RC網(wǎng)絡(luò)頻率特性和選頻特性的研究(綜合實(shí)驗(yàn))

1、RC網(wǎng)絡(luò)頻率特性和選頻特性的研究(綜合實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)會已知電路性能參數(shù)的情況下設(shè)計(jì)電路(元器件參數(shù);2.用仿真軟件Mutualism研究RC串、并聯(lián)電路及RC雙T電路的頻率特性;3.學(xué)會用交流毫伏表和示波器測定RC網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性和相頻特性;4.理解和掌握低通、高通、帶通和帶阻網(wǎng)絡(luò)的特性5.熟悉文氏電橋電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及選頻特性。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備(記錄所用設(shè)備的名稱型號編號 三、實(shí)驗(yàn)原理電路的頻域特性反映了電路對于不同的頻率輸入時(shí),其正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的性質(zhì),一般用電路的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)(H j表示。當(dāng)電路的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)為輸出電壓與輸入電壓之比時(shí),又稱為電壓傳輸特性。即:(21UH jU=1.低通電路U2圖4.

2、3.1 低通濾波電路圖4.3.2 低通濾波電路幅頻特性簡單的RC濾波電路如圖4.3.1所示。當(dāng)輸入為1U ,輸出為2U 時(shí),構(gòu)成的是低通濾波電路。因?yàn)?112111U UUj C j RCRj C=+所以:(2111U H j H j U j RC=+(H j = (H j 是幅頻特性,低通電路的幅頻特性如圖 4.3.2所示,在1RC =時(shí),(0.707H j =,即210.707U U =,通常2U 降低到1 0.707U 時(shí)的角頻率稱為截止頻率,記為0。2.高通電路圖4.3.3是高通濾波RC 電路。 2圖4.3.3 高通濾波電路 圖4.3.4 高通濾波電路的幅頻特性12111U j RC

3、U R U j RCR j C =+ 所以:(211U j RCH j H j U jRC=+其中(H j 傳輸特性的幅頻特性。電路的截止頻率01RC =高通電路的幅頻特性如4.3.4所示 當(dāng)0<<時(shí),即低頻時(shí)(1H j RC =<<當(dāng)0>>時(shí),即高頻時(shí),(1Hj =。3.研究RC 串、并聯(lián)電路及RC 雙T 電路的頻率特性; 4.文氏電橋電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及選頻特性。 四、實(shí)驗(yàn)方法測量頻率特性用“逐點(diǎn)描繪法”,圖4.3.5表明用交流毫伏表和雙蹤示波器測量RC 網(wǎng)絡(luò)頻率特性的測試圖,在圖中: 圖4.3.5 測量方法 圖4.3.6 測量相頻特性方法測量幅頻特性:保持

4、信號源輸出電壓(即RC 網(wǎng)絡(luò)輸入電壓i U 恒定,改變頻率f ,用交流毫伏表監(jiān)視i U ,并測量對應(yīng)的RC 網(wǎng)絡(luò)輸出電壓0U ,計(jì)算出它們的比值0i A U U =,然后逐點(diǎn)描繪出幅頻特性。測量相頻特性:保持信號源輸出電壓(即RC 網(wǎng)絡(luò)輸入電壓i U 恒定,改變頻率f ,用交流毫伏表監(jiān)視i U ,用雙蹤示波器觀察0U 和i U 波形,如圖4.3.6所示,若兩個(gè)波形的延時(shí)t ,周期為T ,則它們的相位差0360t =,然后逐點(diǎn)描繪出相頻特性。五、實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容1.用“逐點(diǎn)描繪法”測量低通濾波和高通濾波的幅頻特性和相頻特性。畫出具體實(shí)驗(yàn)線路,自擬表格,并記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。電路的截止頻率f 0(按學(xué)號的

5、最后兩位數(shù)為你設(shè)計(jì)的移相電路的工作頻率kHz ,如某同學(xué)的學(xué)號為200810501052,其工作頻率為52kHz 2.自行設(shè)計(jì)“方氏電橋”(帶通濾波電路和RC 雙T 電路(帶阻濾波電路電路,畫出電路圖,并推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)原理。測量幅頻特性和相頻特性,自擬表格,并記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。3.設(shè)計(jì)計(jì)算元件值、確定元件,搭接線路、安裝及測試輸出電壓的有效值及相對輸入電壓的相移范圍是否滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)用信號發(fā)生器給移相器提供信號源,用示波器測試輸出電壓與輸入的相位差及有效值時(shí),如何設(shè)計(jì)測試電路,才能使示波器的輸入端與信號源的輸出端及被測電路有公共接地點(diǎn),進(jìn)行正常測試。 六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.寫出主要設(shè)計(jì)計(jì)算過程。2.將對

6、制作的移相器測試結(jié)果與設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果加以比較,計(jì)算誤差,分析產(chǎn)生誤差的原因。3.簡述對本實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識與體會(包括結(jié)果分析。格式如下:第1章方案設(shè)計(jì)與論證包含方案的比較,方案的正確性以及方案的優(yōu)良性。方案比較:有明確的比較實(shí)現(xiàn)的方案至少兩個(gè)以上,說明。正確性:設(shè)計(jì)的方案和電路要求正確合理。優(yōu)良程度:方案優(yōu)秀,或有特色。并且對各方案有較充分的在方案比較中,提出的方案只需用框圖(即功能模塊級,并說明每一個(gè)方案所具有的特點(diǎn),即方案具有的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),然后說明本設(shè)計(jì)所采用的方案,以及為什么采用此方案。設(shè)計(jì)的正確性和優(yōu)良程度主要是對采用的方案進(jìn)行評估。在原理框圖的基礎(chǔ)上,應(yīng)進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)、說明。將單元電路原理

7、圖剪貼到相應(yīng)部分。第2章理論計(jì)算理論計(jì)算要求完整、淮確。對方案論證與設(shè)計(jì)中的單元電路進(jìn)行必要的分析計(jì)算。標(biāo)明每個(gè)元器件的參數(shù)指標(biāo)(如電阻必須標(biāo)明阻值及功率、電容必須標(biāo)明容量及耐壓、選擇依據(jù),以及能否達(dá)到指標(biāo)的評估。對于定量測量系統(tǒng),需要進(jìn)行誤差分配及誤差分析,確保電路能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。第3章電路圖電路圖要保證完整性,即系統(tǒng)中各部分電路完整。電路圖要規(guī)范、清晰、工整、合乎標(biāo)準(zhǔn),最好用電路CAD軟件繪制。撰寫報(bào)告時(shí),第1章第3章相關(guān)部分也可合起來寫,至少單元電路圖應(yīng)插入到相關(guān)說明部分,最后還需附上一張或多張電路圖構(gòu)成的總圖。比較好的方法是方案分析與選擇為一章,具體實(shí)現(xiàn)的各模塊單元電路說明、分析與

8、計(jì)算為一章,相應(yīng)圖表貼于合適位置,最后附上總圖。第4章調(diào)試、測試方法與數(shù)據(jù)(1調(diào)試方法:列出調(diào)試什么項(xiàng)目、怎么調(diào)。必要時(shí),應(yīng)畫出儀器儀表連接圖,指明測試條件,即測試選擇原則。(2測試方法:列出測什么項(xiàng)目、怎么測。必要時(shí),應(yīng)畫出儀器儀表連接圖,指明測試條件,即測試選擇原則。(3列出所用的測試儀器名稱、型號規(guī)則、廠家名稱(若可能的話。正確選擇測試儀器是保證能得到可靠的測試結(jié)果的條件之一。(4測試數(shù)據(jù):根據(jù)測試方法及測試項(xiàng)目進(jìn)行測試,列表(必要時(shí)記錄測試結(jié)果。測試數(shù)據(jù)力求反映整個(gè)工作范圍。第5章結(jié)果分析根據(jù)設(shè)計(jì)要求及實(shí)際測量分析結(jié)果后的結(jié)論不可少。并做出相應(yīng)的結(jié)論。必要時(shí)可列表進(jìn)行,分析結(jié)果分析應(yīng)包

9、含對設(shè)計(jì)報(bào)告的評估、存在問題、產(chǎn)生問題的原因及解決辦法。七、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)步驟的建議1.建議采用RC串并聯(lián)電路(單學(xué)號做及RC雙T電路(雙學(xué)號做。2.建議電阻R值選用2k(4k、10k,確定電容取值范圍。3.確定測試線路圖4.確定測試儀器及安裝移相器所需器材。5.安裝與測試。6.分析測試結(jié)果是否符合要求,若不符合,確定修正設(shè)計(jì)計(jì)算,或調(diào)整電路,重新測試,直至符合為止。7.寫出綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告。八、驗(yàn)收要求每人一臺設(shè)備。當(dāng)場演示給老師看當(dāng)場將原始資料傳給老師。上交文件夾(仿真原文件、存放于word文檔中的仿真電路及仿真測量截圖命名要求:移相電路設(shè)計(jì)-姓名-學(xué)號(后兩位數(shù)實(shí)驗(yàn)參考： §3-5 選

10、頻網(wǎng)絡(luò)特性測試 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.熟悉文氏電橋電路和 RC 雙 T 電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其應(yīng)用。 2.學(xué)會用交流毫伏表和示波器測定以上兩種電路的幅頻特性和相頻 特性。 二、原理說明 1.文氏電橋電路 文氏電橋電路是一個(gè) RC 的串、并聯(lián)電路，如圖 3-5-1 所示。該電路結(jié)構(gòu)簡 單，被廣泛地用于低頻振蕩電路中作為選頻環(huán)節(jié)，可以獲得很高純度的正弦波電 壓。 用信號發(fā)生器的正弦輸出信號作為圖 3-5-1 的激勵信號 ui，并保持 ui 值不變 的情況下，改變輸入信號的頻率 f，用交流毫伏表或示波器測出輸出端相應(yīng)于各 個(gè)頻率點(diǎn)下的輸出電壓 Uo 值，將這些數(shù)據(jù)畫在以頻率 f 為橫軸，Uo 為縱軸的坐 標(biāo)

11、紙上，用一條光滑的曲線連接這些點(diǎn)，該曲線就是上述電路的幅頻特性曲線。 文氏電橋電路的一個(gè)特點(diǎn)是其輸出電壓幅度不僅會隨輸入信號的頻率而變， 而且還會出現(xiàn)一個(gè)與輸入電壓同相位的最大值，如圖 3-5-2 所示。 1 由電路分析得知，該網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為 = 3 + j ( RC - 1 RC U 1 1 時(shí)， = o = ，此時(shí) Uo 與 Ui 同相。由圖 3-5-2 可見 RC Ui 3 RC 串聯(lián)電路具有帶通特性。 當(dāng)角頻率 = 0 = 2.將上述電路的輸入和輸出分別接到雙蹤示波器的 YA 和 YB 兩個(gè)輸入端，改 變輸入正弦信號的頻率， 觀測相應(yīng)的輸入和輸出波形間的時(shí)延 及信號的周期 T， 則兩

12、波形間的相位差為 = × 360°= o - i （輸出相位與輸入相位之差）。 T 將各個(gè)不同頻率下的相位差 畫在以為 f 橫軸， 為縱軸的坐標(biāo)紙上，用光 滑的曲線將這些點(diǎn)連接起來，即是被測電路的相頻特性曲線，如圖 3-5-3 所示。 1 1 由電路分析理論得知，當(dāng) = 0 = ，即 f =f 0 = 時(shí)，=0，即 Uo 與 RC 2 RC Ui 同相位。 3. RC 雙 T 電路 RC 雙 T 電路如圖 3-5-4 所示。 由電路分析可知：RC 雙 T 網(wǎng)絡(luò)零輸出的條件為： 1 R1 = 1 R2 + 1 R3 ，C1+C2=C3 若選 R1=R2=R，C1=C2=C 則

13、 R3=R/2，C3=2C 該雙 T 電路的頻率特性為（令 0 = 1 ）； RC 當(dāng) = 0 = 1 時(shí)，輸出幅值等于 0，相頻特性呈現(xiàn)±90°的突跳。 RC 參照文氏橋電路的做法，也可畫出雙 T 電路的幅頻和相頻特性曲線，分別 如圖 3-5-5 和圖 3-5-6 所示。 由圖可見，雙電路具有帶阻特性。 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 序 號 1 2 3 4 名 稱 低頻信號發(fā)生器及頻率計(jì) 雙蹤示波器 交流毫伏表 選頻網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)板 0600V 型號與規(guī)格 數(shù) 量 1 1 1 1 HE-16 備 注 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 1.測量 RC 串、并聯(lián)電路的幅頻特性。 1）利用 HE-15 掛箱上“R

14、C 串、并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)”線路，組成圖 2-11-1 線路。 取 R=1k ，C=0.1µF。 2）調(diào)節(jié)信號源輸出電壓為的正弦信號，接入圖 2-11-1 的輸入端； 3）改變信號源的頻率 f（由頻率計(jì)讀得），并保持 Ui=3V 不變，測量輸出 電壓 Uo（可先測量 =1/3 時(shí)的頻率 f0，然后再在左右設(shè)置其它頻率點(diǎn)測量。） 4）取 R=200 ，C=2.2µF，重復(fù)上述測量。 f（Hz） R=1k C=0.1µF U （V） o f（Hz） R=200 C=2.2µF U （V） o 2.測量串、并聯(lián)電路的相頻特性 將圖 2-11-1 的輸入和輸出分別接至雙蹤示波器的和兩個(gè)輸入端，改變輸入 正弦信號的頻率，觀測不同頻率點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的輸入與輸出波形間的時(shí)延及信號的 周期。兩波形間的相位差為： f0 T（mS） R=1k C=0.1µF （mS） f0 T（mS） R=200 C=2.2µF （mS） 3.測量 RC 雙 T 電路的幅頻特性（參照步驟 1）。 4.測量