電路頻率特性課件

1、東南大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)中心實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告課程名稱： 電路 第 四 次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱： 電路頻率特性（EDA） 院 （系）： 專 業(yè)： 電班 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 實(shí) 驗(yàn) 室: 實(shí)驗(yàn)組別： 同組人員： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 評(píng)定成績(jī)： 審閱教師： 電路頻率特性的研究一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握低通、帶通電路的頻率特性；2. 應(yīng)用Multisim軟件測(cè)試低通、帶通電路頻率特性及有關(guān)參數(shù)；3. 應(yīng)用Multisim軟件中的波特儀測(cè)試電路的頻率特性。二、 實(shí)驗(yàn)原理研究電路的頻率特性，即是分析研究不同頻率的信號(hào)作用于電路所產(chǎn)生的響應(yīng)函數(shù)與激勵(lì)函數(shù)的比值關(guān)系。通常情況下，研究具體電路的頻率特性，并不需要測(cè)試構(gòu)成電路所有元件上

2、的響應(yīng)與激勵(lì)之間的關(guān)系，只需要研究由工作目的所決定的某個(gè)元件或支路的響應(yīng)與激勵(lì)之間的關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)主要研究一階RC低通電路，二階RLC低通、帶通電路的頻率特性。（一）：網(wǎng)絡(luò)頻率特性的定義 電路在一個(gè)正弦電源激勵(lì)下穩(wěn)定時(shí)，各部分的響應(yīng)都是同頻率的正弦量，通過(guò)正弦量的相量，網(wǎng)絡(luò)函數(shù)定義為： 其中Y為輸出端口的響應(yīng)，X為輸入端口的激勵(lì)。由上式可知，網(wǎng)絡(luò)函數(shù)是頻率的函數(shù)，其中網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的模與頻率的關(guān)系稱為幅頻特性，網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的相角與頻率的關(guān)系稱為相頻特性，后者表示了響應(yīng)與激勵(lì)的相位差與頻率的關(guān)系。（二）：網(wǎng)絡(luò)頻率特性曲線 1. 一階RC低通網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)：其模為：輻角為:顯然，隨著頻率的增高，|H(j)|將減

3、小，即響應(yīng)與激勵(lì)的比值減小，這說(shuō)明低頻信號(hào)可以通過(guò)，高頻信號(hào)被衰減或抑制。當(dāng)=1/RC，,即U0 /Ui = 0.707.通常把U0降低到0.707 U i時(shí)的頻率f稱為截止頻率f0.即2. 二階RLC帶通電路相頻特性曲線：（1）當(dāng)f = f0 時(shí)，j = 0，電路阻性,產(chǎn)生諧振。（2）當(dāng)f f0 時(shí)，j 0，電路呈電感性。（3）當(dāng)f f0 時(shí)，j 0，電路呈電容性。改變電源的頻率,使頻率為時(shí)，電路處于串聯(lián)諧振狀態(tài). 當(dāng)RLC串聯(lián)諧振時(shí)，即純電感和理想電容兩端的電壓相等。顯然，諧振頻率 僅與元件參數(shù)LC的大小有關(guān)，而與電阻R的大小無(wú)關(guān)。諧振時(shí)電感或電容兩端電壓與電源電壓之比值用品質(zhì)因數(shù)Q表示，

4、即：可見(jiàn)，當(dāng)L,C一定時(shí)，改變R值就能影響電路的選頻特性，即R越小，Q越大，幅頻曲線越窄，選頻特性越好。為了具體說(shuō)明電路對(duì)頻率的選擇能力，規(guī)定幅頻特性曲線的所包含的頻率范圍定義為電路通頻帶，用BW表示. 時(shí)的頻率分別稱為上限頻率f2及下限頻率f1，則通頻帶.顯然，越小，曲線的峰就越尖銳，電路的選頻性能就越好。Q值與BW得關(guān)系為：當(dāng)電路的通頻帶大于信號(hào)的頻帶寬度時(shí)，對(duì)于信號(hào)不產(chǎn)生失真有利，即傳送信號(hào)的保真度高，但電路的選頻性變差。總之，品質(zhì)因數(shù)越高的電路，其通頻帶越窄，選頻特性越好。3二階RLC低通電路 以電容電壓為輸出變量的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)為： 函數(shù)的極值條件為 可求得如下三個(gè)極值點(diǎn)、和即對(duì)應(yīng)的極值：

5、1） 2） 3） 又因?yàn)樗宰⒁猓鹤鲌D時(shí)，為使頻率特性曲線具有通用性，常以作為橫坐標(biāo)。但是在繪制頻率特性曲線時(shí)，往往由于涉及的頻率范圍較寬，若采用均勻分度的頻率坐標(biāo)，勢(shì)必使低頻部分被壓縮，而高頻部分又相對(duì)展得較寬，從而使所繪制的頻率特性曲線在低頻段不能充分清晰地展示其特點(diǎn)。若采用對(duì)數(shù)分度的頻率軸，就不會(huì)出現(xiàn)這種情況。對(duì)數(shù)坐標(biāo)是將軸按對(duì)數(shù)規(guī)律進(jìn)行刻度，并非對(duì)頻率取對(duì)數(shù)。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 測(cè)試一階RC低通電路的頻率特性建立電路圖如下：測(cè)試電路的截止頻率：使垂直坐標(biāo)讀數(shù)接近0.707，交點(diǎn)處水平坐標(biāo)的讀數(shù)即為的數(shù)值。將交點(diǎn)處附近放大：從上圖可以看出：=144.67kHz從上圖可以看出：分析：理論值為與實(shí)

6、際測(cè)得的=144.67kHz相差很小，可見(jiàn)實(shí)驗(yàn)誤差很小，較為準(zhǔn)確，也可以看出Multisim的仿真模擬能力很強(qiáng)。分別測(cè)試0.01,0.1,0.5,5,10,100點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的和的值數(shù)據(jù)記錄如下：頻率0.010.10.5510100頻率比f(wàn)/f00.010.10.51510100Log(f/f0)-2-1-0.300.712網(wǎng)絡(luò)函數(shù)模0.999950.995040.894440.707150.196140.099520.01000對(duì)應(yīng)相位角-0.573-5.710-26.563-44.997-78.688-84.289-89.427作出其幅頻特性和相頻特性圖如下（左面為Excel曲線擬合的結(jié)果，右

7、面為波特顯示儀里的波形）：可以看出，用Excel擬合所測(cè)得點(diǎn)所得的曲線上看，與波特顯示儀里的波形顯示吻合，說(shuō)明測(cè)量方法及處理沒(méi)有問(wèn)題， Multism 模擬正確。2 測(cè)試二階RLC帶通電路的頻率特性和品質(zhì)因數(shù)由實(shí)驗(yàn)原理部分可知：諧振頻率理論值為：品質(zhì)因數(shù)：(1) R=50時(shí)電路圖為實(shí)驗(yàn)方法同（1），測(cè)得：諧振頻率=33.933kHz 下截止頻率=30.181kHz 上截止頻率=38.154kHz所以又Q的理論值可見(jiàn)測(cè)量比較準(zhǔn)確。數(shù)據(jù)記錄如下表：頻率0.0010.010.10.55101001000頻率比f(wàn)/f00.0010.010.10.50.88911.1245101001000log(f/

8、f0)-3-2-1-0.3-0.0500.050.7123網(wǎng)絡(luò)函數(shù)模0（近似值）0.002350.023680.154530.7071110.707110.048800.023680.002350（近似值）對(duì)應(yīng)相位角89.98789.86688.64381.11044.941-0.001-44.977-87.203-88.643-89.866-89.987作出其幅頻特性和相頻特性圖如下：（2）R=200時(shí)電路圖如下：測(cè)得：諧振頻率=33.935kHz 下截止頻率=21.564kHz 上截止頻率=53.396kHz所以又Q的理論值可見(jiàn)測(cè)量非常準(zhǔn)確。數(shù)據(jù)記錄如下表：頻率0.0010.010.10.

9、55101001000頻率比f(wàn)/f00.0010.010.10.50.63611.5745101001000log(f/f0)-3-2-1-0.3-0.200.20.7123網(wǎng)絡(luò)函數(shù)模0（近似值）0.009380.094330.530300.7071110.707110.191890.094340.009380（近似值）對(duì)應(yīng)相位角89.94689.46284.58757.97344.987-0.009-45.001-78.941-84.586-89.462-89.946作出其幅頻特性和相頻特性曲線圖如下：將不同電阻值時(shí)的幅頻特性曲線用Excel作于一張圖上顯示：注：藍(lán)色為R=50,黑色為R=2

10、00分析：1）從曲線上看，兩者的最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)橫坐標(biāo)相同，表明諧振頻率f0沒(méi)有變，=33.933kHz; =33.935kHz, 證明了諧振頻率的確和電阻R沒(méi)關(guān)系，電路的LC沒(méi)有發(fā)生改變，因此諧振頻率也沒(méi)有變化；2）兩曲線峰的尖銳程度不同，R=50的更尖銳，即曲線更窄；=50.096kHz；200.006kHz；=4.264；=1.066 。驗(yàn)證了當(dāng)L,C一定時(shí)，改變R值就能影響電路的選頻特性，即電阻R越小，品質(zhì)因數(shù)Q越大，通帶越窄，幅頻曲線越窄，曲線的峰就越尖銳，電路的選頻性能就越好。3 測(cè)試二階RLC低通電路的頻率特性和品質(zhì)因數(shù)建立如下所示電路圖：實(shí)驗(yàn)測(cè)得=33.935kHz， =32.014

11、kHz的理論值：的理論值：測(cè)得又Q理論值 可見(jiàn)測(cè)量比較準(zhǔn)確。數(shù)據(jù)記錄如下表：頻率0.0010.010.10.5510100頻率比f(wàn)/f00.0010.010.10.51510100Log(f/f0)-3-2-1-0.300.712網(wǎng)絡(luò)函數(shù)模1.0000011.0000891.008971.272632.13060.041480.010090（近似值）對(duì)應(yīng)相位角-0.027-0.269-2.712-17.366-90.002-174.418-177.287-179.731作出其幅頻特性和相頻特性曲線圖如下：比較一階低通和二階低通電路幅頻特性曲線衰減速率：注：黑色為一階RC低通，黃色為二階RLC低通分析：從圖中曲線可明顯看出，二階RLC的衰減速率比一階快。四、思考題1 電路中輸入信號(hào)源起什么作用？改變信號(hào)源的參數(shù)對(duì)測(cè)試結(jié)果有無(wú)影響？答： 電路中輸入