Transcript 网络的频率特性与谐振现象

第8章 网络的频率特性与谐振现象
8.1 一阶RC网络频率特性的测试
8.2 二阶RC网络频率特性的测试
8.3 RLC谐振电路特性的测试
8.1 一阶RC网络频率特性的测试
1. 实验目的
2. 实验原理简介
3. 实验仪器设备及元件
4. 预习要求
5. 实验内容
6. 实验报告要求
1. 实验目的
1) 了解一阶RC低通与高通滤波器的特点，掌握幅频特性与相频特性的测量方
法。
2) 掌握电容C在低通与高通网络中的不同作用。
2. 实验原理简介
图8.1 一阶RC网络
a)低通滤波器 b)高通滤波器
2. 实验原理简介
图8.2 一阶RC网络幅频与相频特性
a) 低通滤波器幅频特性 b) 低通滤波器相频特性
c) 高通滤波器幅频特性 d) 高通滤波器相频特性
3. 实验仪器设备及元件
函数信号发生器
双踪示波器
1MHz1台
20MHz1台
双通道交流电压表(双路毫伏表)100μV~300V，1MHz1台
交直流电路实验(接线)箱1台
电阻若干
电容若干
4. 预习要求
1) 复习第5章5.2节有关幅频特性与相频特性的测量方法。
2) 当图8.1a中R=2kΩ、C=0.033μF，图8.1b中R=1kΩ、C=0.033μF时，求低、高
通滤波器的fC值。
5. 实验内容
(1)低通与高通滤波器幅频特性的测试
(2)低通与高通滤波器相频特性的测试
(1)低通与高通滤波器幅频特性的测试
利用毫伏表的左通道始终监测端口电压以保持其不变。由低到高
粗略调整频率f，用右通道观测U2的变化，并确定U2的最大值U20；
细致调整频率f使U2=0.707U20，得到截止频率f′ C(用f′ C以区别
理论值fC ，下同)。分别向f′ C两边选择不同的频率f测量 U2，将
测量数据记入表8.1中。
(2)低通与高通滤波器相频特性的测试
表8.1 一阶RC网络测量数据
= /V
6. 实验报告要求
1) 整理实验数据，将实验中测出的截止频率与预习中的计算值比较，计算其
相对误差，分析误差产生的主要原因。
2) 根据表8.1的数据，用半对数坐标纸绘制一阶RC网络的幅频特性及相频特性
曲线。
8.2 二阶RC网络频率特性的测试
1. 实验目的
2. 实验原理简介
3. 实验仪器设备及元件
4. 预习要求
5. 实验内容
6. 实验报告要求
1. 实验目的
1) 了解与掌握网络函数与其频率特性的关系。
2) 了解与掌握RC串并联网络与双T形网络的选频特性。
3) 掌握幅频特性与相频特性的测试方法。
2. 实验原理简介
(1) RC串并联网络
(2) 双T形网络
(1) RC串并联网络
图8.3 RC串并联网络及其幅频与相频特性
a) RC串并联网 b) 幅频特性 c) 相频特性
(2) 双T形网络
(2) 双T形网络
图8.4 双T形网络及其幅频与相频特性
a) 双T形网络 b) 幅频特性 c) 相频特性
3. 实验仪器设备及元件
函数信号发生器
1MHz1台
双踪示波器20MHz1台
双通道交流电压表(双路毫伏表)100μV~300V，1MHz1台
交直流电路实验(接线)箱1台
电阻若干
电容若干
4. 预习要求
1) 复习RC串并联理论知识，掌握网络函数表达式(8.2)中多项式系数与频率特
性的关系。
2) 当图8.3所示RC串并联网络中R=2kΩ、C=0.01μF时，计算网络的中心频率f0
及上、下截止频率fC1、fC2。
3) 当图8.4所示双T形网络中R=1kΩ、C=0.01μF时，计算网络的中心频率f0及上、
下截止频率fC1、fC2。
5. 实验内容
(1) RC串并联网络幅频与相频特性的测试
(2) 双T形网络幅频与相频特性的测试
(1) RC串并联网络幅频与相频特性的测试
根据预习要求2)中给定的元件参数，参考图8.3连接实验电路，信
号源输出U1预置在1~3V之间。参照8.1节中介绍的方法改变f，使
用毫伏表测试RC串并联网络输出U2，使用双踪示波器测量周期T
以及U2与U1相位的时间差τ，将测试数据记入表8.2对应栏内。
(2) 双T形网络幅频与相频特性的测试
表8.2 二阶RC网络测试数据
= /V
6. 实验报告要求
1) 整理实验数据，将实验中测出的各中心频率f0、截止频率fC与预习中的计算
值比较，计算其相对误差，并分析误差产生的原因；
2) 根据表8.2的数据，用半对数坐标纸绘制RC串并联网络与双T形网络的幅频
特性及相频特性曲线。
8.3 RLC谐振电路特性的测试
1. 实验目的
2. 实验原理简介
3. 实验仪器与设备
4. 预习要求
5. 实验内容
6. 实验报告要求
1. 实验目的
1) 了解谐振现象，掌握RLC串并联电路的谐振条件及其特点。
2) 研究电路元器件参数对谐振电路特性的影响。
3) 掌握谐振曲线、通频带及品质因数的测量与计算方法。
2. 实验原理简介
1) 由电阻、电感与电容组成的RLC串联谐振网络，如图8.5所示。
2) 由电阻、电感与电容组成的RLC并联谐振网络，如图8.7所示。
2. 实验原理简介
图8.5 RLC串联谐振网络
1) 由电阻、电感与电容组成的RLC串联谐振网络，如图8.5所示。
1) 由电阻、电感与电容组成的RLC串联谐振网络，如图8.5所示。
图8.6 RLC串联谐振曲线
a)不同Q值的谐振曲线 b)不同Q值的通用谐振曲线
2) 由电阻、电感与电容组成的RLC并联谐振网络，如图8.7所示。
图8.7 RLC并联谐振网络
3. 实验仪器与设备
函数信号发生器
1MHz1台
双踪示波器20MHz1台
双通道交流电压表100μV ~300V 1MHz 1台
十进制电阻箱(1-10-100-1000-10000)Ω 1只
十进制电容箱(10-410-3-10-2-10-1)μF 1只
十进制电感箱0.1H
1只
4. 预习要求
1) 当图8.5所示串联谐振电路中L=0.1H、C=0.4μF时，计算谐振频率f0。
2) 下述实验内容中(见图8.9)的并联谐振电路，是利用电压源串联电阻R来等效
图8.7中的电流源。
5. 实验内容
(1) 观测RLC串联谐振现象
(2) 测量RLC串联谐振电路的幅频特性
(3)测量RLC串联谐振的相频特性
(4) 观测RLC并联谐振现象
(5) 测量RLC并联谐振的幅频特性
(1) 观测RLC串联谐振现象
图8.8 RLC串联谐振实验电路
(1) 观测RLC串联谐振现象
表8.3 测量RLC
/Ω
/Ω
(2) 测量RLC串联谐振电路的幅频特性
表8.4
=5V
(3)测量RLC串联谐振的相频特性
表8.5 测试串联谐振电路的相频特性记录表
(4) 观测RLC并联谐振现象
图8.9 RLC并联谐振实验电路
(4) 观测RLC并联谐振现象
表8.6 测量RLC并联谐振电路记录表
(5) 测量RLC并联谐振的幅频特性
表8.7
=5V
6. 实验报告要求
1) 整理实验数据，完成表8.3~表8.7的相应计算并判断；根据计算数据做出幅
频特性及相频特性曲线；根据式(8.13) 分别计算串、并联谐振回路的通频带Δf
及Q值。
2) 分别用式(8.11)及式(8.12)计算串联谐振回路的品质因数Q值，并结合1)中计
算的Q值，计算各Q值之间的误差并进行讨论。
3) 对预习中计算出的f0值与各实测的f值进行比较，计算相对误差并分析误差
产生的主要原因。