一階二階系統(tǒng)的幅頻特性測試

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，搭建一些簡單的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。2、學(xué)會(huì)測試系統(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觀測輸入1,通道2觀測TL084的輸出管腳1,兩根示波器線的黑夾子接模塊的GND。測試系統(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試表測試頻率幅頻特性的測量相頻特性的測量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