一阶网络频响特性测量
一阶网络频响特性测量
信号与系统实验报告实验名称：一阶网络频响特性测量姓名：学号：班级：时间：2014-05南京理工大学紫金学院电光系一、 实验目的1、 掌握一阶网络的构成方法；2、 掌握一阶网络的系统响应特性；3、 了解一阶网络频响特性图的测量方法；二、实验基本原理系统响应特性是指系统在正弦信号激励下，稳态响应随信号频率变化而变化的特性，称为系统的频率响应特性（frequency response ）简称频响特性。
一阶系统是构成复杂系统的基本单元。
学习一阶系统的特点有助于对一般系统特性的了解。
一阶系统的系统函数为H(s)，表达式可以写成：γ+⋅=s k s H 1)( k 为一常数 (3-1)激励信号x(t)为：(3-2) 按照系统频响特性的定义可求得该一阶系统的稳态响应为：(3-3)其中⎣⎦00)()(|)(00ϕj j s ej H j H s H Ω=Ω=Ω=，⎣⎦)(00Ω=j H H 。
可见，当改变系统输入信号的频率时，稳态响应的幅度和相位也随之而改变。
因果系统是稳定的要求：0>γ，不失一般性可设τγ1==k 。
该系统的频响特性为：11)(+Ω=Ωτj j H (3-4)从其频响函数中可以看出系统响应呈低通方式，其3dB 带宽点τ1。
系统的频响特性图如下图：0()sin()m x t E t=Ω000()sin()ss m y t E H t ϕ=Ω+θ图1 一阶网络频响特性图一阶低通系统的单位冲击响应与单位阶跃响应如下图：图2 一阶网络单位冲击响应与单位阶跃响应图三、实验内容及结果1、填写表1：输入信号频率f0 输出信号幅度（mV）相对幅度（dB）相位差（12ϕϕ-）10Hz 1760 -1.11 180.0 1kHz 1680 -1.51 152.2 2kHz 1350 -3.41 129.3 3kHz 1020 -5.85 119.2 4kHz 824 -7.70 113.5 5kHz 664 -9.58 109.4 6kHz 576 -10.81 105.8 7kHz 496 -12.11 104.6 8kHz 444 -13.07 103.3 9kHz 388 -14.24 101.8 10kHz 356 -14.99 99.2 2、依据表一做出该一阶系统的幅度谱和相位谱一阶系统的幅度谱一阶系统相位谱3、用矢量作图法作出该一阶系统的幅度谱和相位谱。
19一阶系统动态响应特性参数测定实验
实验十九 一阶系统动态响应特性参数测定实验一. 实验目的掌握用阶跃信号测量一阶系统动态特性的原理，掌握从系统响应信号中测量系统时间常数的方法。
二. 实验原理对温度计、低通滤波器、或忽略质量的弹簧阻尼系统，系统的输入X i (t)和输出X 0(t)可等效为一阶测试系统。
当系统输入为单位阶跃时，相应的微分方程为：(1) 一阶系统的传递函数为： (2)式中，T 为一阶系统的时间常数。
传感器敏感元件的响应输出滞后于物理量的变化，带来误差。
这个误差可以用一阶系统的时间响应常数T 来表示，T 越小，系统响应越快。
系统的时间响应常数可以通过测量系统在单位阶跃信号输入下的响应信号来完成。
对一阶系统来说，对系统输入阶跃信号，测得系统的响应信号。
取系统输出值达到最终稳态值的63%所经过的时间作为时间常数。
如图2所示：图2 一阶系统的时间常数计算三. 实验仪器和设备1. 计算机 1台2. DRVI 快速可重组虚拟仪器平台 1套3. 打印机 1台)(),1(100000t x x x Tdt dx =-=11)()()(0+==s i T s X s X s G 图.1 温度计四. 实验步骤1.运行DRVI主程序，点击DRVI快捷工具条上的"联机注册"图标，选择其中的“DRVI采集仪主卡检测”或“网络在线注册”进行软件注册。
2.在DRVI地址信息栏中输入WEB版实验指导书的地址，在实验目录中选择“一阶系统动态响应特性参数测定”，建立实验环境，测量仿真模型的时间常数。
图3 一阶系统动态响应特性参数测定仿真实验环境下面是该实验的装配图和信号流图，图中线上的数字为连接软件芯片的软件总线数据线号，**IC为使用的软件芯片。
图5 一阶系统动态响应特性参数测定仿真实验环境实验装配图3.取理论时间常数T=0.01s,0.1s,1s时，然后从系统响应曲线计算系统的时间常数。
对比不同时间常数T时系统的时间响应，画出不同T时的时间响应曲线。
实验二 一阶系统的时域响应及参数测定
第 1 页实验二 一阶系统的时域响应及参数测定一、实验目的(1)观察一阶系统在单位阶跃和斜坡输入信号作用下的瞬态响应。
(2)根据一阶系统的单位阶跃响应曲线确定系统的时间常数。
二、实验设备序号 型 号备注1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。
2DJK15控制理论实验挂箱或DJK16控制理论实验挂箱3双踪超低频慢扫描示波器 4万用表三、实验线路及原理图2-1为一阶系统的模拟电路图。
由该图可知io=i1-i2根据上式，画出图2-2所示的方框图，其中T=R0C。
图2-1 一阶系统模拟电路图CSu CS uR u R oooo /1R u/1uo i −=Δ−=−即o第 2 页由图2-2得:eT1-O O i -1(t)u , /111)1(1(S) U , /1)( 1(t),(t)u 11)()( t i o i TS S TS S S S U TS S U S U =+−=+===+=得取拉氏反变换则系统的输出为即令图2-3为一阶系统的单位阶跃响应曲线。
当t T =时，1()10.632C T e −=−=。
这表示当()C t 上升到稳定值的63.2%时，对应的时间就是一阶系统的时间常数T ，根据这个原理，由图2-3可测得一阶系统的时间常数T 。
由上式（1）可知，系统的稳态值为1，因而该系统的跟踪阶跃输入的稳态误差0ess =。
当2/1)(s s U i =则 TS TS T S T S S T TS S s U /11)/1(/1)1(1)(2220++−=+=+=所以TTeT t t U 10)(−+−=这表明一阶系统能跟踪斜坡信号输入，但有稳态误差存在，其误差的大小为系统的时间常数T。
图2-2t图2-3四、思考题(1)一阶系统为什么对阶跃输入的稳态误差为零，而对单位斜坡输入的稳态误差为T？(2)一阶系统的单位斜坡响应能否由其单位阶跃响应求得？试说明之。
五、实验方法(1)根据图2-1所示的模拟电路，调整R0和C的值，使时间常数T=1S和T=0.1S。
一阶电路及信号的观察与测量
一阶电路及信号的观察与测量一阶电路及信号的观察与测量电路是现代科学与技术中重要的一个组成部分，而其中一阶电路是我们在实验室和工程实践中经常遇到的一种类型。
了解一阶电路的特性，并能够对其中所传递的信号进行观察与测量，是电子工程师和研究人员必备的基础技能之一。
一阶电路的基本构成包括电源、信号源、电阻和电容。
其中，电源提供了电流的源头，信号源则产生了待观察和测量的电信号。
电阻和电容则分别起到了限制电流流动和贮存电荷的作用。
对于一阶电路中的信号观察与测量，我们首先要了解一些基本的概念和工具。
其中最常用的就是示波器。
示波器是一种能够显示电信号波形的仪器，可用于观察电压、电流等信号的变化情况。
通过示波器，我们可以直观地了解信号的频率、幅值、相位和波形等特性。
在使用示波器进行观察和测量时，有几个关键的参数需要注意。
首先是观察时间和时间分辨率。
观察时间指的是我们希望在示波器屏幕上显示多长时间的信号波形，时间分辨率则是指示波器屏幕上每个像素所代表的时间。
观察时间和时间分辨率通常需要根据所测量信号的周期和频率进行选择，以确保观察结果的准确性。
除了时间参数，示波器还有电压和电流的量程要设置。
电压和电流的量程指的是示波器能够测量的最大值和最小值。
在进行电路观察和测量时，我们需要选择适当的量程，以确保信号的幅值能够落在示波器的测量范围之内，避免因信号超出量程而导致测量失真。
另外，为了获得更准确的观察结果，我们还需要注意信号的地线连接。
地线是示波器的参考点，它将电路的地与示波器相连，以确保测得的信号能够正确地显示在示波器屏幕上。
在连接地线时，我们应尽量减少电路中的干扰和杂散信号，避免因受到外界干扰而影响观察结果的准确性。
在实际的电路观察和测量中，除了示波器，我们还可以使用其他一些仪器和工具。
例如，信号发生器可以用于产生特定频率和波形的信号，以测试电路的响应和频率特性。
多用表则可以用于测量电阻、电压和电流等基本参数。
图像处理软件则可用于分析和处理从示波器中获取的信号数据，以提取有用的特征和信息。
一、二阶系统频率特性测试与分析
【实验目的】1. 掌握测量典型一阶系统和二阶系统的频率特性曲线的方法；2. 掌握软件仿真求取一、二阶系统的开环频率特性的方法；3. 学会用Nyquist 判据判定系统的稳定性。
【实验设备与软件】1. labACT 实验台与虚拟示波器2. MATLAB 软件 【实验原理】1.系统的频率特性测试方法对于现行定常系统，当输入端加入一个正弦信号)sin()(t X t X m ωω=时，其稳态输出是一个与输入信号频率相同，但幅值和相位都不同的正弦信号)s in ()()s in ()(ψωωψω+=+=t j G X t Y s Y m m 。
幅频特性：m m X Y j G /)(=ω，即输入与输出信号的幅度比值，通常转换成)(lg 20ωj G 形式。
相频特性：)(arg )(ωωϕj G =，可以直接基于虚拟示波器读取，也可以用“李沙育图行”法得到。
可以将用Bode 图或Nyquist 图表示幅频特性和相频特。
在labACT 试验台采用的测试结构图如下：被测定稳定系统对于实验就是有源放大电路模拟的一、二阶稳定系统。
2.系统的频率测试硬件原理 1）正弦信号源的产生方法频率特性测试时，一系列不同频率输入正弦信号可以通过下图示的原理产生。
按照某种频率不断变化的数字信号输入到DAC0832，转换成模拟信号，经一级运放将其转换为模拟电压信号，再经过一个运放就可以实现双极性电压输出。
根据数模转换原理，知 R V NV 8012-= (1) 再根据反相加法器运算方法，得R R R V N V N V R R V R R V 1281282282201210--=⎪⎭⎫⎝⎛+-⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-= (2) 由表达式可以看出输出时双极性的：当N 大于128时，输出为正；反之则为负；当输入为128时，输出为0.在labACT 实验箱上使用的参考电压时5V 的，内部程序可以产生频率范围是对一阶系统是0.5 H Z ~64H Z 、对二阶系统是0.5 H Z ~16 H Z 的信号，并由B2单元的OUT2输出。
电路原理实验RC一阶电路的响应测试
电路原理实验RC一阶电路的响应测试RC一阶电路是由电阻R和电容C组成的电路。
它是一种常见的滤波电路，可以用于对信号进行滤波和延时等处理。
本实验将对RC一阶电路的响应进行测试，包括频率响应和时间响应两个方面。
一、频率响应测试频率响应测试可以了解RC一阶电路对不同频率信号的响应情况，即电路的频率特性。
我们可以通过改变输入信号的频率，测量输出信号的幅值和相位，从而绘制出RC电路的幅频特性曲线和相频特性曲线。
实验步骤如下：1.搭建RC一阶电路实验电路。
将电容C和电阻R按照串联的方式连接，接入信号发生器的输出端，然后将电路的输出端连接到示波器上。
确保电路接线正确，电容C和电阻R的数值符合实验要求。
2.打开信号发生器和示波器，将信号发生器的频率调节到最低，幅值调节到合适的范围内。
3.逐步增加信号发生器的频率，同时观察示波器上输出信号的幅值和相位。
记录下不同频率下的输出幅值和相位数据。
4.根据记录的数据，绘制RC电路的幅频特性曲线和相频特性曲线。
可以选择使用半对数坐标系或对数坐标系进行绘制，以更清晰地展示电路的频率特性。
二、时间响应测试时间响应测试可以了解RC一阶电路对输入信号的响应速度和衰减情况。
我们可以通过输入一个脉冲信号或方波信号，观察输出信号的波形，从而了解RC电路的时间特性。
实验步骤如下：1.搭建RC一阶电路实验电路。
将电容C和电阻R按照串联的方式连接，接入信号发生器的输出端，然后将电路的输出端连接到示波器上。
确保电路接线正确，电容C和电阻R的数值符合实验要求。
2.打开信号发生器和示波器，将信号发生器的频率调节到适当的范围内，幅值调节到合适的范围内。
3.输入一个脉冲信号或方波信号，观察示波器上输出信号的波形。
记录下输出信号的上升时间、下降时间和衰减时间等数据。
4.根据记录的数据，分析RC电路的时间特性。
可以计算RC电路的时间常数，即RC的乘积，进一步了解电路的响应速度和衰减情况。
总结：通过频率响应测试和时间响应测试，我们可以全面了解RC一阶电路的响应特性。
信号与系统报告实验七,一阶、二阶系统的幅频特性测试实验
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：信息工程学院
专业：集成电路设计与集成系统
指导教师：廉德亮
报告人：张瀚元学号：2012130166
班级：集成1班
实验时间：2014年6月9日
实验报告提交时间：2013年6月23 日
教务部制
图7-1 一阶系统分析
图7-2 二阶系统分析
K
TT
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
① 二阶系统相频特性
②一阶系统幅频特性
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。
一阶电路及信号的观察与测量实验注意事项
一阶电路及信号的观察与测量实验注意事项一阶电路及信号的观察与测量实验是电子学基础实验中的重要实验之一，其目的是通过对电路的观察和测量，加深对一阶电路及信号的理解。
在进行实验前，需要注意以下几点：1. 实验室安全。
实验室内存在着高压电源、电流等危险元素，因此在实验中需严格遵守实验室安全规定，佩戴安全防护装备。
2. 实验器材准备。
在实验之前，需要确保实验器材的完好性和正常工作。
如示波器、信号发生器等设备，应根据实验要求进行正确的设置和校准。
3. 实验操作过程。
在实验过程中，应按照实验要求进行操作。
如需要测量电路响应，应按一定的频率和时间进行观测和记录。
在测量输入输出信号时，应正确连接电路和测量仪器，并及时调整并记录实验数据。
在实验操作过程中，应注意以下几个方面：1. 信号的观察与分析。
在实验中，需要对电路的输入信号和输出信号进行观察和分析。
输入信号应包括波形、频率和电压等参数。
输出信号应包括响应时间、幅度和相位等参数。
通过观察和分析，可以加深对一阶电路及信号的理解。
2. 测量数据的记录与分析。
在实验过程中，应及时记录测量数据，并加以分析和比较。
如输入信号与输出信号的响应时间、幅度和相位之间的关系等。
通过数据的比较分析，可以掌握电路的特性和工作原理。
3. 实验结论的总结和归纳。
实验结束后，需要通过对实验数据、分析和观察的总结和归纳，得出电路的特性和工作原理。
如信号的时域和频域特性、幅频响应、相频响应等。
对于实验中遇到的问题和现象，需要进行分析和解释。
总之，一阶电路及信号的观察与测量实验是电子学基础实验中重要的实验之一。
在实验中，需要严格遵守实验室安全规定，正确使用实验器材，按照实验要求进行操作和记录实验数据。
通过对电路的观察、测量和分析，可以加深对一阶电路及信号的理解，提高实验技能和电子知识水平。
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一阶网络频响特性测量
信号与系统实验报告
实验名称: 一阶网络频响特性测量
姓名: 姚敏
学号: 110404212
班级: 通信(2)班
时间: 2013.6.7
南京理工大学紫金学院电光系
一、实验目的
1、掌握一阶网络的构成方法;
2、掌握一阶网络的系统响应特性;
3、了解一阶网络频响特性图的测量方法;
二、实验基本原理
系统响应特性是指系统在正弦信号激励下，稳态响应随信号频率变化而变化的特性，称为系统的频率响应特性(frequency response)简称频响特性。
一阶系统是构成复杂系统的基本单元。
学习一阶系统的特点有助于对一般系统特性的了解。
一阶系统的系统函数为H(s)，表达式可以写成:
1H(s),k, k为一常数 (3-1) s，,
激励信号x(t)为:
xtEt()sin(),, (3-2) m0
按照系统频响特性的定义可求得该一阶系统的稳态响应为:
ytEHt()sin(),,，,(3-3) ssm000
j,0H(s)|,H(j,),H(j,)eH,H(j,)其中，。
，，，，sj,,00000
可见，当改变系统输入信号的频率时，稳态响应的幅度和相位也随之而改变。
1,k,,,,0因果系统是稳定的要求:，不失一般性可设。
该系统的频响,特性为: 1H(j,), (3-4) j,,，1
1从其频响函数中可以看出系统响应呈低通方式，其3dB带宽点。
系统的频,响特性图如下图:
,
图1 一阶网络频响特性图
一阶低通系统的单位冲击响应与单位阶跃响应如下图:
图2 一阶网络单位冲击响应与单位阶跃响应图
三、实验内容及结果
1、填写表1:
输入信号频输出信号幅度(mV) 相对幅度(dB) 相位差() ,,,21率f0
10Hz 1.96V -0.175 -181.4 1kHz 1.68V -1.514 -212.6 2kHz 1.27V -3.945 -229.7 3kHz 952mV -6.448 118.0 4kHz 760mV -8.404 114.0 5kHz 628mV -
10.061 108.9 6kHz 524mV -11.634 105.7 7kHz 456mV -12.841 -255.7 8kHz 400mV -13.979 102.2 9kHz 360mV -14.895 101.9 10kHz 324mV -15.810 100.7
15kHz 220mV -19.172 -264.3 20kHz 164mV -21.724 94.93 25kHz 133mV -23.544 93.60 30kHz 106mV -25.514 92.96 2、依据表一做出该一阶系统的幅度谱和相位谱
3、用矢量作图法作出该一阶系统的幅度谱和相位谱。
Hj(),,,()
090
1 1 0452
11,,
RCRC
-14、作出一阶网络的单位阶跃响应波形，标注在阶跃响应最大值的(1-e)倍
处
的时间t的值，与理论值RC是否相符。
11
5-310，10,100ust=100us=R1C1=
四、实验分析
1、实验所得一阶网络的频响特性图和用矢量作图法所得的频响特性有何异图同,说明原因。
答:两种方法所画的幅度谱的绝对值都是单调递增的，相位谱都是单调递减
的，但是根据表所画出的相位谱中相位减的较慢，而矢量作图法中相位谱中的相位减的较快。
因为根据表所画出的图的横坐标是f，矢量作图法中的横坐标的Ω。
o
2、改变一阶网络极点参数的方法有哪些,
答:调节输入信号频率、调节输入信号幅度。