实验4 无源网络频率特性的测试(课外仿真实验)

− ϕ ui
网络传输特性
应用 |H(jω)|网 ω 网 络幅频特性构成滤 络幅频特性构成滤 波器， 波器，让一定频率 范围内的信号通过， 范围内的信号通过， 抑制或急剧衰减此 频率范围以外的信 号。根据对频率范 围的选择不同分为 低通(LPF) (LPF)、 低通(LPF)、 高通(HPF) (HPF)、 高通(HPF)、 带通(BPF) 带通(BPF) 与带阻(BEF (BEF) 与带阻(BEF)四种 幅频特性如图所示
实验5 实验 无源网络频率特性的测试
注：本实验采用电路仿真设计软件Multisimk 本实验采用电路仿真设计软件 课外完成相关实验内容
无源网络频率特性的测试
1 2 3 4 5
电子实验
实验 实验设备 实验 实验内 实验报告 实验报告 求
一、实验目的 1
2 2
掌握RC高 掌握 高、低通滤波电路特点 ;
f
1 1KHZ 2 3 4 5 6 7 891 1kHZ 10kHZ 2 3 4 5 6 7 891 10kHZ 100kHZ 2 20kHZ 200kHZ 100HZ 200HZ 300HZ 2KHZ 3KHZ 2kHZ 3kHZ 20kHZ 30kHZ
电子实验
掌握电路幅频和相频特性的测试方法; 掌握电路幅频和相频特性的测试方法;
3
进一步熟悉函数信号发生器、 进一步熟悉函数信号发生器、双踪示 波器、交流毫伏表的使用方法。 波器、交流毫伏表的使用方法。
学习Multisim软件，熟练电子 软件， 学习 软件 4 电路仿真、设计、分析。 电路仿真、设计、分析。
电子实验
RC高通特性测试 2. RC高通特性测试
C 2200P R
电子实验
毫伏表 示波器
～
us
1K
u0 毫 伏 表
示波器
测试电路如上图所示，电路输入正弦信号， 测试电路如上图所示，电路输入正弦信号，幅 值保持2V 有效值）不变, 2V（ 值保持2V（有效值）不变, 逐点改变信号源的频率 自行取值，10KHz-300KHz之间 之间) （自行取值，10KHz-300KHz之间)， 测量电路的幅 频和相频特性曲线，并将测量结果填入下表中。 频和相频特性曲线，并将测量结果填入下表中。
+ C ù1 R
电子实验
+ ù2 -
& U2 R jωRC H ( jω ) = = = & U1 R + 1 1 + jωRC jωC
RC高通电路 高通电路
ω / ω0 H(jω) = 1 + (ω ) 2 ω0
1 ω0 = RC
ϕ = 90o − arctg(ω ω )
0
RC高通滤波电路频率特性 RC高通滤波电路频率特性
幅频特性与相频特性曲线如图所示： 幅频特性与相频特性曲线如图所示：
电子实验
450
f0
电路网络相频特性
电子实验
信号通过电路以后， 信号通过电路以后，不但输出信号的幅度 会发生变化，而且随着输入信号频率的不同， 会发生变化，而且随着输入信号频率的不同， 相位的变化也不同。 相位的变化也不同。相移随频率而变化的关系 称为相频特性。 称为相频特性。 若u1= u1msinωt 则u2= u2msin(ωt+φ) ω ω φ为频率的函数，只要测出不同频率上的 为频率的函数， 为频率的函数 相位差，就可以得出电路的相频特性曲线。 相位差，就可以得出电路的相频特性曲线。 测量方法：双踪示波器逐点测量法， 测量方法：双踪示波器逐点测量法，通过 改变输入信号的频率， 改变输入信号的频率，逐点测出输出信号与输 入信号的相位差。 入信号的相位差。
基准
u 0.707u
3dB
101 102 103 104 105 106
f lgf
带宽可由输出电压 从最大值下降到0.707 从最大值下降到 倍时的频率来定义
工程上横轴采用对 数坐标 工程上横坐标也常用分贝(dB)表示 工程上横坐标也常用分贝 表示
fc
f0
电路网络相频特性 双踪示波法（截距法） 双踪示波法（截距法）测量相位差
示波器 毫伏表 ~ us
C=0.01uF
2C
两种滤波电路波形图
电子实验
带阻滤波器
带通滤波器
五、实验报告要求( 实验报告要求
电子实验
1. 用半对数坐标纸画出幅频和相频特性曲线， 用半对数坐标纸画出幅频和相频特性曲线， 并标出f 与理论值进行比较。 并标出 0值，与理论值进行比较。 2. 实验数据要有相关的数据处理表格，表中应注明 实验数据要有相关的数据处理表格， 测试条件及相关参量的值。 测试条件及相关参量的值。
实验测试方法实验测试方法-幅频特性
1、点频法双口网络的频率特性 点频法双口网络的频率特性
电子实验
选取一定数量的频率点， 选取一定数量的频率点，改变信号源的频率 输入电压保持恒定）， ），在各频率点处测量输 （输入电压保持恒定），在各频率点处测量输 出电压，根据测量数据， 出电压，根据测量数据，运用描点法绘出幅频 特性曲线。 特性曲线。 0dBv 对应V基准=1V dBv 对应V Vx Vx (dB) = 20 lg uo V基准 0dBm 对应V =0.775V dBm 对应V
(a）低通 （b）高通
电子实验
(c) 带通
（d）带阻
RC低通电路 RC低通电路
RC低通电路如图所示 RC低通电路如图所示
+ R
电子实验
+ C ù2 _
其传递函数为： 其传递函数为：
ù1
1 _ & 1 U2 jω C H ( jω ) = = = & U1 R + 1 1 + jωRC jω C
RC低通电路 RC低通电路
RC低通特性测试 1. RC低通特性测试
f(KHz) Uo(V) Φ f0/4 f0/2 f0 1.4 2f0 5f0 10f0
电子实验
附近因幅频、相频变化较快， 注：1.f0附近因幅频、相频变化较快，选点 应较密，其它点可稀疏一些。 应较密，其它点可稀疏一些。 2.判断 的正、 判断Φ (Uo相位前正 后负） 相位前正、 2.判断Φ的正、负。(Uo相位前正、后负）
H ( jω ) =
1 1 + (ω
ω0
)2
1 ω0 = RC
ϕ = −arctg(ω ω )
0
RC低通滤波电路频率特性 低通滤波电路频率特性
幅频特性与相频特性曲线如图所示： 幅频特性与相频特性曲线如图所示：
电子实验
f0
-450
f0
f0称为转折频率
RC高通电路 RC高通电路
RC高通电路如图所示 高通电路如图所示 其传递函数为： 其传递函数为：
电子实验 实验测试方法 如何用实验的方法测得双口网络的频率特性曲线？ 如何用实验的方法测得双口网络的频率特性曲线？
H(jω)
uo
点频法
ϕ(ω)
简化成φ( 与 的关系 简化成 ω)与f的关系
保持U 保持 i的电压值不变 简化成U 简化成 O与f的关系 的关系
幅频特性曲线
f ω
相频特性曲线
f
ω
测量电路的频率响应最直接的方法是逐点测量不 同频率点的电路增益， 同频率点的电路增益，然后给出增益对应频率的 曲线，这种方法叫逐点法 该法不仅是有效的， 逐点法。 曲线，这种方法叫逐点法。该法不仅是有效的， 并且能获得精确的结果，但太耗时。 并且能获得精确的结果，但太耗时。因此现代测 试技术采用扫描信号发生器来提高测量速度。 试技术采用扫描信号发生器来提高测量速度。 扫描信号发生器来提高测量速度
网络传输特性
电路输出电压与输入电压 的比值称为电路的传递函 的比值称为电路的传递函 数或转移函数。
+ U1(jω) _
电子实验
+
双口网络
U2(jω) _
U2 ( jω) jϕ(ω) H( jω) = = H( jω) e = H( jω) ϕ(ω) U1( jω)
|H(jω)|为网络的幅频。 |H(jω)|为网络的幅频。 为网络的幅频 ϕ (ω ) = ϕ uo 为网络的相频特性。 ϕ(ω)为网络的相频特性。
二、实验设备 直流稳压电源
电子实验
函数信号 发生器
元器件板
交流毫伏表
双踪示波器
电子电路实验环境：仪器、电路、信号、参数电子实验 电子电路实验环境：仪器、电路、信号、 提供 能源 周期 幅度 相位
频率 幅度
直流 参数
幅度 有效值
三、实验原理
1 3 5 6
电子实验
网络传输特性 RC低通滤波电路频率特性 低通滤波电路频率特性 RC高通滤波电路频率特性 高通滤波电路频率特性 电路网络相频特性
四、实验内容
RC低通特性测试 低通特性测试 RC高通特性测试 高通特性测试 测量双T网络的的幅频特性 测量双 网络的的幅频特性
电子实验
1 2 3
RC低通特性测试 1. RC低通特性测试
R 1K 毫伏表 示波器
电子实验
～
us
C ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ200P
u0 毫 伏 表
示波器
测试电路如上图所示，电路输入正弦信号， 测试电路如上图所示，电路输入正弦信号， 幅值保持2V 有效值）不变, 2V（ 幅值保持2V（有效值）不变, 逐点改变信号源的 频率（自行取值，10KHz-300KHz之间 之间) 频率（自行取值，10KHz-300KHz之间)， 测量电 路的幅频和相频特性曲线， 路的幅频和相频特性曲线，并将测量结果填入下 表中。 表中。
RC高通特性测试 2. RC高通特性测试
f(KHZ) U0(V) Φ 1.4
电子实验
附近因幅频、相频变化较快， 注：1.f0附近因幅频、相频变化较快，选点 应较密，其它点可稀疏一些。 应较密，其它点可稀疏一些。 2.判断 的正、 判断Φ 2.判断Φ的正、负。
测量双T网络的的幅频特性(选做) 3. 测量双T网络的的幅频特性(选做)
电子实验
X1 ϕ= × 360° X
注意：保持CH1、CH2的扫描时基线重合 注意：保持 、 的扫描时基线重合
电路频率响应测量：扫描（ 电路频率响应测量：扫描（频）法
电子实验
扫描正弦信号接到被测电路输入端， 扫描正弦信号接到被测电路输入端，被测电路输 出接到示波器的YA（ 出接到示波器的 （或YB）输入示波器的 ）输入示波器的X-Y 方式工作， 方式工作，扫描发生器的扫描电压驱动示波器的 水平轴，根据所需频率轴的形式， 水平轴，根据所需频率轴的形式，扫描信号发生 器可以分别以线性或对数方式扫描。 器可以分别以线性或对数方式扫描。当扫描发生 器进行频率扫描时，扫描电压幅度不变， 器进行频率扫描时，扫描电压幅度不变，但信号 频率随时间逐渐增加（线性或对数）， ），示波器即 频率随时间逐渐增加（线性或对数），示波器即 显示被测电路的输出， 显示被测电路的输出，用这种方式可将电路的全 部频率响应迅速地显示在示波器上。 部频率响应迅速地显示在示波器上。 扫描（ 扫描（频）法
RC低通特性仿真测试 1. RC低通特性仿真测试
XSC1
G T
电子实验
XBP1
IN
OUT
A
B
R1 1kOhm C1 2.2nF
XFG1
XMM1
XMM2
RC低通特性测试 1. RC低通特性测试
电子实验
CH1
R 1KΩ Ω
~
US
C 2200P u0
CH2
实验测试电路配置图
RC低通特性测试 1. RC低通特性测试
电子实验
电路如图所示， 电路如图所示，用逐点测量法测其幅频特 电路输入正弦信号，幅值保持2V(有效值) 2V(有效值 性，电路输入正弦信号，幅值保持2V(有效值) 不变,频率在50Hz 300kHz之间调整 50Hz～ 之间调整。 不变,频率在50Hz～300kHz之间调整。
R=10k
R C R/2 示波器 毫伏表