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(chēng)： 信號(hào)與系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱(chēng)： 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(zhuān)業(yè)： 通信工程 指導(dǎo)教師： 報(bào)告人：學(xué)號(hào)： 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)乘器由: 則有：2）同相數(shù)乘器由： 則有：（2）積分微

2、分器1）積分器：由： 則有： 2）微分器：由： 則有： （3）加法器1）反向加法器有： 2）正向加法器 由： 則有 2、N階系統(tǒng)系統(tǒng) 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：則其傳函數(shù)可表達(dá)為：3、作為一階系統(tǒng)，一般可表達(dá)為： 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圖7-1 一階系統(tǒng)分析其傳遞函數(shù)表示為：其中 , 則系統(tǒng)的頻響特性為： 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： 在一階系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，它又多了一個(gè)系統(tǒng)極點(diǎn)

3、，本實(shí)驗(yàn)提供搭建的電路如下圖7-2：圖7-2 二階系統(tǒng)分析其傳遞函數(shù)表示為： 其中 與標(biāo)準(zhǔn)的二階系統(tǒng)比較：則有：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，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）推薦電路的參數(shù)如下（可以根據(jù)計(jì)算，選擇元件參數(shù)）：，。按照提供的電路和元件參數(shù)，搭建一階系統(tǒng)電路。 （3）

4、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Hz左右，峰峰值為5，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)）：，。其中的參數(shù)可以進(jìn)行選擇，可以為等(其中兩個(gè)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，p-p值為5，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/HZ

5、100200300400500600700Vpp1(v)4.964.964.964.964.964.964.96Vpp24.16V2.96v2.40v1.84v1.68v1.44v1.28vx5.20ms3.00ms2.12ms1.72ms1.34ms1.12ms1.02ms f/HZ8009001k1.2k1.4k1.6k1.8kVpp1(v)4.964.964.964.964.964.964.96Vpp21.04v960mv880mv688mv600mv536mv480mvx880us760us660us584us528us464us408us f/HZ2k3k4k5k6k7k8kVpp1

6、(v)4.964.964.964.964.964.964.96Vpp2416mv284mv210mv178mv148mv128mv116mvx360us232us180us144us124us106us91.2us f/HZ9k10kVpp1(v)4.964.96Vpp2104mv92mvx80.8us73.6us2、二階系統(tǒng)的頻響測(cè)試： Rr=2K f/HZ1005001k1.5k2k2.5k3kVpp1(v)5555555Vpp24.96v4.96v5.77v4.96v3.45v2.42v1.58vx10.0ms2.12ms1.15ms832us666us562us468us f/HZ3.

7、5k4k4.5k5k5.5k6K6.5kVpp1(v)5555555Vpp21.18v882mv700mv562mv468mv386mv338mvx410us110us98us92us86us78us76us f/HZ7K7.5k8K8.5k9k9.5k10kVpp1(v)5555555Vpp2280mv248mv246mv200mv186mv162mv146mvx72s64s62s58us52us48us46s 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)相頻特性一階系統(tǒng)幅頻特性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，其階躍響應(yīng)輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)頻率不同而不同，當(dāng)頻率低的時(shí)候