電路的頻率特性實(shí)用課件

1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.測(cè)定無(wú)源線性電路的幅頻特性。 2.理解和掌握低通、高通、帶通和帶阻網(wǎng)絡(luò)的特 性。 3.應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真，加深電路的頻域特性理解。 實(shí)驗(yàn)原理 電路的頻域特性反映了電路對(duì)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： 2 1 U Hj U 1.低通電路 簡(jiǎn)單的RC濾波電路如圖5.13.1所示。當(dāng)輸入 為 ，輸出為 時(shí)，構(gòu)成的是低通濾波電路。因?yàn)?所以 1 U 2 U 11 2 1 1 1 UU U j Cj RC R j C 2 1 1 1 U HjHj Uj RC 2 1 1 H

2、j RC 圖5.13.1 低通濾波電路圖5.13.2 低通電路幅頻特性 其中： 是的幅頻特性。低通電路的幅頻特性如 圖 5.13.2所示。在 時(shí)， ， 即 。通常地 降低到 時(shí)的角 頻率 稱為截止頻率，記為 2 1 1 Hj RC 1 RC 1 0.707 2 Hj 2 1 0.707 U U 2 U 1 0.707U 0 Hj 2.高通電路 圖5.13.3是高通濾波RC電路。因?yàn)閳D5.13.3 高通 濾波電路 所以： 其中： 是傳輸特性中 H(j)中的幅頻特性。 電 路的截止角頻率： 1 21 11 Uj RC URU j RC R j C 2 1 1 Uj RC HjHj UjRC 0 1

3、 RC C R 1 U 2 U 圖5.13.3 高通濾波電路圖5.13.4 高能電路的幅頻特性 高通電路的幅頻特性如圖5.13.4所示 0 1HjRC 0 1Hj 當(dāng)，即低頻時(shí)， 當(dāng) ，即高頻時(shí)， 3.帶通電路 圖5.13.5所示的帶通濾波RC電路，它由高通 電路 和低通電路兩部分組成，如這兩個(gè)電路的截止頻 率 分別是 和 ，并且 ，則它的傳輸 特性 如圖5.13.6所示。 1 2 21 1 11 1 RC 2 22 1 R C 圖5.13.5帶通濾波RC電路圖5.13.6 帶通電路的幅頻特性 4.雙T電橋帶阻電路 圖5.13.7所示的雙T橋帶阻電路可等效成圖 5.13.8 所示的型電路。其中

4、 圖5.13.7 雙T橋帶阻雙口電路圖5.13.8 等效型雙口電路 2 11 2 ZR j C 32 ZZ 12 21 1 Rj RC Z RC 所以電路輸函數(shù)： 幅頻特性為： 截止角頻率： 它的傳輸特性如圖5.13.9所示。 2 2 3 2 113 1 14 UjRCZ HjHj UjZZ RCj RC 2 0 2 22 00 1 14 Hj 0 1 RC 圖5.13.9雙T橋電路幅頻特性 實(shí)驗(yàn)儀器 函數(shù)發(fā)生器1臺(tái) 晶體管毫伏表1臺(tái) 可調(diào)電阻箱2只 可調(diào)電容箱2只 RC電路實(shí)驗(yàn)板1塊 函數(shù)發(fā)生器 晶體管毫伏表 可調(diào)電阻箱 可調(diào)電容箱 RC電路實(shí)驗(yàn)板 實(shí)驗(yàn)步驟 1.測(cè)量低通濾波電路的幅頻特性。

5、 按圖5.13.1接線，圖中R8k，C=0.01F，輸 入信號(hào)為正弦信號(hào)，輸入信號(hào)的電壓為1V（有效值 ）。測(cè)量輸電壓及截止頻率，將數(shù)據(jù)填入表5.13.1內(nèi)。 f / Hz50100130150 fo 2003005008001k UO / V 表5.13.1 低通電路幅頻特性數(shù)據(jù)表 圖5.13.1低通濾波電路 C R 1 U 2 U 圖5.13.3 高通濾波RC電路 2.測(cè)量高通濾波電路的幅頻特性，按圖5.13.2 接 線，圖中R4k，C=0.1F，輸入信號(hào)為正弦信 號(hào)，輸入信號(hào)的電壓為1V（有效值）。測(cè)量輸電 壓 及截止頻率，將數(shù)據(jù)填入表5.13.2內(nèi)。 f / Hz5001k1.5k1.

6、8k2k fo 3k5k10k15k UO / V 表5.13.2 高通電路幅頻特性數(shù)據(jù)表格 3.測(cè)量帶通濾波電路的幅頻特性，按圖5.13.5接 線，圖中R18k，R2=4k，C1=0.01F， C2=0.1F，輸入信號(hào)為正弦信號(hào)，輸入信號(hào)的電 壓 為1V（有效值）。測(cè)量輸電壓及上限截止頻率和 下 限截止頻率，將數(shù)據(jù)填入表5.13.3內(nèi)。 f / Hz1050100150200 f1 300800 UO / V f / Hz1k2k3k f2 4k6k10k15k UO / V 表 5.13.3 帶通雙口電路幅頻特性數(shù)據(jù)表格 圖5.13.5帶通濾波RC電路 4.測(cè)量雙T橋的幅頻電路的幅頻電路。

7、 按圖5.13.7接線，圖中R1k，C=0.1F，輸 入 信號(hào)為正弦信號(hào)，輸入信號(hào)的電壓為1V（有效值） ，測(cè)量輸電壓及截止頻率。將數(shù)據(jù)填入表5.13.4 內(nèi)。 f / Hz100150200300400600800 UO / V f / Hz1k fo 2k4k10k15k20k UO / V 表5.13.4 帶阻雙口電路幅頻特性數(shù)據(jù)表格 圖5.13.7 雙T橋帶阻雙口電路 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1.在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上畫出幅頻特性曲線。 2.計(jì)算各電路的截止頻率并與理論值比較。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 1.在低通電路中，當(dāng)頻率低于 fo 時(shí)，電路處于 導(dǎo)通狀態(tài)，頻率高于 fo 時(shí)電路處于截止?fàn)顟B(tài)。 2.在高通電路中

8、，當(dāng)頻率低于 fo 時(shí)，電路處于 截止?fàn)顟B(tài)，頻率高于fo時(shí)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)。 3.在帶通電路中，當(dāng)頻率高于f1 、低于f2時(shí)，電 路處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)頻率低于f1或高于f2時(shí)電 路處于截止?fàn)顟B(tài)。 4.在帶阻電路中，當(dāng)頻率等于fo時(shí)，電路處于截 止?fàn)顟B(tài)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 1.測(cè)量網(wǎng)絡(luò)傳輸特性有什么意義？ 答：網(wǎng)絡(luò)傳輸函數(shù)表征了網(wǎng)絡(luò)對(duì)于不同頻率輸入時(shí)，其正弦 穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的性質(zhì)。 2.實(shí)驗(yàn)中的誤差有哪些因數(shù)引起的？ 答：實(shí)驗(yàn)中的誤差是由電路中電容和電阻的與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差 及接觸電阻引起的。 實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí) 預(yù)習(xí)要求 相關(guān)知識(shí)點(diǎn) 注意事項(xiàng) 預(yù)習(xí)要求 1.了解RC低通電路、高通電路、帶通電路及帶阻電路的頻率響 應(yīng)

9、特性。 2.了解截止頻率與電路參數(shù)的關(guān)系 。 3.復(fù)習(xí)函數(shù)發(fā)生器及萬(wàn)用表的使用方法 。 相關(guān)知識(shí)點(diǎn) 網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的定義和類型 零極點(diǎn)分布與時(shí)域分析 固有頻率 注意事項(xiàng) 1.每次改變頻率后，輸入信號(hào)的幅值保持不變。 2.交流毫伏表的“地”、功率函數(shù)發(fā)生器的“地”、 以及電路的“地”必須接在一起。 實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.測(cè)定無(wú)源線性電路的幅頻特性。 2.理解和掌握低通、高通、帶通和帶阻網(wǎng)絡(luò)的特性。 3.應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真，加深電路的頻域特性理解。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1.測(cè)量RC低通電路的幅頻特性。 2.測(cè)量RC高通電路的幅頻特性。 3.測(cè)量帶通電路的幅頻特性。 4.測(cè)量帶阻電路的幅頻特性。 三、實(shí)驗(yàn)

10、儀器、設(shè)備 函數(shù)發(fā)生器 1臺(tái) 晶體管毫伏表 1臺(tái) 可調(diào)電阻器2只 可調(diào)電容器2只 電阻、電容 各1只 四、實(shí)驗(yàn)用詳細(xì)電路圖 1.低通電路 2. 高通電路 3. 帶通電路 4. 帶阻電路 五、實(shí)驗(yàn)有關(guān)原理及原始計(jì)算數(shù)據(jù)，所應(yīng)用的公式 1.低通電路 當(dāng)輸入為 ，輸出為 時(shí)，構(gòu)成的是低 通濾波電路。因?yàn)?1 U 2 U 11 2 1 1 1 UU U j Cj RC R j C 所以： 2 1 1 1 U HjHj Uj RC 2 1 1 Hj RC 2.高通電路 所以： 其中： 1 21 11 Uj RC URU j RC R j C 2 1 1 Uj RC HjHj UjRC 2 1 RC Hj

11、 RC 3.帶通電路 帶通濾波RC電路，它由高通電路和低通電 路 兩部分組成，如這兩個(gè)電路的截止頻率分別是 和 ，并且 4.帶阻電路 電路輸函數(shù) 1 2 21 2 2 3 2 113 1 14 UjRCZ HjHj UjZZ RCj RC 則,幅頻特性為： 其中，截止角頻率 2 0 2 22 00 1 14 Hj 0 1 RC 六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 表5.13.1 低通電路幅頻特性數(shù)據(jù)表格 f / Hz1005001k1.5k fo 2k3k5k10k15k 1.955k UO / V0.9980.9760.8940.7960.7070.6990.5540.3580.180.12 表5.13.2

12、高通電路幅頻特性數(shù)據(jù)表格 f / Hz50150200250300 fo 5001k2k10k 387 UO/ V0.130.370.4620.5450.620.7070.7980.940.980.99 表 5.13.3 帶通雙口電路幅頻特性數(shù)據(jù)表格 f / Hz50100150200250300 f1 800 536 UO/ V0.130.240.3430.440.5060.5650.7070.74 f / Hz1k f2 2k3k5k10k15k 1.24k UO / V0.7370.7070.600.450.30.160.12 表5.13.4 帶阻雙口電路幅頻特性數(shù)據(jù)表格 f / Hz1

13、00150200300400600800 UO/ V0.9570.930.8930.7870.680.4870.33 f / Hz1k fo 2k4k10k15k20k 1.564k UO/ V0.240.0040.120.470.830.920.96 七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算 1. RC低通電路 o 6 11 1989.4 Hz 22 3.14 8000 0.01 10 f RC o 1955 Hzf 截止頻率 測(cè)量值 O 6 11 397.89 Hz 22 3.14 4000 0.1 10 f RC O 387 Hzf 2. RC高通電路 截止頻率 測(cè)量值 3.帶通電路： ， 4.帶阻電路： 截

14、止頻率 測(cè)量值 1 536Hzf 2 1.24 kHzf o 6 11 1591.55 Hz 22 3.14 1000 0.1 10 f RC 0 1554 Hzf 4.測(cè)量雙T橋的幅頻電路的幅頻電路。 按圖5.13.7接線，圖中R1k，C=0.1F，輸 入 信號(hào)為正弦信號(hào)，輸入信號(hào)的電壓為1V（有效值） ，測(cè)量輸電壓及截止頻率。將數(shù)據(jù)填入表5.13.4 內(nèi)。 f / Hz100150200300400600800 UO / V f / Hz1k fo 2k4k10k15k20k UO / V 表5.13.4 帶阻雙口電路幅頻特性數(shù)據(jù)表格 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 1.在低通電路中，當(dāng)頻率低于 fo 時(shí)，電路

15、處于 導(dǎo)通狀態(tài)，頻率高于 fo 時(shí)電路處于截止?fàn)顟B(tài)。 2.在高通電路中，當(dāng)頻率低于 fo 時(shí)，電路處于 截止?fàn)顟B(tài)，頻率高于fo時(shí)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)。 3.在帶通電路中，當(dāng)頻率高于f1 、低于f2時(shí)，電 路處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)頻率低于f1或高于f2時(shí)電 路處于截止?fàn)顟B(tài)。 4.在帶阻電路中，當(dāng)頻率等于fo時(shí)，電路處于截 止?fàn)顟B(tài)。 實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.測(cè)定無(wú)源線性電路的幅頻特性。 2.理解和掌握低通、高通、帶通和帶阻網(wǎng)絡(luò)的特性。 3.應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真，加深電路的頻域特性理解。 3. 帶通電路 4. 帶阻電路 六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 表5.13.1 低通電路幅頻特性數(shù)據(jù)表格 f / Hz1005001k1.5k fo 2k3k5k10k15k 1.955k UO / V0.9980.9760.8940.7960.7070.6990.5540.3580.180.12 表5.13.2 高通電路幅頻特性數(shù)據(jù)表格 f / Hz50150200250300 fo 5001k2k10k 387 UO/ V0.130.370.4620.5450.620.7070.7980.940.980.99 七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算 1. RC低通電路 o 6 11 1989.4 Hz 22 3.14 8000 0.01 10