Lab12频率特性暂态特性测量实验报告丁俐夫

实验报告课程名称：电路与电子技术基础实验指导老师：姚缨英成绩：实验名称：频率特性暂态特性测量实验类型：同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的1.测定并绘制频率特性曲线；2.获取幅频特性的特征量（截止频率、带宽、品质因数等）；3.谐振法测量器件参数。二、实验内容1.L=40mH，C=0.1F，R=100，(L=20mH,C=0.1F，R=100)，电路输入端接正弦信号源＜2V，测UR、UL、UC的幅频特性。（记录信号源空载时的输出电压值。至少测出f0，c1，c2以及谐振和截止频率处的Us，UL，UC，UR，ULC）2.测量谐振频率下信号源内阻，电感器等效参数3.比较Q，f0，I0的测量结果与理论值，并说明原因4.电路输入端接方波信号源。观测UR波形；什么条件下能够得到较理想的正弦波；通过信号源与输出信号频谱的区别加以分析说明。三、实验原理1.谐振频率与品质因数RCL串联电路如右图，当外加正弦激励稳压电源的大小不变，频率改变时，电路的等效阻抗或电流将随之改变。端口电压与电流同相时的角频率记做谐振角频率0，且0=1CL，并且称0L或者10wL为电路的特性阻抗，记做ρ，特性阻抗与电阻的比值称作端口网络的品质因数，记做Q。即Q=1LRC。2.理论计算对于L=20mH,C=0.1F，R=100的RLC串联电路，有0=3558.812717Hz。Q=4.47。3.调谐与判断谐振点的方法调谐即调节一个振荡电路的频率使它与另一个正在发生振荡的振荡电路发生谐振。在电路元件参数确定的情况下，改变信号源的频率即可。判断谐振点的方法如下：1)测量Ir的幅频特性，当Ir最小时发生谐振。2)利用示波器测量信号源和R上信号波形的相位差，信号源波形代表电压，R波形代表电流，二者专业：自动化姓名：丁俐夫学号：3140104040日期：2015/12/2地点：东三201同相时即为谐振。3)利用UR，ULC的幅频特性，UR最大或ULC最小时发生谐振。4.Us，UL，UC，UR，ULC的测量方法如图，利用示波器测量Us和Ur，利用光标测量示波器的A-B信号波形的峰峰值，即为ULC的最大值，同理，可测得Uc和UL。5.频率特性获得方法利用逐点测量，通过改变信号源频率，分别测出UL，Uc和Ur，描点作出幅频特性曲线即可。6.信号源内阻的估算理想状态下，谐振点频率下的ULC=0V，谐振时的I0=0A，但由于信号源内阻的影响并不成立。通过测量谐振点频率下的ULC和I0可以估算信号源内阻。7.方波提取正弦波的仿真仿真截图如下：输入一个方波，当频率为谐振频率时，电阻的输出信号为正弦波。对于方波，傅立叶变换可知它是由一个和其频率相同的正弦波和许许多多高频谐波合成后得到的，方波越理想化（就是指上升下降沿越陡），其高频谐波分量越多。RLC串联电路可以看做一个滤波器UR的频率特性具有很强的带通特性，即对于谐振频率0带通，其他高次谐波均被滤掉，只剩下一个基波分量，也就是这个正弦波。四、主要仪器设备交流毫伏表，数字万用表，信号源，双通道示波器五、实验步骤1.画出RLC串联电路的UR、UL、UC的幅频特性2.给出测量谐振频率下信号源内阻、电感器等效参数的线路图、测量数据与结果3.比较Q，f0，I0的测量结果与理论值，并说明原因4.给出从方波中提取正弦波的结果，理论（仿真）加以解释5.基于实验室的条件，设计一个测量非理想线圈（L与RL串联）与C并联的电路频率特性的实验，测量其谐振频率、带宽、品质因数、LC并联总电流六、实验数据记录和处理1.幅频特性测量f/Hz10001500200022002400260028002900300030503100UR/V0.3040.520.740.881.061.261.481.641.741.81.84UC/V4.645.1266.46.967.688.48.889.29.449.52UL/V0.320.961.842.43.123.924.965.56.326.67.04f/Hz31503200325033003350340034503500355036003700UR/V1.922.042.122.22.22.22.22.242.282.282.24UC/V9.689.769.849.889.9210.110.19.929.849.69.36UL/V7.447.688.088.48.89.049.449.69.89.9210.1f/Hz3800390039504000405041504250435045504850UR/V2.22.22.162.082.041.921.881.721.61.4UC/V8.88.3287.767.526.966.485.044.163.68UL/V10.210.210.210.19.929.689.448.647.927.522.谐振点分析通过相位判定法测得谐振频率约为3560Hz，测得谐振点峰峰值Us=3.28V，UL=9.8V，UC=-10.0V，UR=2.28V，ULC=1.08V。求得I0=22.8mA。信号源的开路电压峰峰值为Us0=4.24V现对这几个值进行分析，：Us0≠Us，因为信号源存在内阻，由00UsUsI的信号源内阻Rs=50.82Ω。ULC≠0，因为电感存在等效内阻，0UCLI得电感等效内阻为47.37Ω，等效电感为18.49mH。截止频率为2930Hz-4520Hz，带宽为10krad/s。3.Q，f0，I0的测量结果与理论值的比较分析Q的理论值为4.47，测量值为UcU=4.30。误差分析：R、L、C与标称值不符合，电感的等效电阻对R的干扰。f0的理论值为3558.8127Hz，测量值为3560Hz，相对误差仅为0.03%。误差存在可能是因为R、L、C与标称值不符合。I0的理论值应为0，测量值为22.8mA，原因是R、L、C与标称值不符合，电感的等效电阻对R的干扰，信号源存在内阻。4.L-r，C并联电路的测量将LC并联，L等效内阻r约为12Ω，再与10kΩ电阻串联，测量电阻两端电压，有最小值。最小值时的频率为3560Hz。截止频率为3160Hz-3940Hz，带宽为2.35krad/s5.方波中提取正弦波由于电路中各部分并非理想，滤波效果有所下降也因此输出正弦波并不是理想正弦波。而信号源输出方波存在运算放大电路与微分电路，外电路的振荡特性会影响信号源的输出，因此方波出现了失真。七、心得体会1.实验问题在做一阶暂态响应电路时，发现电容无法充电，即充电后会出现一小段响应，但是会逐渐降低，保持为零。后来发现，对于直流输入的响应来说，示波器必须用直流耦合。2.一些仿真(利用交流分析和波特仪的方法可以获得频率特性)1)非理想线圈交流分析的扫描2)频率特性曲线分析见仿真R=100ΩR=500ΩR=10Ω3)波特仪测试频率特性