晶体管特征频率的测量
晶体管特征频率的测量
晶体管特征频率t f 的测量定义为共射极输出交短路电流放大系数||β随频
率增加而下降到1小时的工作频率,它反映了晶体管共发射运用具有电流放大作用的频率极限,是晶体管的一个重要频率特性参数。t f 主要取决于晶体管的合理
的结构设计,但也与晶体管工作时的偏置条件密切相关。因而,晶体管的特征频率t f 是指在一定集团偏置条件下的测量值 。其测试原理通常采用“增益-带宽”
积的方法。
本实验的目的是掌握晶体管特征频率t f 的测试原理及测量方法,熟悉t f 分别随CE V 和E I 变化的规律,加深其与晶体管结构参数各工作偏置条件的理解,
为晶体管的频率特性设计,制造和应用奠定基础。
一、实验原理
共发射交流工作下,晶体管发射结电压周期性变化引起发射结,收集结空间电荷区的电荷和其区,发射区,收集区的少子,多子也随之不断重新分布,这种现象可视为势垒电容各扩散电容的充放电作用。势垒电容各扩散电容的充放电使由发射区通过基区传输的载流子减少,传输的电流幅度值下降,同时产生载流子传输的延时,加之载流子渡越收集结空间电荷区时间的影响,使输入,输出信号产生相移,电流放大系数β变为复数,并且其幅值随频率的升高 而下降,相位移也随频率的升高而增大,因此,晶体管共发射极交流短路放大系数β的幅值和相位移是工作频率的函数。
理论上晶体管共发射交流短路放大系数可表示为
β=b
b j jm ωωωωβ/1)/ex p(0+- (1) 其幅值和相位角随频率变化的有关系分别为 ||β=2/120
])/(1[ββf f + (2)
?=]/)/([ββωωωωm arctg +- (3)
可见,当工作频率f <<βf 时,0ββ≈,几乎与频率无关;
当f =βf 时,||β=0β/2, ||β下降3dB ;
当时,f >>βf ,||βf =0ββf 。根据定义,||β=1时的工作频率即为特征频
率T f ,则有T f =||βf =0ββf (4) 另外,当晶体管共基极截止频率a f <500MHz 时近似有T f ≈a f /(1+m),微波管中T f =a f 。所以关系式(26.4)表明当工作频率满足βf < 直接在||β=1的条件下测量T f 是比较困难的,而在工作频率满足βf < 晶体管原理课中分析了特征频率与晶体管结构等参数的基本关系。在一般情况下晶体管的收集结势垒电容远小于发射结势垒电容,如果再忽略寄生电容的影响,那么特征频率可以 图1电流放大系数与频率的关系 表示为: )2//(221Tc cs mc b b Te e T C r l v D W C r f ++++=-δχλπ -10 40 βf T f a f f )(,dB βα =)(2e d b e ττττπ+++ (5) 很明显,T f 是发射结电阻,基区宽度,势垒电容各势垒区宽度等的函数。而这些参数 虽然主要取决于晶体管的结构,但也与晶体管的工作条件有关,即工作偏置不同T f 也不等。因此。通常所说的某晶体管的特征频率是指在一定偏置条件下的测量值。图2(a )表示了CE V 等于常数时T f 随E I 的变化。图2(b )表示E I 等于常数时,T f 随CE V 的变化。这种变化是载流子传输时间随工作偏置改变所致。 将关系式e τ≈kT/q E I 代入式(5),得到 图2(a ) CE V E I 图 2(b) 1-T f =)1.( 2e d b Te E C I q kT τττπ+++ (6) 一般情况下,在收集极工作电压一定,E I T f 的测试装置如图26.3所示。其中信号源提供βf < 测管的输出信号进行放大,显示系统指示T f 值。显然显示系统表头指示的参数是经被测管放大了的信号源电流信号,但经测试前后的“校正”各“衰减”处理可转换成相应的||β值。其过程和原理如下,测前“校正”时被测管开路,基极和收集极插孔短接,旋转电流调节旋扭使T f 指示表头显示一定值,这样就预置了基极电流。插入被测管测试时T f 显示系统表头就指示了经被测管放大了的输入信号电流。由于测试过程中被测的基极电流仍保持在“校正”时的值,则取二者的比值就确定了||β,然后乘以信号频率即可得到晶体管的特征频率T f 。如果测试时取了一定的衰减倍率,那么计算||β时将预置的基极电流也缩小同样倍数其结果不会改变。 图3特征频率测试系统方框示意图 目前,T f 的测量多采用晶体管特征频率测试仪,尽管测试仪的型号不同,但都是依据增益-带宽积的原理而设计的,其结构框图仍可用图3表示,测量方法也基本与上述相同,差别在于测试仪“校正”时要预置基极电流使T f 显示表头满偏,这实际上是信号源输出一恒定其极电流。因此,测量时必须进行一定倍频的衰减,否则表头会因超满度而无法读出,有的测试仪其衰减倍率设置在仪器面板上,需要预先设定,而的有测试仪则将一定的衰减倍率设定在了仪器内部结构中,测试时无须考虑,正是由于测试仪信号源输给被测管的基极电流是其极电流是定值 ,所以在T f 显示表头上直接刻划出了||βf 值 ,T f 可以直接读出。另外,否则不同测试仪的测量范围不同,信号源频率不等,所含测试点频数量也可能不一样。如:QG-25型信号源测试频率固定为400MHz ,测试范围为400~4000MHz ;QG -16型信号源可以输出10MHz ,30MHz ,100MHz 三个测试频率,测试范围为100~1000MHz 等。使用哪种测试仪和选用哪个测试频率则要视T f 的范围根据βf < 二,实验内容 1.在规范CE V ,E I 偏置条件下测量所选晶体管的特征频率T f 2. CE V 置规范值,改变E I 测量T f ~E I 变化关系。 3. E I 置规范值,改变CE V 测量T f ~CE V 变化头条。 4.在被测管的发射结并接数pF 电容,观察变化。 5.求出被测管的Te C ,b τ+d τ+c τ的近似值。 6.改变测试频率重新进行1~4的实验。 三.实验的步骤 1.了解所用特征频率测试的测试范围,信号源的工作频率,熟悉使用方法,然后开机预热 。 2.选取被测晶体管样品,从器件手册查出其T f 的规范测试条件。 3.做好测量准备工作。 (1)确定信号源工作频率。 (2)校正测试仪,预置基极电流。 (3)将仪器置测量状态。 4.在规范偏置条件下测量样管的T f 。 5CE V .在规范值测量T f ~E I 关系 6. E I 在规范值测量T f ~CE V 关系 7.在被测管发射结并接pF 电容,重复4,5,6项工作。 8.将测试仪恢复到“准备”状态。 9.改变信号测试频率,重新进行4,5,6,7项实验。 四,数据处理和分析 1.将实验步骤4,5,6,7,9的测试及结果数据列表,并计算相应的||β值。 2.依实验数据分别给出T f ~CE V ,T f ~E I 和1/T f ~1/E I 关系曲线。 3.由1/T f ~1/E I 曲线计算出Te C ,b τ+d τ+c τ值。 4.对实验步骤5,6,7的相应曲线和测量数据进行简要理论分析。 五.思考题 1.特征频率测试原理是什么?在什么条件下成立? 2.影响特征频率的因素有哪些?试从晶体管设计,制造和使用方面分析讨论。 3.如果测试频率分别取f =3βf 和f =5βf ,理论上T f 的相对误差是多少? 4.若晶体管的T f 在两个测试频率的测量范围之内,应取哪一个测试频率?为什么? 实验四 控制系统频率特性的测试 一. 实验目的 认识线性定常系统的频率特性,掌握用频率特性法测试被控过程模型的原理和方法,根据开环系统的对数频率特性,确定系统组成环节的参数。 二.实验装置 (1)微型计算机。 (2)自动控制实验教学系统软件。 三.实验原理及方法 (1)基本概念 一个稳定的线性定常系统,在正弦信号的作用下,输出稳态与输入信号关系如下: 幅频特性 相频特性 (2)实验方法 设有两个正弦信号: 若以)(t x ω为横轴,以)(y t ω为纵轴,而以t ω作为参变量,则随t ω的变化,)(t x ω和 )(y t ω所确定的点的轨迹,将在 x--y 平面上描绘出一条封闭的曲线(通常是一个椭圆)。这 就是所谓“李沙育图形”。 由李沙育图形可求出Xm ,Ym ,φ, 四.实验步骤 (1)根据前面的实验步骤点击实验七、控制系统频率特性测试菜单。 (2)首先确定被测对象模型的传递函数, 预先设置好参数T1、T2、ξ、K (3)设置好各项参数后,开始仿真分析,首先做幅频测试,按所得的频率范围由低到高,及ω由小到大慢慢改变,特别是在转折频率处更应该多取几个点 五.数据处理 (一)第一种处理方法: (1)得表格如下: (2)作图如下: (二)第二种方法: 由实验模型即,由实验设置模型根据理论计算结果绘制bode图,绘制Bode图。 (三)误差分析 两图形的大体趋势一直,从而验证了理论的正确性。在拐点处有一定的差距,在某些点处也存在较大的误差。 分析: (1)在读取数据上存在较大的误差,而使得理论结果和实验结果之间存在。 (2)在数值应选取上太合适,而使得所画出的bode图形之间存在较大的差距。 (3)在实验计算相角和幅值方面本来就存在着近似,从而使得误差存在,而使得两个图形之间有差异 六.思考讨论 (1)是否可以用“李沙育”图形同时测量幅频特性和想频特性 答:可以。在实验过程中一个频率可同时记录2Xm,2Ym,2y0。 (2)讨论用“李沙育图形”测量频率特性的精度,即误差分析(说明误差的主要来源)答:用“李沙育图形”测量频率特性的精度从上面的分析处理上也可以看出是比较高的,但是在实验结果和理论的结果之间还是存在一定的差距,这些误差主要来自于从“李沙育图形”上读取数据的时候存在的误差,也可能是计算机精度方面的误差。 (3)对用频率特性测试系统数学模型方法的评测 答:用这种方法进行此次实验能够让我们更好地了解其过程,原理及方法。但本次实验的数据量很大,需要读取较多坐标,教学软件可以更智能一些,增加一些自动读取坐标的功能。 七.实验总结 通过本次实验,我加深了对线性定常系统的频率特性的认识,掌握了用频率特性法测试被控过程模型的原理和方法。使我把书本知识与实际操作联系起来,加深了对课程内容的理解。在处理数据时,需要进行一定量的计算,这要求我们要细心、耐心,作图时要注意不能用普通坐标系,而是半对数坐标系进行作图。 实验四 线性系统的频率特性 一、实验目的: 1. 测量线性系统的幅频特性 2. 复习巩固周期信号的频谱测量 二、实验原理: 我们讨论的确定性输入信号作用下的集总参数线性非时变系统,又简称线性系统。线性系统的基本特性是齐次性与叠加性、时不变性、微分性以及因果性。对线性系统的分析,系统的数学模型的求解,可分为时间域方法和变换域方法。这里主要讨论以频率特性为主要研究对象,通过傅里叶变换以频率为独立变量。 设输入信号)(t v in ,其频谱)(ωj V in ;系统的单位冲激响应)(t h ,系统的频率特性 )(ωj H ;输出信号)(t v out ,其频谱)(ωj V out ,则 时间域中输入与输出的关系 )()()(t h t v t v in out *= 频率域中输入与输出的关系 )()()(ωωωj H j V j V in out ?= 时间域方法和变换域方法并没有本质区别,两种方法都是将输入信号分解为某种基本单元,在这些基本单元的作用下求得系统的响应,然后再叠加。变换域方法可以将时域分析中的微分、积分运算转化为代数运算,将卷积积分变换为乘法;在信号处理时,将输入时间信号用一组变换系数(谱线)来表示,根据信号占有的频带与系统通带间的关系来分析信号传输,判别信号中带有特征性的分量,比时域法简便和直观。 三、实验方法: 1. 输入信号的选取 这里输入信号选取周期矩形信号,并且要求 τ T 不为整数。这是因为周期矩形信号具有丰富的谐波分量,通过观察系统的输入、输出波形的谐波的变化,分析系统滤波特性。周期矩形信号可以分解为直流分量和许多谐波分量;由于测量频率点的数目有限,因此需要排除谐波幅度为零的频率点,周期矩形信号谐波幅度为零的频率点是 Ω KT ,其中1=K 、2、3、… 。 图11.1 输入的周期矩形信号时域波形 t 半导体管特性图示仪的使用和晶体管参数测量 一、实验目的 1、了解半导体特性图示仪的基本原理 2、学习使用半导体特性图示仪测量晶体管的特性曲线和参数。 二、预习要求 1、阅读本实验的实验原理,了解半导体图示仪的工作原理以及XJ4810 型半导体管图示仪的各旋钮作用。 2、复习晶体二极管、三极管主要参数的定义。 三、实验原理 (一)半导体特性图示仪的基本工作原理 任何一个半导体器件,使用前均应了解其性能,对于晶体三极管,只要知道其输入、输出特性曲线,就不难由曲线求出它的一系列参数,如输入、输出电阻、电流放大倍、漏电流、饱和电压、反向击穿电压等。但如何得到这两组曲线呢?最早是利用图4-1 的伏安法对晶体管进行逐点测试,而后描出曲线,逐点测试法不仅既费时又费力,而而且所得数据不能全面反映被测管的特性,在实际中,广泛采用半导体特性图示仪测量的晶体管输入、输出特性曲线。 图4-1 逐点法测试共射特性曲线的原理线路用半导体特性图示仪测量晶体管的特性曲线和各种直流参量的基本原理是用图4-2(a)中幅度随时间周期性连续变化的扫描电压UCS代替逐点法中的可调电压EC,用图4-2(b)所示的和扫描电压UCS的周期想对应的阶梯电流iB来代替逐点法中可以逐点改变基极电流的可变电压EB,将晶体管的特性曲线直接显示在示波管的荧光屏上,这样一来,荧光屏上光点位置的坐标便代替了逐点法中电压表和电流表的读数。 1、共射输出特性曲线的显示原理 当显示如图4-3 所示的NPN 型晶体管共发射极输出特性曲线时,图示仪内部和被测晶体管之间的连接方式如图4-4 所示. T是被测晶体管,基极接的是阶梯波信号源,由它产生基极阶梯电流ib 集电极扫描电压UCS直接加到示波器(图示仪中相当于示波器的部分,以下同)的X轴输入端,,经X轴放大器放大到示波管水平偏转板上集电极电流ic经取样电阻R得到与ic成正比的电压,UR=ic,R加到示波器的Y轴输入端,经Y轴放大器放大加到垂直偏转板上.子束的偏转角与偏转板上所加电压的大小成正比,所以荧光屏光点水平方向移动距离代表ic的大小,也就是说,荧光屏平面被模拟成了uce-ic 平面. 图4-4 输出特性曲线显示电路输出特性曲线的显示过程如图4-5 所示 当t=0 时, iB =0 ic=0 UCE =0 两对偏转板上的电压均为零,设此时荧光屏上光点的位置为坐标原点。在0-t1,这段时间内,集电极扫描电压UCS 处于第一个正弦半波周期。 实验四 系统频率特性测量 一、实验目的 1.加深了解系统及元件频率特性的物理概念。 2.掌握系统及元件频率特性的测量方法。 二、实验仪器 1.EL-AT-II 型自动控制系统实验箱一台 2.计算机一台 三、实验原理 1.模拟电路图 若输入信号U1(t )=U1sin ωt,则在稳态时,其输出信号为U2(t )=U2sin (ωt+ψ),改变输入信号角频率ω值,便可测得二组U2/U1和ψ随ω变化的数值,这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。 图4-1为二阶系统的模拟电路图,它是由惯性环节、积分环节和比例环节组成。图4-2为图4-1的方框原理图,图中2321211 2 ,,C R T C R T R R K === 。 图4-1 二阶系统的模拟电路 图4-2 二阶系统原理图 由图4-1求得二阶系统的闭环传递函数为: 2 11 22 122 2112)()()(T T K T s s T T K K s T s T T K s U s U s ++=++== φ 典型二阶系统的闭环传递函数为: 2 2 22)(n n n s s s ωζωωφ++= 对比可得:21T T K n =ω,K T T 124=ζ 若令s T 2.01=,s T 5.01=,则K n 10=ω,K 625.0=ζ 由上式可知,调节开环增益K 的值,就能同时改变系统阻尼比ζ和无阻尼自然频率n ω的值,我们可以改变k 的值,令系统处于稳定状态下。 当625.0>K ,10<<ζ,系统处于欠阻尼状态,当625.0=K ,1=ζ,系统处于临界阻尼状态, 当625.0 东南大学自动化学院课程名称:自动控制原理实验 实验名称:系统频率特性的测试 姓名:学号: 专业:实验室: 实验时间:2013年11月22日同组人员: 评定成绩:审阅教师: 一、实验目的: (1)明确测量幅频和相频特性曲线的意义; (2)掌握幅频曲线和相频特性曲线的测量方法; (3)利用幅频曲线求出系统的传递函数; 二、实验原理: 在设计控制系统时,首先要建立系统的数学模型,而建立系统的数学模型是控制系统设计的重点和难点。如果系统的各个部分都可以拆开,每个物理参数能独立得到,并能用物理公式来表达,这属机理建模方式,通常教材中用的是机理建模方式。如果系统的各个部分无法拆开或不能测量具体的物理量,不能用准确完整的物理关系式表达,真实系统往往是这样。比如“黑盒”,那只能用二端口网络纯的实验方法来建立系统的数学模型,实验建模有多种方法。此次实验采用开环频率特性测试方法,确定系统传递函数。准确的系统建模是很困难的,要用反复多次,模型还不一定建准。另外,利用系统的频率特性可用来分析和设计控制系统,用Bode 图设计控制系统就是其中一种。 幅频特性就是输出幅度随频率的变化与输入幅度之比,即)()(ωωi o U U A =。测幅频特性时, 改变正弦信号源的频率,测出输入信号的幅值或峰峰值和输输出信号的幅值或峰峰值。 测相频有两种方法: (1)双踪信号比较法:将正弦信号接系统输入端,同时用双踪示波器的Y1和Y2测量系统的输入端和输出端两个正弦波,示波器触发正确的话,可看到两个不同相位的正弦波,测出波形的周期T 和相位差Δt ,则相位差0360??=ΦT t 。这种方法直观,容易理解。就模拟示波 器而言,这种方法用于高频信号测量比较合适。 (2)李沙育图形法:将系统输入端的正弦信号接示波器的X 轴输入,将系统输出端的正弦信号接示波器的Y 轴输入,两个正弦波将合成一个椭圆。通过椭圆的切、割比值,椭圆所在的象限,椭圆轨迹的旋转方向这三个要素来决定相位差。就模拟示波器而言,这种方法用于低频信号测量比较合适。若用数字示波器或虚拟示波器,建议用双踪信号比较法。 利用幅频和相频的实验数据可以作出系统的波Bode 图和Nyquist 图。 三、预习与回答: (1)实验时,如何确定正弦信号的幅值?幅度太大会出现什么问题,幅度过小又会出现什 么问题? 答:根据实验参数,计算正弦信号幅值大致的范围,然后进行调节,具体确定调节幅值时,首先要保证输入波形不失真,同时,要保证在频率较大时输出信号衰减后人能够测量出来。如果幅度过大,波形超出线性变化区域,产生失真;如果波形过小,后续测量值过小,无法精确的测量。 实验三 二阶开环系统的频率特性曲线 一.实验要求 1.研究表征系统稳定程度的相位裕度γ和幅值穿越频率c ω对系统的影响。 2.了解和掌握欠阻尼二阶开环系统中的相位裕度γ和幅值穿越频率c ω的计算。 3.观察和分析欠阻尼二阶开环系统波德图中的相位裕度γ和幅值穿越频率ωc ,与计算值作比对。 二.实验内容及步骤 本实验用于观察和分析二阶开环系统的频率特性曲线。 由于Ⅰ型系统含有一个积分环节,它在开环时响应曲线是发散的,因此欲获得其开环频率特性时,还是需构建成闭环系统,测试其闭环频率特性,然后通过公式换算,获得其开环频率特性。 自然频率:T iT K = n ω 阻尼比:KT Ti 2 1= ξ (3-2-1) 谐振频率: 2 21ξωω-=n r 谐振峰值:2 121lg 20)(ξ ξω-=r L (3-2-2) 计算欠阻尼二阶闭环系统中的幅值穿越频率ωc 、相位裕度γ: 幅值穿越频率: 24241ξξωω-+? =n c (3-2-3) 相位裕度: 4 24122arctan )(180ξξξω?γ++-=+=c (3-2-4) γ值越小,Mp%越大,振荡越厉害;γ值越大,Mp%小,调节时间ts 越长,因此为使 二阶闭环系统不致于振荡太厉害及调节时间太长,一般希望: 30°≤γ≤70° (3-2-5) 本实验所构成的二阶系统符合式(3-2-5)要求。 被测系统模拟电路图的构成如图1所示。 图1 实验电路 本实验将数/模转换器(B2)单元作为信号发生器,自动产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化(0.5Hz~16Hz ),OUT2输出施加于被测系统的输入端r (t),然后分别测量被测系统的输出信号的开环对数幅值和相位,数据经相关运算后在虚拟示波器中显示。 实验步骤: (1)将数/模转换器(B2)输出OUT2作为被测系统的输入。 (2)构造模拟电路:安置短路套及测孔联线表同笫3.2.2 节《二阶闭环系统的频率特性曲线测试》。 (3)运行、观察、记录: ① 将数/模转换器(B2)输出OUT2作为被测系统的输入,运行LABACT 程序,在界面 的自动控制菜单下的线性控制系统的频率响应分析-实验项目,选择二阶系统,就会弹出虚拟示波器的界面,点击开始,实验开始后,实验机将自动产生0.5Hz~16H 等多种频率信号,等待将近十分钟,测试结束后,观察闭环对数幅频、相频曲线和幅相曲线。 ② 待实验机把闭环频率特性测试结束后,再在示波器界面左上角的红色‘开环’或‘闭 实验名称控制系统的频率特性 实验序号实验时间 学生姓名学号 专业班级年级 指导教师实验成绩 一、实验目的: 研究控制系统的频率特性,及频率的变化对被控系统的影响。 二、实验条件: 1、台式计算机 2、控制理论计算机控制技术实验箱系列 3、仿真软件 三、实验原理和内容: .被测系统的方块图及原理被测系统的方块图及原理: 图—被测系统方块图 系统(或环节)的频率特性(ω)是一个复变量,可以表示成以角频率ω为参数的幅值和相角。 本实验应用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特性。 图—所示系统的开环频率特性为: 采用对数幅频特性和相频特性表示,则式(—)表示为: 将频率特性测试仪内信号发生器产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化,并施 加于被测系统的输入端[()],然后分别测量相应的反馈信号[()]和误差信号[()]的对数 幅值和相位。频率特性测试仪测试数据经相关器件运算后在显示器中显示。 根据式(—)和式(—)分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位,在半对数坐标纸 上作出实验曲线:开环对数幅频曲线和相频曲线。 根据实验开环对数幅频曲线画出开环对数幅频曲线的渐近线,再根据渐近线的斜率和转角频确定频率特性(或传递函数)。所确定的频率特性(或传递函数)的正确性可以由测量的相频曲线来检验,对最小相位系统而言,实际测量所得的相频曲线必须与由确定的 频率特性(或传递函数)所画出的理论相频曲线在一定程度上相符。如果测量所得的相位 在高频(相对于转角频率)时不等于-°(-)[式中和分别表示传递函数分子和分母 的阶次],那么,频率特性(或传递函数)必定是一个非最小相位系统的频率特性。 .被测系统的模拟电路图被测系统的模拟电路图:见图- 注意:所测点()、()由于反相器的作用,输出均为负值,若要测其正的输出点, 可分别在()、()之后串接一组的比例环节,比例环节的输出即为()、()的 正输出。 四、实验步骤: 在此实验中,利用型系统中的转换单元将提供频率和幅值均可调的基准正弦信 号源,作为被测对象的输入信号,而型系统中测量单元的通道用来观测被测环节的输出(本实验中请使用频率特性分析示波器),选择不同角频率及幅值的正弦信号源作 为对象的输入,可测得相应的环节输出,并在机屏幕上显示,我们可以根据所测得的 数据正确描述对象的幅频和相频特性图。具体实验步骤如下: ()将转换单元的端接到对象的输入端。 ()将测量单元的(必须拨为乘档)接至对象的输出端。 ()将信号发生器单元的和端断开,用号实验导线将端接至单元中的。 (由于在每次测量前,应对对象进行一次回零操作,即为对象锁零控制端,在这里,我们用的口对进行程序控制) ()在机上输入相应的角频率,并输入合适的幅值,按键后,输入的角频率开始闪烁,直至测量完毕时停止,屏幕即显示所测对象的输出及信号源,移动游标,可得 到相应的幅值和相位。 ()如需重新测试,则按“”键,系统会清除当前的测试结果,并等待输入新的角频率,准备开始进行下次测试。 ()根据测量在不同频率和幅值的信号源作用下系统误差()及反馈()的幅值、相 对于信号源的相角差,用户可自行计算并画出闭环系统的开环幅频和相频曲线。 实验数据处理及被测系统的对数幅频曲线和相频曲线 表实验数据(ωπ) 近代电子学实验之晶体管特性曲线测试电路 2、锯齿波:幅度0—10V连线可调,输出极性可变。 3、阶梯波:3—10阶连线可调。 4、电压—电流变换器:0.001<=I1<=0.2(mA),输出电流方向可变(每阶0.001<=Ib<=0.02(mA))。 实验设计的基本原理: 三极管特性曲线测量电路的基本原理: 晶体三极管为电流控制器件,他们特性曲线的每一根表示当Ib一定时Vc与Ic的关系曲线,一簇表示不同Ib时Vc与Ic的关系曲线的不同关系曲线,就称为单晶体三极管的输出特性曲线,所以在晶体三极管的基级加上阶梯电流源表示不同 Ib。在每级阶梯内测量集射极电压 Vc和集电极定值负载电阻上的电压 Vr,通过电压变换电路将 Vr换算成集电极电流 Ic, 以 Ic作为纵轴, Vc 为横轴, 在数字示波器上即可显示一条晶体管输出特性曲线。示波器的地线与测量电路地不可相通。即测量电路的稳压电源不能接大地。(因为示波器外壳已接大地) 晶体三极管特性曲线测量电路原理框图如下: 框图 在本测量电路中,两种波形的准确性直接影响到了输出曲线的好坏。故在实验中需准确调整主要电阻电容的参数。 电阻R10右边输出的波形就是脉冲方波,之后经过U6积分后,在U6的6脚即可输出锯齿波。 电路中,R5和C1的参数会直接影响到输出锯齿波的波形好坏,所以应注意参数。 2、阶梯波产生部分电路 产生阶梯波的原理: 阶梯波电路如下, 十进制同步计数器 (异步清零 ) 74ls161构成八进制计数器, 将比较器 U1 输出矩形波接至其脉冲端作为触发信号,进行计数。八进制计数器四位输出经过八位 DAC0832进行转换成八级阶梯波电压信号, 再经过放大电路进行放大。 电路中的与非门用于调节阶梯波的阶数,从而实现输出特性曲线中的曲线条数可调。由于74ls161的输出Q0—Q3是四个数的组合,对于该电路使用二输入端与非门作为闸门控制,那么可以得到3—10阶之间的任意数字的阶梯。譬如:Q1、Q0组合,分别接入与非门的两端,那么就可以得到3阶的阶梯波;若Q2、Q3组合,分别接到与非门的两端,即可得到10阶的阶梯波。 该阶梯波是下降的阶梯波,对于实验的结果是不会影响的。 电路图如下: 实验三-模拟一阶系统频率特性测试实验 实验三模拟一阶系统频率特性测试实验 一、实验目的 学习频率特性的测试方法,根据所测量的数据,绘制一阶惯性环节的开环伯德图,并求取系统的开环传递函数。 二、实验内容 利用频域法的理论,从一阶系统的开关频率特性分析闭环系统的特性。根据给定的一阶频域测试电路,使用所给的元器件搭建实验电路。利用信号发生器所产生的正弦波作为输入信号,用数字存储示波器观察并测量系统在不同频率输入信号的作用下,输出信号的幅值和相位变化情况。 1.频域分析法原理 频率特性的频域分析方法是一种图解分析方法,它根据系统的开环频率特性去判断闭环系统的性能,能够方便地分析系统中的参数对系统暂态响应的影响,从而找到改善系统性能的途径。 实验表明,对于稳定的线性定常系统,输入正弦信号所产生系统输出的稳态分量仍然是与输入信号同频率的信号,而幅值和相位的变化则是频率ω的函数。 因此,定义正弦信号输入下,系统的稳态输出与系统的输入之比为系统的频率特性,并记为 ) ()()(ωωωj U j Y j G = 式中,)(ωj G —系统的频率特性;)(ωj Y —系统的稳态输出;)(ωj U —系统的正弦输入 对一个线性系统来说,在正弦信号的作用下,系统的稳态输出仍然是一个正弦函数,其频率与输入信号的频率相同,一般情况下,输出的幅值小于输入幅值,输出的相位滞后于输入相位。当输入信号的幅值不改变而频率发生变化时,输出信号的幅值一般会随输入正弦信号频率增加而减小;相位滞后角度一般都会随输入正弦信号频率的增加而增加。 一阶模拟环节电路图如下图所示 R610k R710k R3 10k 10k R815k R110k R2 10k C1 1uF U c(t) U r(t) 其中F 1为惯性环节;F 2为放大环节(放大倍数K=5.1)。 这个系统的传递函数为: 实验二 模拟滤波器频率特性测试 一、实验目的 1、掌握低通无源滤波器的设计; 2、学会将无源低通滤波器向带通、高通滤波器的转换; 3、了解常用有源低通滤波器、高通滤器、带通滤波器、带阻滤波器的结构与特性; 二、预备知识 1、 学习“模拟滤波器的逼近”; 2、 系统函数的展开方法; 3、低通滤波器的结构与转换方法; 三、实验原理 模拟滤波器根据其通带的特征可分为: (1)低通滤波器:允许低频信号通过,将高频信号衰减; (2)高通滤波器:允许高频信号通过,将低频信号衰减; (3)带通滤波器:允许一定频带范围内的信号通过,将此频带外的信号衰减; (4)带阻滤波器:阻止某一频带范围内的信号通过,而允许此频带以外的信号衰减; 各种滤波器的频响特性图: 图2一1低通滤波器 图2一2高通滤波器 图2一3带通滤波器 图2一4带阻滤波器 在这四类滤波器中,又以低通滤波器最为典型,其它几种类型的滤波器均可从它转化而来。 1、系统的频率响应特性是指系统在正弦信号激励下系统的稳态响应随激励信号频率变化的情况。用矢量形式表示: ()()()j H j H j e φωωω= 其中:|H(j ω)|为幅频特性,表示输出信号与输入信号的幅度比随输入信号频率的变化关系;φ(ω)为相频特性,表示输出信号与输入信号的相位差随输入信号频率的变化关系。 2、H(j ω)可根据系统函数H(s)求得:H(j ω)= H(s)︱s=j ω因此,对于给定的电路可根椐S 域模型先求出系统函数H(s),再求H(j ω),然后讨论系统的频响特性。 3、频响特性的测量可分别测量幅频特性和相频特性,幅频特性的测试采用改变激励信号的频率逐点测出响应的幅度,然后用描图法描出幅频特性曲线;相频特性的测量方法亦可改变激励信号的频率用双踪示波器逐点测出输出信号与输入信号的延时τ,根椐下面的公式推算出相位差 ()2T τφωπ = 当响应超前激励时为 ()φω正,当响应落后激励时()φω为负。 四、实验原理图 图2一5实验电路 图中:R=38k Ω,C=3900pF ,红色框内为实验板上的电路。 五、实验内容及步骤: 将信号源CH1的信号波形调为正弦波,信号的幅度调为Vpp=10V 。 1、RC 高通滤波器的频响特性的测量: 将信号源的输出端(A)接实验板的IN1端,滤波后的信号OUT1接示波器的输入(B) 。根据被测电路的参数及系统的频特性,将输入信号的频率从低到高逐次改变十 次以上(幅度保持Vipp=10v) , 逐个测量输出信号的峰峰值大小(Vopp)及输出信号与输入信号的相位差 ,并将测量数据填入表一: 表一 2.RC 低通滤波器的频响特性的测量: 将信号源的输出(A)接实验板的IN2,滤波后的输出信号OUT2接示波器的输入(B) 。根据被测电路的参数及系统的幅频特性,将输入信号的频率从低到高逐次改变十 次以上(幅度保持Vipp=10v) , 逐个测量输出信号的峰峰值大小(Vopp) 及Φ(ω),并将测量数据填入表二: 表二 Vi(V) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 f(Hz) 150 200 300 350 400 450 500 550 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Vo(v) 1.44 1.2 1.26 2.96 3.28 3.60 4 4.24 6.60 7.44 8.00 8.40 8.72 8.76 8.88 φ(ω)(10 -2 ) 5.024 3.768 1.884 1.6328 1.5072 1.256 1.1304 1.0048 0.3768 0.1884 0.11304 0.08792 0.05024 0.04396 0.03768 Vi(V) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 实验七典型系统的频率特性测试 一. 实验目的 1 ?掌握测量典型一阶系统和二阶系统频率特性曲线的方法; 2. 掌握软件仿真求取一阶和二阶系统开环频率特性的方法。 二. 实验内容 1?搭建一阶惯性环节,绘制其频率特性曲线; 2?搭建典型二阶环节,绘制其频率特性曲线; 3. 用软件仿真求取一阶和二阶系统频率特性曲线,跟实验结果加以比较。 三. 实验步骤 在实验中观测实验结果时,可选用普通示波器,也可选用本实验台上的虚拟示波器。 如果选用虚拟示波器, 只要运行ACES 程序,选择菜单列表中的相应实验项目, 再选择 开始实验,就会打开虚拟示波器的界面,点击开始即可使用本实验台上的虚拟示波器 CH1、 CH2两通道观察被测波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。 1. 一阶惯性环节的频率特性 实验中所用到的功能区域: 信号源、虚拟示波器、实验电路 图1-7-1 一阶惯性环节模拟电路 (1) 设置信号源: 将信号源区的正弦波端子与实验电路 A1的“ IN13”端子相连接,可根据需 求拨动频率选择开关,选择不同频率段“ 8Hz ?0.16Hz ”或“ 400Hz ?6Hz ”。 (2) 搭建一阶惯性环节模拟电路: A .将实验电路 A1的“O UT1 ”端子与实验电路 A2的“ IN23 ”端子相连接; B ?按照图1-7-1选择拨动开关: 图中:R 仁50K 、R2=50K 、R3=100K 、R4=100K 、C1=0.1uF A1、实验电路A2。 一阶惯性环节模拟电路如图 1-7-1所示,惯性环节的传递函数为: U ° (s) K TS 1 将A1的S7、S8、S15, A2的S7、S11拨至开的位置。 (3) 连接虚拟示波器: 将正弦波端子与示波器通道CH1相连接,实验电路A2的“0UT2”与示波器通道CH2相 连接。 (4) 输入正弦波信号,通过虚拟示波器观测输入输出正弦波曲线并调节正弦波频率和幅值,绘 制该一阶惯性环节的幅频曲线和相频曲线。 (5) 运行软件仿真一阶惯性环节频率特性曲线,记录理想幅频曲线和相频曲线,并与 实验结果相比较。 2. 二阶环节的频率特性曲线 实验中所用到的功能区域: 信号源、虚拟示波器、实验电路A1、实验电路A2、实验电路A3。 二阶振荡环节模拟电路如图1-7-2所示,二阶环节的传递函数为: 2 U°(s) n U i(s) 2 n 课程名称:_________控制理论(甲)实验_______指导老师:_____ ____成绩:__________________ 实验名称:___典型环节和系统频率特性的测量___实验类型:________________同组学生:__________ 一、实验目的 二、实验原理 三、实验接线图 四、实验设备 五、实验步骤 六、实验数据记录 七、实验数据分析 八、实验结果或结论 一、实验目的 1.了解典型环节和系统的频率特性曲线的测试方法; 2.根据实验求得的频率特性曲线求取传递函数。 二、实验原理 1.系统(环节)的频率特性 设G(S)为一最小相位系统(环节)的传递函数。如在它的输入端施加一幅值为X m 、频率为ω的正弦信号,则系统的稳态输出为 )sin()()sin(?ωω?ω+=+=t j G Xm t Y y m 由式①得出系统输出,输入信号的幅值比相位差 )() (ωωj G Xm j G Xm Xm Ym == (幅频特性) )()(ωωφj G ∠= (相频特性) 式中)(ωj G 和)(ωφ都是输入信号ω的函数。 2.频率特性的测试方法 2.1 沙育图形法测试 2.1.1幅频特性的测试 由于 m m m m X Y X Y j G 22)(= = ω 改变输入信号的频率,即可测出相应的幅值比,并计算 m m X Y A L 22log 20)(log 20)(==ωω (d B ) 其测试框图如下所示: 图5-1 幅频特性的测试图(沙育图形法) 注:示波器同一时刻只输入一个通道,即系统(环节)的输入或输出。 2.1.2相频特性的测试 图5-2 相频特性的测试图(沙育图形法) 令系统(环节)的输入信号为:t X t X m ωsin )(= (5-1) 则其输出为 )sin()(φω+=t Y t Y m (5-2) 对应的沙育图形如图5-2所示。若以t 为参变量,则)(t X 与)(t Y 所确定点的轨迹将在示波器的屏幕上形成一条封闭的曲线(通常为椭圆),当t=0时,0)0(=X 由式(5-2)得 )sin()0(φm Y Y = 于是有 m m Y Y Y Y 2) 0(2sin )0(sin )(1 1--==ωφ (5-3) 同理可得 m X X 2) 0(2sin )(1 -=ωφ (5-4) 其中: )0(2Y 为椭圆与Y 轴相交点间的长度; )0(2X 为椭圆与X 轴相交点间的长度。 式(5-3)、(5-4)适用于椭圆的长轴在一、三象限;当椭圆的长轴在二、四时相位φ的计算公式变为 m Y Y 2) 0(2sin 180)(1 0--=ωφ 或 m X X 2)0(2sin 180)(10--=ωφ 自动控制原理实验 实验报告 实验四系统频率特性的测试 学号22012309 姓名 时间2014年10月23日 评定成绩审阅教师 目录 一、实验目的··3 二、实验原理··3 三、预习与回答··3 四、实验设备··4 五、实验线路图··4 六、实验步骤··4 七、实验数据··4 八、实验分析及思考题··5 九、实验总结··7 一、实验目的: (1)明确测量幅频和相频特性曲线的意义; (2)掌握幅频曲线和相频特性曲线的测量方法; (3)利用幅频曲线求出系统的传递函数; 二、实验原理: 在设计控制系统时,首先要建立系统的数学模型,而建立系统的数学模型是控制系统设计的重点和难点。如果系统的各个部分都可以拆开,每个物理参数能独立得到,并能用物理公式来表达,这属机理建模方式,通常教材中用的是机理建模方式。如果系统的各个部分无法拆开或不能测量具体的物理量,不能用准确完整的物理关系式表达,真实系统往往是这样。比如“黑盒”,那只能用二端口网络纯的实验方法来建立系统的数学模型,实验建模有多种方法。此次实验采用开环频率特性测试方法,确定系统传递函数。准确的系统建模是很困难 的,要用反复多次,模型还不一定建准。另外,利用系统的频率特性可用来分析和设计控制系统,用Bode 图设计控制系统就是其中一种。 幅频特性就是输出幅度随频率的变化与输入幅度之比,即)()(ωωi o U U A =。测幅频特性时, 改变正弦信号源的频率,测出输入信号的幅值或峰峰值和输输出信号的幅值或峰峰值。 测相频有两种方法: (1)双踪信号比较法:将正弦信号接系统输入端,同时用双踪示波器的Y1和Y2测量系统的输入端和输出端两个正弦波,示波器触发正确的话,可看到两个不同相位的正弦波,测出波形的周期T 和相位差Δt ,则相位差0360??=ΦT t 。这种方法直观,容易理解。就模拟示波 器而言,这种方法用于高频信号测量比较合适。 (2)李沙育图形法:将系统输入端的正弦信号接示波器的X 轴输入,将系统输出端的正弦信号接示波器的Y 轴输入,两个正弦波将合成一个椭圆。通过椭圆的切、割比值,椭圆所在的象限,椭圆轨迹的旋转方向这三个要素来决定相位差。就模拟示波器而言,这种方法用于低频信号测量比较合适。若用数字示波器或虚拟示波器,建议用双踪信号比较法。 利用幅频和相频的实验数据可以作出系统的波Bode 图和Nyquist 图。 三、预习与回答: (1)实验时,如何确定正弦信号的幅值?幅度太大会出现什么问题,幅度过小又会出现什 么问题? 答:若正弦信号的幅值过大,会容易失真;信号幅值太小会使信号容易被噪声淹没。 (2)当系统参数未知时,如何确定正弦信号源的频率? 答:从理论推导的角度看,应该采取逐点法进行描述,即ω 从0变化到∞,得到变化时幅度和相位的值。从实际操作来看,ω 值过小所取得的值无意义,因此我们选取[1.0,100.0] 实验报告 课程名称: 自动控制理论实验 指导老师: 吴越 成绩: 实验名称: 频率特性测量 实验类型: 同组学生姓名: 鲍婷婷 一、实验目的和要求(必填) 二、实验内容和原理(必填) 三、主要仪器设备(必填) 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析(必填) 七、讨论、心得 一、实验目的 1. 掌握用超低频信号发生器和示波器测定系统或环节频率特性的方法; 2. 了解用TD4010型频率响应分析测试仪测定系统或环节的频率特性方法。 二、主要仪器设备 1.超低频信号发生器 2.电子模拟实验装置 3.超低频慢扫描示波器 三、实验步骤 1.测量微分积分环节的频率特性; (1)相频特性 相频特性的测试线路如图4-3-1所示,其中R 1=10k Ω、C 1=1uF 、R 2=2k Ω、C 2=50uF 。测量时,示波器的扫描旋钮指向X-Y 档。把超低频信号发生器的正弦信号同时送入被测系统和X 轴,被测系统的输出信号送入示波器Y 轴,此时在示波器上可得到一李沙育图形。 然后将椭圆移至示波器屏幕中间,椭圆与X 轴两交点的间的距离即为2X 0,将 Y 输入接地,此时得到的延X 轴光线长度 即为2X m ,因此求得θ=sin -1 (2X 0/2X m ),变化输入信号频率ω(rad/s),即可得到一 组θ(ω)。测量时必须注意椭圆光点的转动方向,以判别相频特性是超前还是迟后。当系统或环节的相频特性是迟后时,光点为逆时针转动;反之超前时,光点为顺时针转动。测试时,ω取值应匀称,否则会影响曲线的准确度。 (2) 幅频特性:示波器选择停止扫描档,超低频信号发生的正弦信号同时送入X 轴和被测系统;被测环节的输出信号仍送入Y 轴;分别将X 通道和Y 通道接地,示波器上出现的两条光线对应的两条光线长度为2X m 、2Y m ,改变频率ω,则可得一组L(ω)。 晶体 管特征频率的测量 晶体管特征频率t f 的测量定义为共射极输出交短路电流放大系数||β随频率增加而下降到1 小时的工作频率,它反映了晶体管共发射运用具有电流放大作用的频率极限,是晶体管的一个重要频率特性参数。t f 主要取决于晶体管的合理的结构设计,但也与晶体管工作时的偏置条件密切相关。 因而,晶体管的特征频率t f 是指在一定集团偏置条件下的测量值 。其测试原理通常采用“增益- 带宽”积的方法。 本实验的目的是掌握晶体管特征频率t f 的测试原理及测量方法,熟悉t f 分别随CE V 和E I 变化的规律,加深其与晶体管结构参数各工作偏置条件的理解,为晶体管的频率特性设计,制造和应用奠定基础。 一、实验原理 共发射交流工作下,晶体管发射结电压周期性变化引起发射结,收集结空间电荷区的电荷和其区,发射区,收集区的少子,多子也随之不断重新分布,这种现象可视为势垒电容各扩散电容的充放电作用。势垒电容各扩散电容的充放电使由发射区通过基区传输的载流子减少,传输的电流幅度值下降,同时产生载流子传输的延时,加之载流子渡越收集结空间电荷区时间的影响,使输入,输出信号产生相移,电流放大系数β变为复数,并且其幅值随频率的升高 而下降,相位移也随频率的升高而增大,因此,晶体管共发射极交流短路放大系数β的幅值和相位移是工作频率的函数。 理论上晶体管共发射交流短路放大系数可表示为 β=b b j jm ωωωωβ/1)/ex p(0+- (1) 其幅值和相位角随频率变化的有关系分别为 ||β=2/120 ])/(1[ββf f + (2) ?=]/)/([ββωωωωm arctg +- (3) 可见,当工作频率f <<βf 时,0ββ≈,几乎与频率无关; 当f =βf 时,||β=0β/2, ||β下降3dB ; 晶体管特征频率的测量 晶体管特征频率t f 的测量定义为共射极输出交短路电流放大系数||β随频 率增加而下降到1小时的工作频率,它反映了晶体管共发射运用具有电流放大作用的频率极限,是晶体管的一个重要频率特性参数。t f 主要取决于晶体管的合理 的结构设计,但也与晶体管工作时的偏置条件密切相关。因而,晶体管的特征频率t f 是指在一定集团偏置条件下的测量值 。其测试原理通常采用“增益-带宽” 积的方法。 本实验的目的是掌握晶体管特征频率t f 的测试原理及测量方法,熟悉t f 分别随CE V 和E I 变化的规律,加深其与晶体管结构参数各工作偏置条件的理解, 为晶体管的频率特性设计,制造和应用奠定基础。 一、实验原理 共发射交流工作下,晶体管发射结电压周期性变化引起发射结,收集结空间电荷区的电荷和其区,发射区,收集区的少子,多子也随之不断重新分布,这种现象可视为势垒电容各扩散电容的充放电作用。势垒电容各扩散电容的充放电使由发射区通过基区传输的载流子减少,传输的电流幅度值下降,同时产生载流子传输的延时,加之载流子渡越收集结空间电荷区时间的影响,使输入,输出信号产生相移,电流放大系数β变为复数,并且其幅值随频率的升高 而下降,相位移也随频率的升高而增大,因此,晶体管共发射极交流短路放大系数β的幅值和相位移是工作频率的函数。 理论上晶体管共发射交流短路放大系数可表示为 β=b b j jm ωωωωβ/1)/ex p(0+- (1) 其幅值和相位角随频率变化的有关系分别为 ||β=2/120 ])/(1[ββf f + (2) ?=]/)/([ββωωωωm arctg +- (3) 可见,当工作频率f <<βf 时,0ββ≈,几乎与频率无关; 当f =βf 时,||β=0β/2, ||β下降3dB ; 当时,f >>βf ,||βf =0ββf 。根据定义,||β=1时的工作频率即为特征频 实验四控制系统频率特性的测试 一.实验目的 认识线性定常系统的频率特性,掌握用频率特性法测试被控过程模型的原理和方法,根据开环系统的对数频率特性,确定系统组成环节的参数。二.实验装置 (1)微型计算机。 (2)自动控制实验教学系统软件。 三.实验原理及方法 (1)基本概念 一个稳定的线性定常系统,在正弦信号的作用下,输出稳态与输入信号关系如下: 幅频特性相频特性 (2)实验方法 设有两个正弦信号: 若以) (y tω为纵轴,而以tω作为参变量,则随tω的变xω为横轴,以) (t 化,) (y tω?所确定的点的轨迹,将在 x--y平面上描绘出一条封闭的xω和) (t 曲线(通常是一个椭圆)。这就是所谓“李沙育图形”。 由李沙育图形可求出Xm ,Ym,φ, 四.实验步骤 (1)根据前面的实验步骤点击实验七、控制系统频率特性测试菜单。(2)首先确定被测对象模型的传递函数, 预先设置好参数 T1、T2、ξ、K (3)设置好各项参数后,开始仿真分析,首先做幅频测试,按所得的频率范围由低到高,及ω由小到大慢慢改变,特别是在转折频率处更应该多取几个点 五.数据处理 (一)第一种处理方法: (1)得表格如下: (2)作图如下: (二)第二种方法: 由实验模型即,由实验设置模型根据理论计算结果绘制bode图,绘制Bode图。 (三)误差分析 两图形的大体趋势一直,从而验证了理论的正确性。在拐点处有一定的差距,在某些点处也存在较大的误差。 分析: (1)在读取数据上存在较大的误差,而使得理论结果和实验结果之间存在。 (2)在数值应选取上太合适,而使得所画出的bode图形之间存在较大的差距。 (3)在实验计算相角和幅值方面本来就存在着近似,从而使得误差存在,而使得两个图形之间有差异 六.思考讨论 (1)是否可以用“李沙育”图形同时测量幅频特性和想频特性 控制系统频率特性实验 实验名称控制系统的频率特性 实验序号 3 实验时间 学生姓名学号 专业班级年级 指导教师实验成绩 一、实验目的: 研究控制系统的频率特性,及频率的变化对被控系统的影响。 二、实验条件: 1、台式计算机 2、控制理论&计算机控制技术实验箱 THKKL-4系列 3、THKKL仿真软件 三、实验原理和内容: 1.被测系统的方块图及原理被测系统的方块图及原理: 图3—1 被测系统方块图 系统(或环节)的频率特性G(jω)是一个复变量,可以表示成以角频率ω为参数的幅值和相角。 本实验应用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特性。 图4—1 所示系统的开环频率特性为: 采用对数幅频特性和相频特性表示,则式(3—2)表示为: 将频率特性测试仪内信号发生器产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化,并施加于被测系统的输入端[r(t)],然后分别测量相应的反馈信号[b(t)]和误差信号[e(t)]的对数 幅值和相位。频率特性测试仪测试数据经相关器件运算后在显示器中显示。 根据式(3—3)和式(3—4)分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位,在半对数坐标纸上作出实验曲线:开环对数幅频曲线和相频曲线。 根据实验开环对数幅频曲线画出开环对数幅频曲线的渐近线,再根据渐近线的斜率和转角频确定频率特性(或传递函数)。所确定的频率特性(或传递函数)的正确性可以由测量的相频曲线来检验,对最小相位系统而言,实际测量所得的相频曲线必须与由确定的频率特性(或传递函数)所画出的理论相频曲线在一定程度上相符。如果测量所得的相位在高频(相对于转角频率)时不等于-90°(q-p)[式中p 和q 分别表示传递函数分子和分母的阶次],那么,频率特性(或传递函数)必定是一个非最小相位系统的频率特性。 2.被测系统的模拟电路图被测系统的模拟电路图:见图3-2实验四 控制系统频率特性的测试(实验报告)
线性系统的频率特性实验报告(精)
半导体管特性图示仪的使用和晶体管参数测量
实验四 系统频率特性测量(模拟实验)
系统频率特性的测试实验报告
自动控制原理学生实验:二阶开环系统的频率特性曲线
控制系统频率特性实验
晶体管特性曲线测试电路
实验三-模拟一阶系统频率特性测试实验
模拟滤波器频率特性测试
实验七典型系统的频率特性测试
典型环节和系统频率特性地测量
系统频率特性地测试
实验报告三_频率特性测量
晶体管特征频率的测量
晶体管特征频率的测量资料
实验四 控制系统频率特性的测试 实验报告
控制系统频率特性实验