一階二階系統(tǒng)的幅頻特性測(cè)試

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)試學(xué)院專業(yè)指導(dǎo)教師報(bào)告人學(xué)號(hào)：班級(jí):實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2019年5月20日星期一實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交時(shí)間：2019年5月24日星期五教務(wù)部制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、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)內(nèi)容1、根據(jù)要求搭建一階、二階實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。2、測(cè)試一階、二階系統(tǒng)的頻響特性和階躍響應(yīng)。三、預(yù)備知識(shí)1、復(fù)習(xí)電路相關(guān)知識(shí)2、系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和波特圖。四、實(shí)驗(yàn)儀器1、ELF-BOX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、電腦一臺(tái)。4、連線若干

2、。五、實(shí)驗(yàn)原理1、基本運(yùn)算單元（1）比例放大10kTL084TL084反向激橐正向技柔圖5-1比例放大電路1）反相數(shù)乘器由：U1=-R1UC2R2“RU則有：u=-2R12）冋相數(shù)乘器由：U-3=4U4R+R45一"U(R+R)則有：U=T414R4（2）積分微分器LOkLD43UR由"Z""Z"U由1O1U21TDULH3kIp-R有31由R7U2U4Ri10150iakLUsC1sCi+UU+R6U3UU1+r)2U)t)4/R2104TL084TL084積分微分電路圖5-2積分器:1)則有:微分器:2)(3)TL084TL084加法器電路

3、圖5-3則有2、N階系統(tǒng)系統(tǒng)214R4U5R+R7810kU=-URCs43112）正向加法器1）反向加法器加法器8(3+R3=U1R(1+sRC)1_U5R*(R+R)Q=67-R7則有：U21<11F37.-.TflSC字y(t)+C#y(t)+Cfy(t)+Cy(t)=0dtn1dtn-1nTdtndmdm-1dEx(t)+Ex(t)+Ex(t)+Ex(t)0dtm1dtm-1m-1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:CsnY(s)+Csn-1Y(s)+CsY(s)+CY(s)二01n-1nEsmX(s)+Esm-1X(s)+EsX(s)+EX(s)01m-1m則

4、其傳函數(shù)可表達(dá)為：H(s)=m-1+Cs+Cn-1nY(s)Esm+Esm-1+Es+E=01m_1mX(s)Csn+Csn-1+013、作為一階系統(tǒng)，一般可表達(dá)為：Es+EH(s)=o1Cs+C01一階系統(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5-4。<jMPUT|_|TL084圖5-4一階系統(tǒng)分析L04ClIIOUT>其傳遞函數(shù)表示為:H01+sT其中R2R1則系統(tǒng)的頻響特性為:H0-1+j®T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)，

5、其一般可表達(dá)為：Es2+Es+EH(s)=012Cs2+Cs+C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5-5：圖5-5二階系統(tǒng)分析K其傳遞函數(shù)表示為：H(s)=其中TT12丄丄Ks2+Ts+1TT12T=RCT=RC111222與標(biāo)準(zhǔn)的二階系統(tǒng)比較:“、2H(s)=-ns2+2-s+2nnTT'124TK'1®為無(wú)阻尼自然頻率，E為二階系統(tǒng)的阻尼系數(shù)。通過改變圖5-5中的電阻R，即可nx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)。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、一階系統(tǒng)的頻

6、響測(cè)試。（1）ELF-BOX實(shí)驗(yàn)箱插上電源線，打開電源開關(guān)，主板自檢。然后接上USB線，配合電腦裝上軟件。打開智能信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件，連接好串口，把“線性系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)K”插在主板上。注意，該模塊使用的是+12V,-12V和GND,所以電源端應(yīng)該對(duì)到左邊的電源孔，（2）推薦電路如圖5-4所示，參數(shù)如下（可以根據(jù)計(jì)算，選擇元件參數(shù)）：R=R=10K，12OiJpul11invellnginput12Nan-invertnginput!3Vcc*4Ncn-irwertingInpU25inpul2ELipul27J31J3J佃131211109BC=103（或104）。按照提供的電路和元件參數(shù)

7、，使用跳線搭建一階系統(tǒng)電路。為了避免實(shí)驗(yàn)室主板的電壓限制（0V-5V,超出范圍會(huì)削波），注意不要將TL084的管腳1與任何輸出端口相連。模塊上“TL084”是四運(yùn)放，管腳圖如5-7所示：Output*4inv已rtmginputs忖on-inverlinglnpul4Vcc"Ncn-irweriinglnpU3invertinginputaoutput3圖5-7TL084四運(yùn)放管腳圖（3）信號(hào)源通道1接進(jìn)輸入1,勾選-12v+12V，點(diǎn)擊POWER_OFF成POWER_ON，使連線生效。特別注意：如果在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)模塊連線錯(cuò)誤，必須點(diǎn)擊POWER_ON成POWER_OFF，并勾除+

8、12V-12V選項(xiàng)，點(diǎn)擊重置，等實(shí)驗(yàn)箱主板的綠色連線消失后才能重新連接跳線電路。打開函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，使其輸出一正弦信號(hào)，幅值為1V，偏置1V。在保持其幅度不變的情況下，改變其輸入信號(hào)的頻率。利用外部示波器通道1觀測(cè)輸入1,通道2觀測(cè)TL084的輸出管腳1,兩根示波器線的黑夾子接模塊的GND。測(cè)試系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。完成表5-1。表5-1系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性測(cè)試表測(cè)試頻率幅頻特性的測(cè)量相頻特性的測(cè)量f輸入信號(hào)峰峰值Vpp1輸出信號(hào)峰峰值Vpp2計(jì)算IH(jw)l=Vpp2/Vpp1相鄰兩個(gè)波峰之間的時(shí)間差A(yù)X計(jì)算相位差a=X2nf（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)。

9、2、二階系統(tǒng)的頻響測(cè)試。點(diǎn)擊POWER_ON成POWER_OFF，并勾除+12V-12V選項(xiàng)，點(diǎn)擊重置，等實(shí)驗(yàn)箱主板的綠色連線消失后，重新連接跳線電路。（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=R=R=R=10K，1223C二103,C二473。其中R的參數(shù)可以進(jìn)行選擇，可以為R=2K、22K、33K等（其中兩12xx個(gè)R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。x(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2V，用示波器觀察系統(tǒng)的階躍響應(yīng)。七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄(1)一階系統(tǒng)頻率f(Hz)Vpp1(V)Vpp2(V)Ax(ms)20

10、2.122.1624302.122.1216.8402.122.0813.6502.122.1610.4602.122.129.2702.1228802.121.767.4902.122.046.61002.122.251502.121.63.442002.161.382.962502.121.242.43002.121.122.23502.120.981.844002.120.921.64502.120.81.465002.120.881.345502.120.881.226002.120.761.146502.160.561.127002.120.581.047502.120.50.988

11、002.160.640.98502.120.660.869002.120.60.7929502.120.520.75210002.120.520.71215002.120.40.4620002.120.370.37225002.160.290.30430002.120.230.25635002.120.2540.2240002.120.2040.19245002.160.0960.16850002.160.0960.15255002.120.080.1460002.120.0720.12465002.160.20.11470002.120.160.08275002.120.1520.07280

12、002.160.1440.06685002.20.1440.06290002.120.1360.05495002.120.1360.056100002.120.1280.052(2)二階系統(tǒng)頻率f(Hz)Vpp1(V)Vpp2(V)Ax(ms)202.162.160302.122.160402.122.160502.122.080602.122.240702.122.160802.122.20902.22.1201002.122.1601502.242.3202002.122.0802502.122.1203002.162.20.163502.162.20.124002.122.240.145

13、02.122.240.15002.122.240.1045502.122.320.1046002.162.320.1046502.162.360.127002.162.320.127502.122.320.1448002.122.360.1288502.122.360.129002.162.520.1369502.22.520.12810002.122.440.13615002.122.320.15220002.121.60.15225002.21.120.15230002.160.80.13635002.120.5440.11840002.120.3920.1145002.120.3120.10250002.160.280.09455002.120.20.08460002.160.180.07465002.120.1520.0770002.120.1360.06875002.120.1160.06280002.120.1020.05885002.120.0920.05690002.120.0980.05495002.120.0740.052100002.120.09