深圳大学一阶、二阶系统的幅频特性测试实验教案资料.doc

深圳大学一阶、二阶系统的幅频特性测试实验

精品资料

深 圳 大 学 实 验 报 告

课程名称： 信号与系统

实验项目名称： 一阶、二阶系统的幅频特性测试实验

学院： 信息工程

专业： 通信工程

指导教师：

报告人： 学号： 班级：

实验时间：

实验报告提交时间： 2015.6.23

教务部制
一、实验目的与要求：
1、学会利用基本的运算电路单元，搭建一些简单的实验系统。
2、学会测试系统的频率响应的方法。
3、了解一阶、二阶系统的阶跃响应特性。
二、实验仪器
1、信号与系统实验箱一台（主板）
2、线性系统综合设计性模块一块。
3、20M双踪示波器一台。
三、实验原理
1、基本运算单元
（1）比例放大

1）反相数乘器
由: 则有：
2）同相数乘器
由： 则有：
（2）积分微分器

1）积分器：由： 则有：
2）微分器：由： 则有：
（3）加法器

1）反向加法器
有：
2）正向加法器
由： 则有
2、N阶系统系统

根据零状态响应（起始状态为零），则对其进行拉氏变换有：

则其传函数可表达为：

3、作为一阶系统，一般可表达为

一阶系统是构成复杂系统的基本单元，学习一阶的特点有助于对一般系统特性的了解。
本实验提供搭建的电路为图7-1

图7-1 一阶系统分析
其传递函数表示为：

其中 ,
则系统的频响特性为：

在搭建时要进行元件的参数的合理设计，实验中可以改变其参数，或者根据其传递函数，设计出其它的一阶网络系统。
4、作为二阶系统，其一般可表达为：

在一阶系统的基础上，它又多了一个系统极点，本实验提供搭建的电路如下图7-2：

图7-2 二阶系统分析
其传递函数表示为：
其中
与标准的二阶系统比较：

则有：
为无阻尼自然频率，为二阶系统的阻尼系数。通过改变图7-2中的电阻，即可改变系统的阻尼系数。
在搭建时要进行元件的参数的合理设计，实验中可以改变其参数，或者根据其传递函数，设计出其它的二阶阶网络系统。

四、实验内容：
1、一阶系统的频响测试。
（1）把线性系统综合分析模块插在主板上，用导线接通此模块“电源接入”和主板上的电源（看清标识，防止接错，带保护电路），并打开此模块的电源开关。
（2）推荐电路的参数如下（可以根据计算，选择元件参数）：，。按照提供的电路和元件参数，搭建一阶系统电路。
3）打开函数信号发生器的电源开关，使其输出一正弦信号，频率为Hz左右，峰峰值为5，使其输入到搭建电路的输入端，在保持其幅度不变的情况下，改变其输入信号的频率（以100 Hz一个步进），测试系统的幅频特性和相频特性。
（4）把输入的正弦信号改成方波信号，观察系统的阶跃响应。
2、二阶系统的频响测试。
（1）推荐电路参数如下（可以根据计算，选择元件参数）：，。其中的参数可以进行选择，可以为等(其中两个同时改变，改变相应参数，结果将有所不同)，按照上述参数和电路搭建电路。
（2）从函数信号发生器产生一方波信号，频率为，p-p值为5，用示波器观察系统的阶跃响应。
五、数据记录：
1、一阶系统的频响测试：
f/HZ
100
200
300
400
500
600
700
Vpp1(v)
4.96
4.96
4.96
4.96
4.96
4.96
4.96
Vpp2
4.16V
2.96v
2.40v
1.84v
1.68v
1.44v
1.28v
△x
5.20ms
3.00ms
2.12ms
1.72ms
1.34ms
1.12ms
1.02ms
△φ

f/HZ
800
900
1k
1.2k
1.4k
1.6k
1.8k
Vpp1(v)
496
4.96
4.96
4.96
4.96
4.96
4.96
Vpp2
1.04v
960mv
880mv
688mv
600mv
536mv
480mv
△x
880us
760us
660us
584us
528us
464us
408us
△φ

f/HZ
2k
3k
4k
5k
6k
7k
8k
Vpp1(v)
4.96
4.96
4.96
4.96
4.96
4.96
4.96
Vpp2
416mv
284mv
210mv
178mv
148mv

128mv
116mv
△x
360us
232us
180us
144us
124us
106us
91.2us
△φ

f/HZ
9k
10k
Vpp1(v)
4.96
4.96
Vpp2
104mv
92mv
△x
80.8us
73.6us
△φ

2、二阶系统的频响测试： Rr=2K
f/HZ
100
500
1k
1.5k
2k
2.5k
3k
Vpp1(v)
5
5
5
5
5
5
5
Vpp2
4.96v
4.96v
5.77v
4.96v
3.45v
2.42v
1.58v
△x
10.0ms
2.12ms
1.15ms
832us
666us
562us
468us
△φ

f/HZ
3.5k
4k
4.5k
5k
5.5k
6K
6.5k
Vpp1(v)
5
5
5
5
5
5
5
Vpp2
1.18v
882mv
700mv
562mv
468mv
386mv
338mv
△x
410us
110us
98us
92us
86us
78us
76us
△φ

f/HZ
7K
7.5k
8K
8.5k
9k
9.5k
10k
Vpp1(v)
5
5
5
5
5
5
5
Vpp2
280mv
248mv
246mv
200mv
186mv
162mv
146mv
△x
72µs
64µs
62µs
58us
52us
48us
46µs
△φ

六、数据分析
1、一阶系统的频响测试。
1）输入为方波信号的阶跃响应

2）输入为正弦信号是的幅频特性、相频特性
①一阶系统相频特性

②一阶系统幅频特性

2、二阶系统的频响测试。

① 二阶系统相频特性

②二阶系统幅频特性

六、实验结论：
1、 在一阶系统的频响测试中，其幅频特性是随着频率的增加，其输出幅度先迅速下降，缓慢下降，最后趋向于零；其相频特性是随着频率的增加，其输出信号与原信号的相位差先迅速下降，再缓慢下降，最后趋向于75度；
2、 在二阶系统的频响测试中，其幅频特性是随着频率的增加，其输出幅度先从6V缓慢下降，最后趋向于零；其相频特性是随着频率的增加，其输出信号与原信号的相位差先线性增长，再缓慢增加，最后趋向于160度；
3、 一阶系统的输入信号为正弦波，其阶跃响应输出信号为正弦波；
4、 二阶系统的输入信号为方波，其阶跃响应输出信号随输入信号频率不同而不同，当频率低的时候，输出信号呈方波；当输入频率高的时候，输出信号呈三角波。
指导教师批阅意见：

成绩评定：

指导教师签字：
年 月 日
备注：
注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。
2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。
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