深圳大學(xué)一階、二階系統(tǒng)的幅頻特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

1、深圳大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱: 一階、二階系統(tǒng)的幅頻特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)學(xué)院：信息工程專業(yè)：通信工程指導(dǎo)教師:報(bào)告人一學(xué)號(hào)一班級(jí)：_實(shí)驗(yàn)時(shí)間：實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交時(shí)間：2015.6.23教務(wù)部制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：1、學(xué)會(huì)利用基本的運(yùn)算電路單元，搭建一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。2、學(xué)會(huì)測(cè)試系統(tǒng)的頻率響應(yīng)的方法。3、了解一階、二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特性。二、實(shí)驗(yàn)儀器1、信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)(主板)。2、線性系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)性模塊一塊。3、20M雙蹤示波器一臺(tái)。三、實(shí)驗(yàn)原理1、基本運(yùn)算單元(1)比例放大1)反相數(shù)乘器, U1U2R2U1由： 則有：U2R1R2R12)同相數(shù)乘器由：匹則有：U453dR4 R

2、4 R5R4(2)積分微分器1)積分器：由：U1-U2一則有： U2 U1RR11R(1 SR2C1)/ R2sC12）微分器：由:U3 T Sc1U4則有： U4U3RC1s（3）加法器1)-ll反向加法器LT有:U2R3(5RiUi)R2正向加法器由:U3R3 UU4R7R4U5R7R6則有U5R6*(R7R8)(U3 U4)R7R3R42、N階系統(tǒng)系統(tǒng)dn。力dtdmEo 小m X(t)dtR8CiEidndt ddtm ix(t)Cnidty(t)CnyEmid /1、 一 x(t) dtEmX(t)根據(jù)零狀態(tài)響應(yīng)（起始狀態(tài)為零），則對(duì)其進(jìn)行拉氏變換有:CoSnY(s)EoSmX (s

3、)GsniY(s) LEiSmiX(s) LCniSY(s) CnY(s)EmiSX(s) EmX(s)則其傳函數(shù)可表達(dá)為:Y(s)EoSmEiSm-iLEm-iSEmX(s)CoSnCiSn-iLCn-iSCn3、作為一階系統(tǒng)，一般可表達(dá)為:H(s) Cri一階系統(tǒng)是構(gòu)成復(fù)雜系統(tǒng)的基本單元，學(xué)習(xí)一階的特點(diǎn)有助于對(duì)一般系統(tǒng)特性的了解。本實(shí)驗(yàn)提供搭建的電路為圖7-1其中HoR2R1TR2C1H(jHo在搭建時(shí)要進(jìn)行元件的參數(shù)的合理設(shè)計(jì), 函數(shù)，設(shè)計(jì)出其它的一階網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。4、作為二階系統(tǒng)，其一般可表達(dá)為：實(shí)驗(yàn)中可以改變其參數(shù)，或者根據(jù)其傳遞H(s)E0s2 E1s E2C0s2 C1s C2在一階

4、系統(tǒng)的基礎(chǔ)上， 它又多了一個(gè)系統(tǒng)極點(diǎn)， 本實(shí)驗(yàn)提供搭建的電路如下圖7-2:其傳遞函數(shù)表示為:圖7-2二階系統(tǒng)分析H(s)T1s2s其中RiTiR1clT2R2c2與標(biāo)準(zhǔn)的二階系統(tǒng)比較:H(s)則有:2 nn為無(wú)阻尼自然頻率,為二階系統(tǒng)的阻尼系數(shù)。通過(guò)改變圖7-2中的電阻Rx,即可改變系統(tǒng)的阻尼系數(shù)。在搭建時(shí)要進(jìn)行元件的參數(shù)的合理設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)中可以改變其參數(shù)，或者根據(jù)其傳遞 函數(shù)，設(shè)計(jì)出其它的二階階網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、一階系統(tǒng)的頻響測(cè)試。(1)把線性系統(tǒng)綜合分析模塊插在主板上，用導(dǎo)線接通此模塊“電源接入”和主板上的電源(看清標(biāo)識(shí)，防止接錯(cuò)，帶保護(hù)電路) ，并打開(kāi)此模塊的電源開(kāi)關(guān)。(2)推薦

5、電路的參數(shù)如下(可以根據(jù)計(jì)算，選擇元件參數(shù))：R1 R2 10K ,Ci 103(或104)。按照提供的電路和元件參數(shù)，搭建一階系統(tǒng)電路。(3)打開(kāi)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的電源開(kāi)關(guān)，使其輸出一正弦信號(hào)，頻率為 1K Hz左右，峰 峰值為5V ,使其輸入到搭建電路的輸入端，在保持其幅度不變的情況下，改變其輸入 信號(hào)的頻率(以100 Hz 一個(gè)步進(jìn))，測(cè)試系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。(4)把輸入的正弦信號(hào)改成方波信號(hào)，觀察系統(tǒng)的階躍響應(yīng)。2、二階系統(tǒng)的頻響測(cè)試。(1)推薦電路參數(shù)如下(可以根據(jù)計(jì)算，選擇元件參數(shù))：R1 R2 R2 R3 10K ,I 223C1 103,C2 473。其中Rx的參數(shù)可以進(jìn)行

6、選擇，可以為Rx 2K、22K、33K等(其中兩個(gè)Rx同時(shí)改變，改變相應(yīng)參數(shù)，結(jié)果將有所不同)，按照上述參數(shù)和電路搭建電路。(2)從函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一方波信號(hào)，頻率為 200Hz , p-p值為5V ,用示波器觀 察系統(tǒng)的階躍響應(yīng)。五、數(shù)據(jù)記錄：1、一階系統(tǒng)的頻響測(cè)試：f/HZ100200300400500600700VPP1(v)4.964.964.964.964.964.964.96Vpp24.16V2.96v2.40v1.84v1.68v1.44v1.28v x5.20ms3.00ms2.12ms1.72ms1.34ms1.12ms1.02ms（|）f/HZ8009001k1.2k1.

7、4k1.6k1.8kVPP1(v)4.964.964.964.964.964.964.96Vpp21.04v960mv880mv688mv600mv536mv480mv x880us760us660us584us528us464us408us（|）f/HZ2k3k4k5k6k7k8kVPP1(v)4.964.964.964.964.964.964.96Vpp2416mv284mv210mv178mv148mv128mv116mv x360us232us180us144us124us106us91.2us（|）f/HZ9k10kVPP1(v)4.964.96Vpp2104mv92mv x80.8

8、us73.6us（|）2、二階系統(tǒng)的頻響測(cè)試：Rr=2Kf/HZ1005001k1.5k2k2.5k3kVPP1(v)5555555Vpp24.96v4.96v5.77v4.96v3.45vP 2.42v1.58v x10.0ms2.12ms1.15ms832us666us562us468us（|）f/HZ3.5k4k4.5k5k5.5k6K6.5kVPP1(v)5555555Vpp21.18v882mv700mv562mv468mv386mv338mv x410us110us98us92us86us78us76us（|）f/HZ7K7.5k8K8.5k9k9.5k10kVPP1(v)5555

9、555Vpp2280mv248mv246mv200mv186mv162mv146mv x72 u s64 口 s62 口 s58us52us48us46 口 s（|）六、數(shù)據(jù)分析1、一階系統(tǒng)的頻響測(cè)試。1）輸入為方波信號(hào)的階躍響應(yīng)2）輸入為正弦信號(hào)是的幅頻特性、相頻特性一階系統(tǒng)相頻特性2、二階系統(tǒng)的頻響測(cè)試。二階系統(tǒng)相頻特性二階系統(tǒng)幅頻特性六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論：1、在一階系統(tǒng)的頻響測(cè)試中，其幅頻特性是隨著頻率的增加，其輸出幅度先迅速 下降，緩慢下降，最后趨向于零；其相頻特性是隨著頻率的增加，其輸出信號(hào)與原信號(hào) 的相位差先迅速下降，再緩慢下降，最后趨向于 75度；2、在二階系統(tǒng)的頻響測(cè)試中，其幅頻特性是隨著頻率的增加，其輸出幅度先從6V緩慢下降，最后趨向于零；其相頻特性是隨著頻率的增加，其輸出信號(hào)與原信號(hào)的相位 差先線性增長(zhǎng)，再緩慢增加，最后趨向于160度；3、一階系統(tǒng)的輸入信號(hào)為正弦波，其階躍響應(yīng)輸出信號(hào)為正弦波；4、二階系統(tǒng)的輸入信號(hào)為方波，其階躍