1、廈門大學電子線路實驗實驗名稱單 RC 電路的研究系別電子信息類班號2013 級電子 2 班組別406實驗者 學號22920132203621實驗日期2014 年 10 月 29 日實驗環境溫度：26.9實驗環境濕度：64.1%實驗完成日期2014 年 10 月 31 日指導教師意見實驗目的1.2.3.研究單 RC低通電路、高通電路的幅頻特性；研究單 RC 電路對階躍信號的響應；進一步掌握信號發生器和示波器的應用。實驗原理濾波器的主要功能是對信號進行處理，保留信號中有用成分，濾除信號中的無用成分。按頻域特性分為低通、高通、帶通、帶阻濾波器；按時域特性分為有限沖激響應和無限沖激響應。1. 單 RC

2、的低通電路低通濾波器是容許低于截止頻率的信號通過，但高于截止頻率的信號不能通過的電子濾波裝置。讓某一頻率以下的信號分量通過，而對該頻率以上的信號分量大大抑制的電容、電感與電阻等器件的組合裝置。一階 RC 低通電路，該電路的電壓傳輸函數為：從電路分析K= =其中，fL=1/2RC 稱為上限頻率；大約為 1.6kHz 左右。|K|=，f=0 時，|K|=1， =0；f= 時，20lg|K|=20lg0.707=-3dB，=45；f 遠大于 時，|K| 0，-90相位角可以由示波器的測量數據中獲得。由于該電路只有一個獨立的儲能元件C，故稱為一階 RC 低通電路。根據電路定理，由圖 1 得：Vi=VR

3、+VC，當遠大于 Ti 時，則 Vi=VR,iR=VR/R=Vi/R。故 Vo=Vc=1/C1/C=可見，Vo 與 Vi 的積分成正比。故圖 1 電路稱為積分電路。當遠小于 Ti 時，Vo=VcVi,故圖 1 稱為直流耦合電路。2. 單 RC的高通電路高通濾波器是容許高于截止頻率的信號通過，但低于截止頻率的信號不能通過的電子濾波裝置。讓某一頻率以上的信號分量通過，而對該頻率以下的信號分量大大抑制的電容、電感與電阻等器件的組合裝置。一階 RC 高通電路由圖可知，高通電路的下限截止頻率為fL,0fL 為阻帶，fL為通帶，故它為一階 RC 高通濾波器。從電路分析，該電路的電壓傳輸函數為：其中，fL=

4、1/2RC 稱為下限頻率；大約為 2.3kHz 左右。，f10fL 時，20lg|K|=0dB,=0;f=fL 時，20lg|K|=20lg0.707=-3dBf0.1fL 時，20lg|K|=fL/f, 90一階 RC 低通和高通濾波電路對信號只有衰減作用，而沒有放大作用，故稱為無源濾波電路。根據電路定理，由圖 1 得：Vi=VR+VC，當遠小于 Ti 時，（Ti 為信號周期）即： R 遠小于 1/C，則 ViVC,由于 iC=CdVC/dt，故 VO=VR=icR=dVC/dtdVi/dt可見，Vo 與 Vi 的微分成正比。故圖 2 電路稱為微分電路。當遠大于 Ti 時， Vo=VRVi,

5、故圖 2 稱為交流耦合電路。3. RC的帶通電路將單 RC 低通和高通電路串聯，則帶通濾波器。4. 單 RC 電路對階躍信號的響應單 RC 電路對階躍信號的響應遵從過渡過程公式：t/X(t)=X()+X(0 )-X()e式中：=RC 稱為時間常數。過渡過程進行的時間與過渡過程進行的程度之間的關系，如表 1 所示：表 1：過渡過程進行的時間與過渡過程進行的程度之間的關系：實驗儀器1.2.3.4.5.1 臺1 臺1 臺1 臺1 臺直流穩壓電源數字函數信號發生器數字萬用表電子技術綜合實驗箱數字示波器實驗內容1. 低通濾波器（1）低通濾波器幅頻、相頻特性測量信號發生器輸出正弦信號（f VL=0V），雙

6、蹤示波器 CH2 接【調試】、占空比=50%，VP-P=5V、，CH1 接VO，按表 1 測量，畫出幅頻特性和相頻特性，定量畫出 2fH 時輸入和輸出波形的相位差。表 1：低通濾波器幅頻、相頻特性測試實驗數據誤差分析：（|1.6209-1.6|）/1.6 = 1.31%低通濾波器幅頻特性曲線圖fH(Hz)1.6209kHzf(Hz)0.01fH0.1fH0.5fH1fH2fH5fH10fHVO(V)5.0V5.0V4.4V3.6V2.1V1.0V600mV ( )1.5-7.6-31.2-49.6-66.8-75.0-80.0t22.3340.630.8650.900.950.980.995X

7、(t)-X(0 )/X()-X(0 )5低通濾波器相頻特性曲線圖2fH 時輸入和輸出波形的相位差注 1：幅頻特性測量方法電路幅頻特性和相頻特性可用頻率特性測試儀進量，也可用點頻量；利用電頻法測量為選取一定數量的頻率點，改變信號發生器的頻率（輸入電壓保持恒定），在各頻點處測量輸出電壓，根據測量數據，可畫出幅頻特性曲線（工程上，橫軸一般采用對數坐標）。注 2：相頻特性測量方法利用點頻法測量為選取一定數量的頻率點，改變信號發生器的頻率利蹤示波器測量輸入信號和輸出信號之間的相位差，測出 t，則 VO 滯后于 Vi 的相位差=360*t/T。根據測量數據，可畫出相頻特性曲線（工程上，橫軸一般采用對數坐標

8、）。（2）低通濾波器對階躍信號與非階躍信號的響應令輸入信號分別為、三角波（幅度為：VP-P=5V、VL=0V，占空比為：50%）。 取 Ti=10S(fi=100kHz)，則 Ti，電路為積分電路，觀察并畫出對應波形。對應波形最最低電平平均電平三角波2.523V2.458V2.4889V最最低電平平均電平2.547V2.426V2.4894V對應波形 取 Ti=10mS(fs=100Hz)，Ti，電路為直流耦合電路。觀察并畫出對應波形。對應波形最最低電平平均電平4.9V-400mV2.249V對應波形2. 高通濾波器（1）高通濾波器幅頻、相頻特性測量信號發生器輸出正弦信號（f VL=0V），雙

9、蹤示波器 CH2 接【調試】、占空比=50%,VP-P=5V、，CH1 接VO,按表 2 測量。畫出幅頻特性和相頻特性，定量畫出 2fL 時輸入和輸入波形的相位差。表 2：高通濾波器幅頻、相頻特性測試實驗數據誤差分析：（|2.1619-2.3|）/2.3 = 6.00%高通濾波器幅頻特性曲線fL(Hz)2.1619kHzf(Hz)0.01fL0.1fL0.5fL1fL2fL5fL10fLVO(V)54mV475mV2.17V3.38V4.3V4.8V4.8V ( )8883.461.342.424.515.09.3最最低電平平均電平三角波4.7V-200mV2.236V高通濾波器相頻特性曲線2

10、fL 時輸入和輸入波形的相位差（2）高通濾波器對階躍信號與非階躍信號的響應令輸入信號分別為、三角波（幅度為：VP-P=5V、VL=0V，占空比為：50%）。 取 Ti=6.6S(fi=150kHz)，則 Ts，電路為交流耦合電路，觀察并畫出對應波形。對應波形對應波形最最低電平平均電平三角波2.35V-2.47V-75.4mV最最低電平平均電平2.35V-2.55V-75.4mV 取 Ti=10mS(fi=100Hz)，Ti，電路為微分電路。觀察并畫出對應波 形。對應波形最最低電平平均電平4.5V-5.0V-239mV對應波形3. RC 分壓器在書中圖 4 電路中，Vi 用 f=1kHz、VP-

11、P=5V、VL=0V，占空比為：50%的輸入。調整電位器，觀察電路輸入、輸出波形并最佳補償、過補償、欠補償的工作情況。總結補償電路的補償規律。圖 4 RC 分壓器最佳補償對應波形最最低電平平均電平三角波73mV-76mV-2.51V上升時間：43.4us下降時間：51.5us過補償對應波形欠補償對應波形實驗誤差分析1.2.3.4.電阻的標稱阻值與實際值有偏差導致測量萬用表表頭接觸不良導致測量導線本身自帶電阻導致所連接的電路并非理想電路導線與面包板接觸不良導致測量出現誤差實驗小結本次實驗出現了幾個比較明顯的實驗操作驗。，但大體上還是能夠完成本次實1示波器的兩探頭的放大比例不同，在實驗過程中應合理選擇，例如在本實驗過程中將 CH2（1：10）接 Vi，CH1（1：1）接 Vi 或 Vo。2在進行讀數時應嚴格按照示波器上的示數，也應該與