交流電路頻率特性的測定 一．實驗目的?1．研究電阻，感抗、容抗與頻率的關系，測定它們隨頻率變化的特性曲線；2．學會測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．學習使用信號源、頻率計和交流毫伏表。二．原理說明?1．單個元件阻抗與頻率的關系 測量元件阻抗頻率特性的電路如圖21—1所示，圖中的r是提供測量回路電流用的標準電阻，流過 被測元件的電流（IR、IL、IC）則可由r兩端的電壓 Uｒ除以r阻值所得，又根據上述三個公式，用被測元件的電流除對應的元件電壓，便可得到R、XL和XC的數值。 2．交流電路的頻率特性 由于交流電路中感抗XL和容抗XC均與頻率有關，因而，輸入電壓（或稱激勵信號）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（或稱響應信號）也會發(fā)生變化。這種電路響應隨激勵頻率變化的特性稱為頻率特性。 若電路的激勵信號為Ｅｘ（ｊω），響應信號為Rｅ（ｊω），則頻率特性函數為 式中，A（ω）為響應信號與激勵信號的大小之比，是ω的函數，稱為幅頻特性；     （ω）為響應信號與激勵信號的相位差角，也是ω的函數，稱為相頻特性。 在本實驗中，研究幾個典型電路的幅頻特性，如圖21－２所示，其中，圖（ａ）在高頻時有響應（即有輸出），稱為高通濾波器，圖（ｂ）在低頻時有響應（即有輸出），稱為為低通濾波器，圖中對應A＝0．707的頻率ｆC稱為截止頻率，在本實驗中用RC網絡組成的高通濾波器和低通濾波器，它們的截止頻率ｆC均為1／2πRC。圖（ｃ）在一個頻帶范圍內有響應（即有輸出），稱為帶通濾波器，圖中ｆC1稱為下限截止頻率，ｆC2稱為上限截止頻率，通頻帶BW＝ｆC2－ｆC1。 三．實驗設備 １．信號源（含頻率計）? ２．交流數字毫伏表? ３．ＥＥＬ—23組件（含電阻、電感、電容）或ＥＥＬ—52組件 四．實驗內容 １．測量Ｒ、Ｌ、Ｃ元件的阻抗頻率特性? 實驗電路如圖21—1所示，圖中：ｒ＝300Ω，R＝1ｋΩ，L＝15ｍH，C＝0.01μF。選擇信號源正弦波輸出作為輸入電壓ｕ，調節(jié)信號源輸出電壓幅值，并用交流毫伏表測量，使輸入電壓ｕ的有效值Ｕ＝２Ｖ，并保持不變。? 用導線分別接通Ｒ、Ｌ、Ｃ三個元件，調節(jié)信號源的輸出頻率，從１kHz逐漸增至２０KHz（用頻率計測量），用交流毫伏表分別測量ＵR、ＵL、ＵC和Ｕr，將實驗數據記入表21－1中。并通過計算得到各頻率點的R、XL和XC。  表21－1  Ｒ、Ｌ、Ｃ元件的阻抗頻率特性實驗數據 頻      率f(KHz) 1 2 5 10 15 20   R (k ) Ur(V)             IR(mA)=Ur/r             UR(V)             R=UR/IR               XL (k ) Ur(V)             IL(mA)=Ur/r             UL(V)             XL=UL/IL               XC (K ) Ur(V)             Ic(mA)=Ur/r             UC(V)             Xc=UC/Ic           ．高通濾波器頻率特性 實驗電路如圖21－3所示，圖中：R＝1ｋΩ，C＝0.022μF。用信號源輸出正弦波電壓作為電路的激勵信號（即輸入電壓） ｕｉ，調節(jié)信號源正弦波輸出電壓幅值，并用交流毫伏表測量，使激勵信號ｕｉ的有效值Ｕｉ＝２Ｖ，并保持不變。調節(jié)信號源的輸出頻率，從１kHz逐漸增至２０KHz（用頻率計測量），用交流毫伏表測量響應信號（即輸出電壓）ＵR，將實驗數據記入表21－2中。 表21－2    頻率特性實驗數據。? (ｋHz) 1 3 6 8    10    15    20 UR(V)               UC(V)               UO(V)              3．低通濾波器頻率特性 實驗電路和步驟同實驗2，只是響應信號（即輸出電壓）取自電容兩端電壓ＵC，將實驗數據記入表21－2中。 4．帶通濾波器頻率特性 實驗電路如圖21－4所示，圖中： R＝1ｋΩ，L＝15ｍH，C＝0.1μF。實驗步驟同實驗2，響應信號（即輸出電壓）取自電阻兩端電壓ＵO，將實驗數據記入表21－2中。   五．實驗注意事項 ? 1．交流毫伏表屬于高阻抗電表，測量前必須先調零。?   六．預習與思考題 ? 1．如何用交流毫伏表測量電阻R、感抗XL和容抗XC？它們的大小和頻率有何關系？ 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？如何測量？   七．實驗報告要求 ? 1．根據表21－1實驗數據，在方格紙上繪制Ｒ、XL、XC與頻率關系的特性曲線，并分析它們和頻率的關系。? 2．根據表21－1實驗數據，定性畫出Ｒ、Ｌ、Ｃ串聯電路的阻抗與頻率關系的特性曲  線，并分析阻抗和頻率的關系。? 3．根據表21－2實驗數據，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ｆC，并與計算值相比較；（2）說明它們各具有什么特點。 4．根據表21－2實驗數據，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ｆC1和ｆC2，并計算通頻帶BW。