RC網(wǎng)絡(luò)頻率特性和選頻特性的研究綜合試驗

1、RC網(wǎng)絡(luò)頻率特性和選頻特性的研究（綜合實驗）實驗?zāi)康?學(xué)會已知電路性能參數(shù)的情況下設(shè)計電路（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)特點及選頻特性。、實驗設(shè)備（記錄所用設(shè)備的名稱型號編號）將實驗中自選的儀器設(shè)備和元件列表，并記錄型號、規(guī)格、數(shù)量和編號等序號名稱編號型號與規(guī)格數(shù)量備注1仿真軟件Mutualism12計算機(jī)P41三、實驗原理電路的頻域特性反映了電路對于不同的頻率輸入時，其正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的性質(zhì)，一般用電

2、路的網(wǎng)絡(luò)函數(shù) H（jJ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，又稱為電 壓傳輸特性。即：Hj）=u21低通電路簡單的電路。因為:低通濾波電路幅頻特性Ul，輸出為U2時，構(gòu)成的是低通濾波Ui圖431低通濾波電路圖RC濾波電路如圖431所示。4.3.2當(dāng)輸入為1Ui1 j RC所以:U21比H j=UTif rc=h j 04H (鬧匸:2Ji +gRC )H(jJ是幅頻特性，低通電路的幅頻特性如圖432所示，在川-1 RC時， H(j.)二仁二二0.707即，口 =0.707，通常U2降低到0.707山時的角頻率稱為截 止頻率，記為0。2.高通電路圖433是高通濾波 RC電路。0.70

3、7U2圖433高通濾波電路圖434高通濾波電路的幅頻特性U2U, j RCRjoC所以:其中H(jJ傳輸特性的幅頻特性。電路的截止頻率0 =1.RC高通電路的幅頻特性如 434 所示當(dāng)-.：:;-.0時，即低頻時H (妙 jRC «1當(dāng)m '' 0時，即高頻時，H (j國 |=1。3.研究RC串、并聯(lián)電路及RC雙T電路的頻率特性；圖11T所示的RC串、井聯(lián)電路的頻率特性:圏117其中幅頻特性為;IA(a) = 5相頻特性為:=- arctan帽頻特性和相頻特性曲線如圖11-2所示，幅頻特性呈帯通特性.當(dāng)角頻率tw=-!-；時 4仙）=2帆血）=0 , % RC3與”同

4、相，即電路發(fā)生諧振諧振頻率為f嚴(yán)一。 '° 2RC也就是說，當(dāng)信號頻率為人時，RC串、井聯(lián)電路的輸出電壓與氣輸入電壓同相.其大小是輸入電壓 的三分之一.這一特性稱為RC串、并聯(lián)電路的選頻 特性，該電路又稱為文氏電橋"測量頻率特性用逐點描繪法J圖11-3表明用盍流毫伏表和雙蹤示波器測 量RG網(wǎng)絡(luò)頻率特性的測試圖.在圖中.測量幅頻特性：保持信號源輸出莊壓【即RC網(wǎng)絡(luò)輸入電壓）匕恒定，改變頻率用交流毫伏表監(jiān)視井測量對應(yīng)的/?（?網(wǎng)絡(luò)輸出電壓計算岀他們的比值A(chǔ) =然后逐點描繪岀幅頻特性；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）匕恒定.改變頻率用交流毫伏表監(jiān)視0

5、,用雙蹤示波器觀察螞與卩波形*如圖14所示,若兩個波形的延時為口門 周期為7 ,則它們的相位差=然后逐點描示波器圖 IL-2繪出相頻特性a4.文氏電橋電路的結(jié)構(gòu)特點及選頻特性。011-6用同祥的方法可以測暈RC雙電路的幅頻特性，RC雙丁電路見圖1卜乩其幅頻特性具有帯阻特性如圖11-6W示口腫a 01/7THqI 山比口山畑E22-5四、實驗方法測量頻率特性用逐點描繪法”圖435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：保持信號源輸出電壓（即 RC網(wǎng)絡(luò)輸入電壓）Uj恒定，改變頻率f，用 交流毫伏表監(jiān)視Ui，并

6、測量對應(yīng)的RC網(wǎng)絡(luò)輸出電壓U。，計算出它們的比值 AUofUj , 然后逐點描繪出幅頻特性。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）Uj恒定，改變頻率f,用交流毫伏表監(jiān)視 Uj，用雙蹤示波器觀察 U。和Uj波形，如圖436所示，若兩個波形的延時 t，周期為T，則它們的相位差=360°江At/T ,，然后逐點描繪出相頻特性。五、實驗步驟及內(nèi)容1用逐點描繪法”測量低通濾波和高通濾波的幅頻特性和相頻特性。畫出具體實驗線 路，自擬表格，并記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。電路的截止頻率f° （按學(xué)號的最后兩位數(shù)為你設(shè)計的移相電路的工作頻率kHz，如某同學(xué)的學(xué)號為 200810501052

7、,其工作頻率為52kHz ）2自行設(shè)計 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)實驗原理。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)計計算元件值、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，如何設(shè)計測試電路，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， 進(jìn)行正常測試。六、實驗報告要求1 寫出主要設(shè)計計算過程。2將對制作的移相器測試結(jié)果與設(shè)計計算結(jié)果加以比較，計算誤差，分析產(chǎn)生誤差的原因。3簡述對本

8、實驗的認(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 實現(xiàn)的方案至少兩個以上，說明。 正確性：設(shè)計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 ），并說明每一個方案所具有的特 點，即方案具有的優(yōu)點和缺點，然后說明本設(shè)計所采用的方案，以及為什么采用此方案。 設(shè)計的正確性和優(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、 說明。將單元電路原理圖剪貼到相應(yīng)部分。第 2 章 理論計算理論計算要

9、求完整、 淮確。 對方案論證與設(shè)計中的單元電路進(jìn)行必要的分析計算。標(biāo)明每個元器件的參數(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。撰寫報告時，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， 具體實現(xiàn)的各模塊單元電路說明、 分析與計算為

10、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)試什么項目、怎么調(diào)。必要時，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：列出測什么項目、怎么測。必要時，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)測試方法及測試項目進(jìn)行測試，列表 （必要時 ）記錄測試結(jié)果。 測試數(shù)據(jù)力求反映整個工作范圍。第 5 章 結(jié)果分析 根據(jù)設(shè)計要求及實際測量分析結(jié)果后的結(jié)論不可少。 并做

11、出相應(yīng)的結(jié)論。 必要時可列表 進(jìn)行， 分析結(jié)果分析應(yīng)包含對 設(shè)計報告 的評估、 存在問題、 產(chǎn)生問題的原因及解決辦法。七、設(shè)計、實驗步驟的建議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 Q （4k Q、10k Q）,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)計計算，或調(diào)整電路，重新測 試，直至符合為止。7 寫出綜合實驗報告。八、驗收要求 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

12、路及仿真測量截圖）命名要求：移相電 路設(shè)計 -姓名-學(xué)號（后兩位數(shù)）實驗參考：§3-5選頻網(wǎng)絡(luò)特性測試一、實驗?zāi)康?熟悉文氏電橋電路和 RC雙T電路的結(jié)構(gòu)特點及其應(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。1、原理說明1文氏電橋電路21外產(chǎn)圖 5-1文氏電橋電路是一個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u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 個頻率點下的輸出

13、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)紙上，用一條光滑的曲線連接這些點，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特點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)一個與輸入電壓同相位的最大值，如圖3-5-2所示由電路分析得知，該網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為13 + j RC - V RC1U1當(dāng)角頻率 = 0 = 時，:=0 = -，此時Uo與Ui同相。由圖3-5-2可見RCi 3RC串聯(lián)電路具有帶通特性。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延 t及信號的周期T, 則兩波

14、形間的相位差為 =360 = o- ' i （輸出相位與輸入相位之差）。將各個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=f0=- 時，（|=0，即Uo與RC2 RCUi同相位。3. RC雙T電路RC雙T電路如圖3-5-4所示1尺&3i |11 N1*1 11II4£O40圖 3-54由電路分析可知：RC雙T網(wǎng)絡(luò)零輸出的條件為:1 R1 = - R2- R3，C什C2=C3若選 R1=R2=R， C1=C2=C

15、則 R3=R/2，C3=2C1該雙T電路的頻率特性為（令 o=）;RC1&+ 1 ) 1-鞏血=£丿曲=曾“晉歸？十丄(盼=1 3 丫+1 - 2R2C22iccC1- 丿凱丿%當(dāng)國=叫=1= 時，輸出幅值等于0,相頻特性呈現(xiàn)土 90°的突跳。RC圖 3-5-5參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、實驗設(shè)備序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1低頻信號發(fā)生器及頻率計12雙蹤示波器13交流毫伏表0 600V14選頻網(wǎng)絡(luò)實驗板1HE-16四、實驗內(nèi)容及步驟1. 測量RC串、并聯(lián)電路的

16、幅頻特性。1）利用HE-15掛箱上“ RC串、并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)”線路，組成圖2-11-1線路 取 R=1kQ，C=0.1 Fo2） 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 （由頻率計讀得），并保持 Ui=3V不變，測量輸出電壓Uo （可先測量3=1/3時的頻率fo,然后再在左右設(shè)置其它頻率點測量。）4）取R=200Q, C=2.2F,重復(fù)上述測量。R=1kQC=0.1 yFf (Hz)Uo (V)R=200QC=2.2 yFf (Hz)Uo (V)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輸入端，改變輸入 正弦信號的頻率，觀測不同頻率點時，相應(yīng)的輸入與輸出波形間的時延及信號的 周期。兩波形間的相位差為：R=1kQC=0.1 yFfoT (mS)t (mS)©R=200QC=2.2 yFfo