东南大学电路实验电路频率特性EDA.docx
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东南大学电路实验电路频率特性EDA
东南大学电工电子实验中心
实验报告
课程名称：
电路实验
第四次实验
实验名称：
电路频率特性（EDA）
院（系）：
吴健雄学院专业：
电类强化班
姓名：
沙小仕学号：
********
实验室:
实验组别：
同组人员：
实验时间：
2011年12月2日
评定成绩：
审阅教师：
一、实验目的
1.掌握低通、带通电路的频率特性；
2.应用Multisim软件测试低通、带通电路频率特性及有关参数；
3.应用Multisim软件中的波特仪测试电路的频率特性。
二、实验原理
研究电路的频率特性，即是分析研究不同频率的信号作用于电路所产生的响应函数与激励函数的比值关系。
通常情况下，研究具体电路的频率特性，并不需要测试构成电路所有元件上的响应与激励之间的关系，只要研究又工作目的所聚顶的某个元件或支路的响应与激励的关系。
本实验主要研究一阶RC低通电路，二阶RLC低通、带通电路的频率特性。
三、实验内容
1．测试一阶RC低通电路的频率特性
a）建立电路
b）测试电路的截止频率f0
初测约为144.923KHz。
缩小测量范围，得到频率f0=144.687KHz，在H（jω）=0.707107063处，f0处相位角恰为-45Deg。
c）分别测试0.01f0、0.1f0、0.5f0、5f0、10f0、100f0所对应的H（）和Φ的值。
kf0
0.01f0
0.1f0
0.5f0
5f0
10f0
100f0
f
1.447K
14.468K
72.35K
723.446K
1.447M
14.471M
H（jω）
0.99995
0.99504
0.89440
0.19613
0.09949
0.00999
Φ/Deg
-0.573
-5.71
-26.567
-78.689
-84.29
-89.427
分别在Excel内画出H（jω）和Φ的图形得到一阶RC低通电路的幅频特性和相频特性曲线。
从理论上计算，
与测量的值十分相近，仅相差1Hz，由于将曲线缩小范围的十分小时，呈直线状，因此实际上此值也是有一定的随机性在内的，不过整体的误差还是十分小的。
从幅频特性曲线中也可以大致看出来，当log（f/f0）=0即f/f0=1时，网络函数取值大致为0.7，验证了截止频率的正确。
从相频曲线上可以看出，与纵坐标的交点值为-40度，不是-45度，这是由于曲线的拟合并不完全符合实际。
2．测试二阶RLC带通电路的频率特性和品质因数
1）R=50Ω
a）如图所示建立电路图
b）测上限截止频率和下截止频率
初测预估计频率范围
缩小范围，更精确测得下限截止频率30.18KHz，上限截止频率为38.149KHz，谐振频率为33.93KHz。
理论上，谐振频率为
，
，下限截止频率
，上限截止频率为
，所以
。
c）分别测试0.001f0、0.01f0、0.1f0、0.5f0、f下、f0、f上、5f0、10f0、100f0、1000f0所对应的H（jω）和Φ的值。
f/f0
0.001
0.01
0.1
0.5
f下
1
f上
5
10
100
1000
f
33.93
342.609
3.389K
16.959k
30.167k
33.93k
38.147k
169.962k
339.297k
3.393M
33.93M
H（jω）
234.52u
2.37m
23.654m
153.403m
706.10m
995.68m
707.460m
48.71m
23.69m
2.35m
234.54u
Φ/Deg
89.987
89.864
88.645
81.118
45.012
0.041
-44.911
-87.208
-88.643
-89.866
-89.987
根据测得数据在Excel内画图得幅频及相频曲线。
曲线与波特仪显示的图形相似。
2）R=200Ω
a）如图所示建立电路图
b）测谐振频率、上限截止频率和下截止频率
估测频率范围
缩小范围更精确地测得上限截止频率为21.562KHz，下限截止频率53.397KHz，谐振频率为33.94KHz。
理论上，谐振频率为
，
，下限截止频率
，上限截止频率为
，所以
。
c）分别测试0.001f0、0.01f0、0.1f0、0.5f0、f下、f0、f上、5f0、10f0、100f0、1000f0所对应的H（jω）和Φ的值。
f/f0
0.001
0.01
0.1
0.5
f下
1
f上
5
10
100
1000
f
33.936
339.365
3.394K
16.957K
21.562
33.94k
53.397K
169.742K
339.489
3.393M
33.93M
H（jω）
938.27u
9.38m
94.37
529.92m
707.13m
999.72m
707.10m
191.72m
94.29m
9.38m
938.17u
Φ/Deg
89.946
89.462
84.585
57.999
44.944
0.041
-44.998
-78,947
-84.589
-89.642
-89.946
幅频曲线与50Ω时相差不大。
相频曲线也与50Ω时差距不是十分的大，下面经过对比发现两者的差别。
3）50Ω与200Ω对比
将以上幅频、相频曲线画在同一张图中画出来。
发现200Ω电阻的电路Q值较小，因此BW较大，也就没有50Ω电阻电路的曲线那么陡峭，那么200Ω电阻电路的选频功能更好。
3．测试二阶RLC低通电路的频率特性和品质因数
a）建立如图所示电路图
b）测谐振频率
缩小横轴范围，更精确地测得谐振频率为：
f0=33.936KHz，最高点频率为fm=32.025KHz。
谐振频率的理论值为：
，
，最高点频率
。
实验值与理论值均比较接近，说明实验的误差十分的小。
c）分别测试0.001f0、0.01f0、0.1f0、0.5f0、f0、5f0、10f0、100f0所对应的H（jω）和Φ的值。
kf0
0.001f0
0.01f0
0.1f0
0.5f0
f0
5f0
10f0
100f0
f
33.93
339.304
3.926K
16.968K
33.936K
169.613K
339.297K
3.393M
H（jω）
1.000001
1.000089
1.012
1.273
2.130
41.50m
10.09m
100.05u
Φ/Deg
-0.027
-0.269
-3.149
-17.372
-90.031
-174.417
-177.287
-179.731
根据所测得的数据，画出幅频曲线以及相频曲线
相频曲线与纵坐标的交点为-90度，即为谐振点。
发现网络函数H有一个极大值点，那是因为Q>0.707，会有个峰值出现，而峰值并非谐振点，略大于谐振频率，从实验数据中也可以很好的看出这条性质。
从这里可以发现，Q值可以在一定程度上很好的描述网络函数H的曲线图，包括斜率、峰值等。
四、思考题
1．电路中输入信号源起什么作用？
改变信号源的参数对测试结果有无影响？
答：
信号源只是使得电路工作而已，网络函数H与电压源的参数并无关系，所以改变信号源的参数对测试结果无影响。
（注：
由于实验室的电脑word是2003版本只能识别doc格式，而实验报告是在office2010内编辑的默认为docx格式，也可以兼容保存为doc格式，但是2003中的公式编辑器不兼容2010创建的公式，因此保存为doc格式时报告内的公式就自动转换为图片了，导致分辨率十分不高，并非直接截图……）
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