交流電路頻率特性的測(cè)定

交流電路頻率特性的測(cè)定

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
1．研究電阻，感抗、容抗與頻率的關(guān)系，測(cè)定它們隨頻率變化的特性曲線；
2．學(xué)會(huì)測(cè)定交流電路頻率特性的方法；
3．了解濾波器的原理和基本電路；
4．學(xué)習(xí)使用信號(hào)源、頻率計(jì)和交流毫伏表。
二．原理說(shuō)明?
1．單個(gè)元件阻抗與頻率的關(guān)系

測(cè)量元件阻抗頻率特性的電路如圖21—1所示，圖中的r是提供測(cè)量回路電流用的標(biāo)準(zhǔn)電阻，流過(guò)

被測(cè)元件的電流（I_R、I_L、I_C）則可由r兩端的電壓

U_ｒ除以r阻值所得，又根據(jù)上述三個(gè)公式，用被測(cè)元件的電流除對(duì)應(yīng)的元件電壓，便可得到R、X_L和X_C的數(shù)值。

2．交流電路的頻率特性

由于交流電路中感抗X_L和容抗X_C均與頻率有關(guān)，因而，輸入電壓（或稱激勵(lì)信號(hào)）在大小不變的情況下，改變頻率大小，電路電流和各元件電壓（或稱響應(yīng)信號(hào)）也會(huì)發(fā)生變化。這種電路響應(yīng)隨激勵(lì)頻率變化的特性稱為頻率特性。

若電路的激勵(lì)信號(hào)為Ｅ_ｘ（ｊω），響應(yīng)信號(hào)為R_ｅ（ｊω），則頻率特性函數(shù)為

式中，A（ω）為響應(yīng)信號(hào)與激勵(lì)信號(hào)的大小之比，是ω的函數(shù)，稱為幅頻特性；

    （ω）為響應(yīng)信號(hào)與激勵(lì)信號(hào)的相位差角，也是ω的函數(shù)，稱為相頻特性。

在本實(shí)驗(yàn)中，研究幾個(gè)典型電路的幅頻特性，如圖21－２所示，其中，圖（ａ）在高頻時(shí)有響應(yīng)（即有輸出），稱為高通濾波器，圖（ｂ）在低頻時(shí)有響應(yīng)（即有輸出），稱為為低通濾波器，圖中對(duì)應(yīng)A＝0．707的頻率ｆ_C稱為截止頻率，在本實(shí)驗(yàn)中用RC網(wǎng)絡(luò)組成的高通濾波器和低通濾波器，它們的截止頻率ｆ_C均為1／2πRC。圖（ｃ）在一個(gè)頻帶范圍內(nèi)有響應(yīng)（即有輸出），稱為帶通濾波器，圖中ｆ_C1稱為下限截止頻率，ｆ_C2稱為上限截止頻率，通頻帶BW＝ｆ_C2－ｆ_C1。

三．實(shí)驗(yàn)設(shè)備

１．信號(hào)源（含頻率計(jì)）?

２．交流數(shù)字毫伏表?

３．ＥＥＬ—23組件（含電阻、電感、電容）或ＥＥＬ—52組件

四．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

１．測(cè)量Ｒ、Ｌ、Ｃ元件的阻抗頻率特性?

實(shí)驗(yàn)電路如圖21—1所示，圖中：ｒ＝300Ω，R＝1ｋΩ，L＝15ｍH，C＝0.01μF。選擇信號(hào)源正弦波輸出作為輸入電壓ｕ，調(diào)節(jié)信號(hào)源輸出電壓幅值，并用交流毫伏表測(cè)量，使輸入電壓ｕ的有效值Ｕ＝２Ｖ，并保持不變。?

用導(dǎo)線分別接通Ｒ、Ｌ、Ｃ三個(gè)元件，調(diào)節(jié)信號(hào)源的輸出頻率，從１kHz逐漸增至２０KHz（用頻率計(jì)測(cè)量），用交流毫伏表分別測(cè)量Ｕ_R、Ｕ_L、Ｕ_C和Ｕr，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表21－1中。并通過(guò)計(jì)算得到各頻率點(diǎn)的R、X_L和X_C。

 表21－1  Ｒ、Ｌ、Ｃ元件的阻抗頻率特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

．高通濾波器頻率特性

實(shí)驗(yàn)電路如圖21－3所示，圖中：R＝1ｋΩ，C＝0.022μF。用信號(hào)源輸出正弦波電壓作為電路的激勵(lì)信號(hào)（即輸入電壓）

ｕ_ｉ，調(diào)節(jié)信號(hào)源正弦波輸出電壓幅值，并用交流毫伏表測(cè)量，使激勵(lì)信號(hào)ｕ_ｉ的有效值Ｕ_ｉ＝２Ｖ，并保持不變。調(diào)節(jié)信號(hào)源的輸出頻率，從１kHz逐漸增至２０KHz（用頻率計(jì)測(cè)量），用交流毫伏表測(cè)量響應(yīng)信號(hào)（即輸出電壓）Ｕ_R，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表21－2中。

表21－2    頻率特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。?

3．低通濾波器頻率特性

實(shí)驗(yàn)電路和步驟同實(shí)驗(yàn)2，只是響應(yīng)信號(hào)（即輸出電壓）取自電容兩端電壓Ｕ_C，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表21－2中。

4．帶通濾波器頻率特性

實(shí)驗(yàn)電路如圖21－4所示，圖中： R＝1ｋΩ，L＝15ｍH，C＝0.1μF。實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)驗(yàn)2，響應(yīng)信號(hào)（即輸出電壓）取自電阻兩端電壓Ｕ_O，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表21－2中。

五．實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

?

1．交流毫伏表屬于高阻抗電表，測(cè)量前必須先調(diào)零。?

六．預(yù)習(xí)與思考題

?

1．如何用交流毫伏表測(cè)量電阻R、感抗X_L和容抗X_C？它們的大小和頻率有何關(guān)系？

2．什么是頻率特性？高通濾波器、低通濾波器和帶通濾波器的幅頻特性有何特點(diǎn)？如何測(cè)量？

七．實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

?

1．根據(jù)表21－1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在方格紙上繪制Ｒ、X_L、X_C與頻率關(guān)系的特性曲線，并分析它們和頻率的關(guān)系。?

2．根據(jù)表21－1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，定性畫出Ｒ、Ｌ、Ｃ串聯(lián)電路的阻抗與頻率關(guān)系的特性曲  線，并分析阻抗和頻率的關(guān)系。?

3．根據(jù)表21－2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在方格紙上繪制高通濾波器和低通濾波器的幅頻特性曲線，從曲線上：（1）求得截止頻率ｆ_C，并與計(jì)算值相比較；（2）說(shuō)明它們各具有什么特點(diǎn)。

4．根據(jù)表21－2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在方格紙上繪制帶通濾波器的幅頻特性曲線，從曲線上求得截止頻率ｆ_C1和ｆ_C2，并計(jì)算通頻帶BW。