2-1-0.300.712网络函1.00001.00001.00891.27262.13060.04140.01000（近数模01897389似值）|h(jw)|对应相位角-0.027-0.269-2.712-17.366-90.002-174.418-177.287-179.731作出其幅频特性和相频特性曲线图如下：比较一阶低通和二阶低通电路幅频特性曲线衰减速率：注：黑色为一阶rc低通，黄色为二阶rlc低通分析：从图中曲线可明显看出，二阶rlc的衰减速率比一阶快。四、思考题1电路