深圳大學(xué)一階二階系統(tǒng)的幅頻特性測(cè)試試驗(yàn)匯編

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： 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:U1U2R1R2則有：U2R2U1R12）同相數(shù)乘器由：U3U4R4R4 R

2、5則有：U4U 3(R4 R5)R42）積分微分器U11）積分器：由：U2R11 / R2則有： U2 U1 R1(1 sR2C1)sC12）微分器：由：U 3U 41R1則有： U 4 U 3R1C1ssC1R1R2)3）加法器有： U 2R3(U0 U12）正向加法器由：由： UR7U3 U 4R3 R4U5R7 R8UR6則有 UR6* (R7 R8) (U3 U4)R7R3 R42、 N 階系統(tǒng)系統(tǒng)dnd n 1C0 dn y(t) C1dn1dtdtdmd m 1E0 dmx(t) E1dm1dtdty(t)Cn 1 d y(t ) Cn y(t)dtx(t)Em1d x(t) Em

3、x(t)dt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：C0snY(s) C1sn 1Y(s)C n 1sY(s) CnY(s)E0smX (s) E1sm 1X(s)Em 1sX (s) EmX(s)則其傳函數(shù)可表達(dá)為：H (s) Y(s) E0sm E1sm-1Em-1s EmH (s) X (s) C0sn C1sn-1Cn-1s Cn3、作為一階系統(tǒng)，一般可表達(dá)為：H (s) E0s E1C0s C1一階系統(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)特性的了其中解。本實(shí)驗(yàn)提供搭建的電路為圖7-1H(s)H01 sTH0R2R1,T R2C1則系統(tǒng)的頻響特性為：

4、H( j )H01 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)，其一般可表達(dá)為：2H(s) E0s22 E1s E2C0s2 C1s C27-2：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圖 7-2 二階系統(tǒng)分析K其傳遞函數(shù)表示為：T1T2H(s) 1 2 K s2 T1s1 T1T2其中R1K 1 T1 R1C1T2 R2C2Rx1 1 1 2 2 2與標(biāo)準(zhǔn)的二階系統(tǒng)比較：2nH(s) s2 2 ns2s 2 nsnnT1T2則有： 1 2T24T1Kn為無(wú)阻尼自然頻率，為二階

5、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 ，C1 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

6、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 ，C1 103,C2 473 。其中 R x的參數(shù)可以進(jìn)行選擇，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 5

7、V ，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)4.964.964.964.964.964.964.96Vpp24.16V2.96v2.40v1.84v1.68v1.44v1.28vx5.20ms3.00ms2.12ms1.72ms1.34ms1.12ms1.02msf/HZ8009001k1.2k1.4k1.6k1.8kVpp1(v)4.964.964.964.964.964.964.96Vpp21.04v960mv880mv688mv600mv536mv480mvx880us760us660us584u

8、s528us464us408usf/HZ2k3k4k5k6k7k8kVpp1(v)4.964.964.964.964.964.964.96Vpp2416mv284mv210mv178mv148mv128mv116mvx360us232us180us144us124us106us91.2usf/HZ9k10kVpp1(v)4.964.96Vpp2104mv92mvx80.8us73.6us2、二階系統(tǒng)的頻響測(cè)試： Rr=2Kf/HZ1005001k1.5k2k2.5k3kVpp1(v)5555555Vpp24.96v4.96v5.77v4.96v3.45v2.42v1.58vx10.0ms2.1

9、2ms1.15ms832us666us562us468usf/HZ3.5k4k4.5k5k5.5k6K6.5kVpp1(v)5555555Vpp21.18v882mv700mv562mv468mv386mv338mvx410us110us98us92us86us78us76usf/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