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 :_專業(yè)_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：_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10i IlCU3 -H1）反相數(shù)乘器U1U2R2 U1則有 :U2R1R12）同相數(shù)乘器10kI

2、MLF353由:U3U4則有 :U3（R4 R5）R4R4 R5U4R 4（2）積分微分器U1UR21）積分器：由 :則有： UR11R2R,（ 1 s&CJsC|UU 4U=-U31 12) 微分器：由 :則有：R C s1R(3 ) 加法器II OkHZZ_. link< V4|1 -有:U2 二-如土 5Ri R>2) 正向加法器U±+ U±= _U_±R3R 4f6則有 UR6*(R7R8) (U3 U4、由 :3U5R7R3(k 瓦)R7R7 R2、N階系統(tǒng)系統(tǒng)dndn 4dCon y(t) C idny y(t) III C n三

3、y(t) C ny(t) = dt dt dtd"d m 4dEo 亠 mX(t) E ldtX(t) 川 Em： x(t) ? Em X(t)dtdt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：Co SnY(s) C iSn Y(s) III Cn sY(s) C nY(s) 二E°Sm X(S ) Ei Sm X(S)? III - Emv SX(S ) Em X(s)則其傳函數(shù)可表達(dá)為 :H( s) = Y( s) = EoSmESm-Ml ES-Emim-iX(s)CoSn+C iSn-1 +H|+C n-i S + Cn3、作為一階系統(tǒng)，一般可表

4、達(dá)為:H 林 I。：C0s + G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7-1H(S )Ho1 sT其中HoR2,T=R2G"Ri則系統(tǒng)的頻響特性為 :H( j) 1 jTHo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：2SH（ s）= E° 2 ? E 2C0s2 +GS + C2在一階系統(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：圖 7-2 二階系統(tǒng)分析其傳遞函數(shù)表示為 :TT2H* 2TK

5、T1S -TT 2其中R- T1= RC1T2=R2C2K= 1Rx與標(biāo)準(zhǔn)的二階系統(tǒng)比較 :2'nHU 2 nS2n則有： 24T1Kn 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），并打開此模塊的電源開關(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)）： R

6、, 二 R2 = 10K ， G=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）打開函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的電源開關(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)）：R訐 R2二R2二R3二10K，G =103 ,C2 =473 。其中 Rx 的參數(shù)可以進(jìn)行選擇，可以為Rx =2K、 22K

7、、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V察系統(tǒng)200 Hz ，p-p 值為 5 ，用示波器觀的階躍響應(yīng)。五、數(shù)據(jù)記錄：1、一階系統(tǒng)的頻響測(cè)試：f/HZVpp1(v)Vpp2 x $f/HZVpp1(v)Vpp2 x $f/HZVpp1(v)Vpp2 x $f/HZVpp1(v)Vpp2 x $1002003004005006007004.964.964.964.964.964.964.964.16V2.96v2.40vP 1.84v1.68v1.44v1.28v5.20ms3.00ms2

8、.12ms1.72ms1.34ms1.12ms1.02ms8009001k1.2k1.4k1.6k1.8k4.964.964.964.964.964.964.961.04v960mv880mv688mv600mv536mv480mv880us760us660us584us528us464us408us2k3k4k5k6k7k8k4.964.964.964.964.964.964.96416mv284mv210mv178mv148mv128mv116mv360us232us180us144us124us106us91.2us9k10k4.964.96104mv92mv80.8us73.6us2、

9、二階系統(tǒng)的頻響測(cè)試： Rr=2Kf/HZ1005001kP 1.5k2k2.5k3kVpp1(v)5555555Vpp24.96v4.96v5.77vp 4.96v3.45v2.42v1.58v x10.0ms2.12ms1.15ms832us666us562us468us $f/HZVpp1(v)Vpp2 x3.5k4k4.5k5k5.5k6K6.5k55555551.18v882mv700mv562mv468mv386mv338mv410us110us98us92us86us78us76us $f/HZVpp1(v)Vpp2 x7K7.5k8K8.5k9k9.5k10k5555555280

10、mv248mv246mv200mv186mv162mv146mv72 us64 us62 us58us52us48us46 us $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)