第七章 OTFT部分
水挥发性气体
O3 VOCs VOCs NO、NO2 O3 …
国内：起步晚，处于基础研究阶段
重点：敏感材料的拓展
5
1 概述
1.3 研究意义
OTFT作为气体传感器的优势： • • • • • • • 检测参数：电阻（难） 电流（易） 选择栅压 调节灵敏度 多参数模式：利于气体的识别和分析 有机物分子化学修饰 提高灵敏度 有机物柔韧性好，可以弯曲，易于制成各种形状 易于集成，可制备大面积传感器阵列 成本低、制备简单、面积小、……
16
结论：W/L与气敏性能有直接关系，W/L(160)最佳
2 主要研究内容
2.1.2 沟道宽长比优化
α-6T OTFT对NO2响应
α-6T OTFT对NO2具有较好的响应性和重复性，可 用作痕量NO2气体传感器。
17
2 主要研究内容
2.1.3 小结
绝缘层厚度195nm薄膜晶体管器件气敏性能最佳
34
2 主要研究内容
2.3.1 复合薄膜简介及制备
敏感材料
有机材料 无机纳米材料 协同互补 混 合 有机/无机纳米复合材料 气喷：所制备的 薄膜由无数雾化 后液滴组成 优势：成本简单、 制备简单、可制 气喷备各种形状
7.3.2 有机薄膜晶体管气体传感
器的制备及特性研究
当你可以直面自己身体里与生俱来的笨拙与孤独，你
便能够彻底谅解过去的自己。大多数人都像我们这样
活着，虽不聪明，但诚恳；虽会犯错，但坦然。
目录
1 概述
2 主要研究内容
2.1 2.2 2.3 2.4 OTFT器件参数优化 金属酞菁敏感薄膜制备及气敏特性研究 聚噻吩/无机纳米氧化物复合薄膜制备及气敏特性研究 异质结结构薄膜制备及气敏特性研究
CoPc制备：真空蒸发、90nm
CoPc 薄膜SEM图 由均匀晶粒组成， 晶粒之间存在间隙 CoPc OTFT电学特性：良好
29
2 主要研究内容
2.2.3 MPc OTFT对DMMP气敏性能对比分析
CoPc OTFT
不同气氛下转移特性曲线
对不同浓度DMMP响应
对DMMP重复性
30
2 主要研究内容
曾有研究报道了金属酞菁材料在黑暗 的真空环境中不具有导电性 N2载气环境中，响应虽大，但无法恢复 干燥空气载气环境中，响应次之， 但恢复性好、较快吸附、易达到稳定
空气中的氧在气 敏响应过程中
无法忽视！！
CuPc OTFT在氮气和干燥空气作载气 时对100 ppmH2S的响应率图
K1 K2
h+是离域空穴载流子，K1、K2和K3分别是三个过程的平衡常数
2.2.1 酞菁简介
酞菁：Phthalocyanines，Pcs 广泛应用于OTFT半导体材料
Pcs分子结构图 特点：具有18π电子系的环状共轭化合物，电子在π轨道的分子中心平面 的上方和下方的电子云范围内运动，其共轭体系通常为层状结构，π轨道 平面具有较大的重叠，形成了一维结构，并发挥电子或空穴的传递，因此 表现出导电性
底栅底接触结构 优点： 可大量制备TFT器件 便于制备不同敏感材料薄膜 气体与敏感薄膜直接接触
有源层：采用有机半导体材料， 结合镀膜工艺制备 电极层：Ti可以有效实现SiO2 和Au的连接，类似双面胶作用， 叉指电极形状：40,160,320 绝缘层：热氧化法制备， 3个厚度：125、195、300nm 衬底：n+、（100）、重掺杂、 具有外延层，同时作为栅极
8
1 概述
1.6 测试系统
9
2 主要研究内容 2.1 OTFT器件参数优化
2.1.1 绝缘层厚度优化 2.1.2 沟道宽长比优化 2.1.3 小结
10
2 主要研究内容
2.1.1 绝缘层厚度优化
绝缘层作用：对于OTFT性能具有直接关系，绝缘层与半 导体层的接触界面对电荷的传输也有很大的影响 绝缘层单位面积电容： Ci = 0 k
性质：具有良好的化学性质、热稳定性、优越光学电学特性 应用：电化学设备、光学开关、数据存储、气体传感器、太阳能电池、
有机薄膜晶体管……
20
2 主要研究内容
2.2.2 CuPc OTFT对H2S气敏性能及机理分析
CuPc薄膜制备：真空蒸发，90nm
CuPc OTFT对H2S响应 CuPc OTFT电学特性
22
2 主要研究内容
2.2.2 CuPc OTFT对H2S气敏性能及机理分析
极性分子 非极性分子
CuPc OTFT对H2S重复性
CuPc OTFT对还原性气体选择性（100ppm） 响应不同的原因： 气体分子极性、稳定性 气体分子得失电子能力
23
2 主要研究内容
2.2.2 CuPc OTFT对H2S气敏性能及机理分析
MPC +O2 MPC -O2 MPC -O2 MPC -O2- +h+
+
-
K3
第一个过程：氧吸附于金属酞菁薄膜表面 第二个过程：金属酞菁与氧之间发生电荷的转移，其接触表面产生了超氧化物 第三个过程：表示所产生的电荷的离域作用
25
2 主要研究内容
2.2.2 CuPc OTFT对H2S气敏性能及机理分析
工作点参数：Vds= -50 V, Vgs= - 40 V H2S：无色、臭鸡蛋气味、毒性强
21
2 主要研究内容
2.2.2 CuPc OTFT对H2S气敏性能及机理分析
H2S浓度增大，曲线下移 CuPc OTFT In dry air In 100ppm In 200ppm H2S H2S 参数 Vds=-50V VthCuPc (V) OTFT在不同气氛下的转移特性曲线（ -16.7 -18.7 -20.5） u (cm2/Vs) R (100%) 6.82E-4 0 6.23E-4 0.42 5.43E-4 0.446
α-6T薄膜SEM图
14
2 主要研究内容
2.3.2 沟道宽长比优化
α-6T OTFT电学特性曲线
W/L：40
W （nm）
1000 4000 16000
L (nm)
25 25 25
W/L：160 W/L u (cm2/Vs) 40 160 320 5.67E-4 3.08E-3 1.23E-3
Ion/Ioff
92 7 17.8
W/L：320 Vth (V) -11.7 -13 -8.5
15
2 主要研究内容
2.3.2 沟道宽长比优化
W/L 40 160 320 R (100%) 1.32 5.57 6.73 T (s) 130 206 300
气敏性能曲线：2ppm NO2
沟道宽长比大 与气体接触面积大、响应大 但需更多时间吸附/解吸附
将OTFT的响应分为4阶段和1节点 吸附位： 强吸附位：能量较低，易于发生电荷转移和交换 弱吸附位：能量较大，不易发生电荷转移和交换
CuPc薄膜SEM图 其表面由均匀晶粒组成，晶粒表面与 晶粒之间存在大量吸附位 氧先占据 氧后占据 气体后取代 气体先取代
26
Ids改变
电荷转移
2 主要研究内容
2.2.3 MPc OTFT对DMMP气敏性能对比分析
F16CuPc OTFT
对DMMP重复性响应:响应小
电学特性曲线
不同气氛下转移曲线
31
2 主要研究内容
2.2.3 MPc OTFT对DMMP气敏性能对比分析
CoPc OTFT和CuPc OTFT在干燥空气和50 ppmDMMP气氛中的参数对比
器件参数 Vth (V) -2 CoPc OTFT In dry air In 50ppm DMMP -3.5 In dry air -9 CuPc OTFT In 50ppm DMMP -16
6
1 概述
1.4 研究思路
OTFT气体传感器工作原理研究
OTFT器件设计
OTFT器件制备
绝缘层厚度、沟道宽长比 参数优化
敏感材料选择
敏感薄膜表征 敏感薄膜制备
器件电学、气敏性能测试
气敏模型建立
OTFT气体传感器敏感机理研究
7
1 概述
1.5 OTFT气体传感器制备
active Ti/Au layer SiO2 Si
时间 1987 作者 urs 敏感薄膜材料 酞菁 检测对象 氧气和碘、溴等挥 发性气体
2000
2001 2001 2006 2009 2009 …
L.Torsi
M.Bouvet B.Crone J.T.Mabeck F.Marinelli Y.Park …
NTCDA
酞菁 齐聚物聚噻吩 聚噻吩 D3A SWCNTs …
CuPc OTFT对H2S表现出较好的响应/恢复特性、 重复性和选择性
空气中的氧对OTFT气体传感器性能具有重要作用
OTFT气体传感器具有多参数检测的特点 铜离子在对DMMP的催化降解过程具有一定的帮 助，CuPc OTFT对DMMP具有最大的响应
33
2 主要研究内容
2.3 聚噻吩/无机纳米氧化物复合薄膜制备及气敏特性研究 2.3.1 复合薄膜简介及制备 2.3.2 P3HT/ZnO OTFT对HCHO气敏性能及机理分析 2.3.3 P3HT/不同纳米材料对HCHO气敏性能对比分析 2.3.4 小结
3 总结与展望
3
1 概述
1.1 OTFT简介
有机薄膜晶体管：Organic Thin-Film Transistors, OTFT 1962年，Weimer提出其概念
材料、工艺改进、性能提高、机理研究…
互补集成电路、液晶显示、电源驱动、气体传感器……
OTFT底栅底接触结构
4
1 概述
1.2 OTFT气体传感器研究进展
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数字信号处理第三版第七章
对称，是满足式（7.1.9）的一组解，
因为cos［ω(n－τ)］关于n=τ偶对称，所以要求τ和h(n)满
足如下条件：
()
,
N1
2
2
h(n)h(N1n), 0≤ n≤ N1
（7.1.10）
2． 线性相位FIR滤波器幅度特性Hg(ω)的特点 实质上，幅度特性的特点就是线性相位FIR滤波
因为cos［ω(n-τ)］关于ω=0, π, 2π三点偶对称，所以由 式（7.1.11）可以看出，Hg(ω)关于ω=0, π, 2π三点偶对称。 因此情况1可以实现各种（低通、高通、带通、带阻）滤 波器。
情况2： h(n)=h(N－n－1), N为偶数。
仿照情况1的推导方法得到:
H ( e j ) H g () e j = N 1 h ( n ) e j n e j M 2 h ( n )c o s (( n ) )
第7章 有限脉冲响应数字滤波器的设计
7.1 线性相位FIR数字滤波器的条件和特点 7.2 利用窗函数法设计FIR滤波器 7.3 利用频率采样法设计FIR滤波器 7.4 利用等波纹最佳逼近法设计FIR滤波器 7.5 IIR和FIR数字滤波器的比较 7.6 几种特殊类型滤波器简介 7.7 滤波器分析设计工具FDATool
用情况3的推导过程可以得到:
M
Hg() 2h(n)sin[(n)] n0
（7.1.13）
N是偶数，τ=(N－1)/2=N/2－1/2。所以，当ω=0, 2π时，
sin［ω(n－τ)］=0；当ω=π时，sin［ω(n－τ)］=(－1)n－ N/2, 为峰值点。而且sin ［ω(n－τ)］关于过零点ω=0和
如何减少吉布斯效应的影响，设计一个满足要求的FIR滤波器呢？ 直观上，增加矩形窗口的宽度（即加大N）可以减少吉布斯效应 的影响。N 时， 在主瓣附近， WRg(ω)近似为：
模拟电子技术基础第七章
第七章 信号的运算和处理
7.2.1 比例运算电路
一、反相 比例运算电路 1. 电路 组成 电路核心器件为集成运放;
电路的输入信号从反相输入端输入;
同相输入端经电阻接地; 电路引入了负反馈，其组态 为电压并联负反馈。 说明：由于集成运放输入极对称， 为保证外接电路不影响其对称性， 通常在运算电路中我们希望RP= RN 。
uo3
f
R3
uI 3
第七章 信号的运算和处理
2. 同相求和运算电路
iN 0
uo (1
Rf R
？
)u N u N u P
iP 0 i1 i 2 i 3 i 4 uI 1 uP uI 2 uP uI 3 uP uP R1 R2 R3 R4 1 1 1 1 uI 1 uI 2 uI 3 ( )uP R1 R 2 R 3 R 4 R1 R 2 R 3 uI 1 uI 2 uI 3 uP RP ( ) 式中RP R1 // R2 // R3 // R4 R1 R 2 R 3
即：uP>uN，uo =+ UOM ；
+UOM
uP<uN ，uo =- UOM 。
（2）仍具有“虚断”的特点。
即： iP=iN =0。
-UOM
对于工作在非线性区的应用电路，上述两个特点是分析其 输入信号和输出信号关系的基本出发点。
第七章 信号的运算和处理
7.2 基本运算电路
第七章 信号的运算和处理
第七章 信号的运算和处理
求解深度负反馈放大电路放大 倍数的一般步骤：
（1）正确判断反馈组态；
【 】
内容 回顾
（2）求解反馈系数；
（3）利用 F 求解
模拟电子技术第7章信号的运算和处理
(08 分)1.某放大电路如图所示，已知A 1、A 2为理想运算放大器。
（1）当I I I u u u ==21时，证明输出电压o u 与输入电压I u 间的关系式为I o u R R R R u ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=31421。
（2）当21=I u V 时，8.1=o u V ， 问1R 应取多大?(10 分)2.左下图示放大电路中，A 1、A 2为理想运算放大器，已知5.01=I u mV ，5.02-=I u mV 。
（1）分别写出输出电压01u 、2o u 、o u 的表达式，并求其数值。
（2）若不慎将1R 短路，问输出电压o u ＝？(06 分)3.右上图示放大电路中，已知A 1、A 2为理想运算放大器。
（1）写出输出电压o u 与输入电压1I u 、2I u 间的关系式。
（2）已知当1I u =1V 时， o u ＝3V ，问2I u ＝？(10 分)4.电流-电流变换电路如图所示，A 为理想运算放大器。
（1）写出电流放大倍数SL i I I A =的表达式。
若=S I 10mA ，L I ＝？ （2）若电阻F R 短路，L I ＝？(10 分)5.电流放大电路如左下图所示，设A 为理想运算放大器。
（1）试写出输电流L I 的表达式。
（2）输入电流源L I 两端电压等于多少？(10 分)6.大电流的电流－电压变换电路如右上图所示，A 为理想运算放大器。
（1）导出输出电压O U 的表达式)(I O I f U =。
若要求电路的变换量程为1A ～5V ，问3R ＝？（2）当I I ＝1A 时，集成运放A 的输出电流O I ＝？(08 分)7.基准电压－电压变换器电路如下图所示，设A 为理想运算放大器。
（1）若要求输出电压U o 的变化范围为4.2～10.2V ，应选电位器R W ＝？（2）欲使输出电压U o 的极性与前者相反，电路将作何改动？(10 分)8.同相比例运算电路如图所示，已知A 为理想运算放大器，其它参数如图。
普通物理学第二版第七章课后习题答案
第七章 刚体力学7.1.1 设地球绕日作圆周运动.求地球自转和公转的角速度为多少rad/s?估算地球赤道上一点因地球自转具有的线速度和向心加速度.估算地心因公转而具有的线速度和向心加速度（自己搜集所需数据）.[解 答]7.1.2 汽车发动机的转速在12s 内由1200rev/min 增加到3000rev/min.（1）假设转动是匀加速转动，求角加速度.(2)在此时间内，发动机转了多少转？[解 答]（1）22(30001200)1/601.57(rad /s )t12ωπβ⨯-⨯===（2）22222()(30001200)302639(rad)2215.7πωωθβ--===⨯所以 转数=2639420()2π=转7.1.3 某发动机飞轮在时间间隔t 内的角位移为球t 时刻的角速度和角加速度.[解 答]7.1.4 半径为0.1m 的圆盘在铅直平面内转动，在圆盘平面内建立O-xy 坐标系，原点在轴上.x 和y 轴沿水平和铅直向上的方向.边缘上一点A当t=0时恰好在x 轴上，该点的角坐标满足21.2t t (:rad,t :s).θθ=+求（1）t=0时，（2）自t=0开始转45时，（3）转过90时，A 点的速度和加速度在x 和y 轴上的投影.[解 答]（1） A ˆˆt 0,1.2,R j 0.12j(m/s).0,0.12(m/s)x y ωνωνν====∴==（2）45θ=时，由2A 1.2t t ,t 0.47(s)42.14(rad /s)v R πθωω=+==∴==⨯得 （3）当90θ=时，由7.1.5 钢制炉门由两个各长1.5m 的平行臂AB 和CD 支承，以角速度10rad/s ω=逆时针转动，求臂与铅直45时门中心G 的速度和加速度.[解 答]因炉门在铅直面内作平动，门中心G 的速度、加速度与B 或D 点相同。
所以：7.1.6 收割机拔禾轮上面通常装4到6个压板.拔禾轮一边旋转，一边随收割机前进.压板转到下方才发挥作用，一方面把农作物压向切割器，另一方面把切割下来的作物铺放在收割台上，因此要求压板运动到下方时相对于作物的速度与收割机前进方向相反.已知收割机前进速率为1.2m/s ，拔禾轮直径1.5m ，转速22rev/min,求压板运动到最低点挤压作物的速度.[解 答]取地面为基本参考系，收割机为运动参考系。
第7章 实现(bf)
内循环次数 外循环次数 3X20=60 3 总循环次数
63
main() { int i,j; long sum=0; for(j=1;j<=3 for(j=1;j<=3;j++) for(i=1;i<=20;i++) for(i=1;i<=20;i++) sum=sum+(i+1)*(i+1)*(j+2); sum=sum+(i+1)*(i+1)*(j+2); printf(“sum=%d\ printf(“sum=%d\n”,sum); }
1、程序内部的文档 2、数据说明 3、语句构造 4 4、输入输出 5、效率
7.1.2.1 程序内部文档(I)
所谓程序内部的文档包括恰当的标识符、适当的注 解和程序的视觉组织等等。 1、标识符 开发小组采取统一的命名规则(匈牙利命名法) 使用可以准确说明变量/字段/类的完整的英文描述符。 比如firstName，少用单变量名称如l,t这样的名字。 采用该领域的术语 。尽量不要生造词汇。
main() { int i,j; long sum=0; for(i=1;i<=20;i++) for(j=1;j<=3;j++) sum=sum+(i+1)*(i+1)*(j+2); printf(“sum=%d\ printf(“sum=%d\n”,sum); }
内循环次数 外循环次数 20X3=60 20 总循环次数
第7章 实现(III)
通过测试发现错误之后还必须诊断并改正错误，这 就是调试的目的。调试是测试阶段最困难的工作。 在对测试结果进行收集和评价的时候，软件所达到 的可靠性也开始明朗了。软件可靠性模型使用故障率 数据，估计软件将来出现故障的情况并预测软件的可 靠性。
63
main() { int i,j; long sum=0; for(j=1;j<=3 for(j=1;j<=3;j++) for(i=1;i<=20;i++) for(i=1;i<=20;i++) sum=sum+(i+1)*(i+1)*(j+2); sum=sum+(i+1)*(i+1)*(j+2); printf(“sum=%d\ printf(“sum=%d\n”,sum); }
1、程序内部的文档 2、数据说明 3、语句构造 4 4、输入输出 5、效率
7.1.2.1 程序内部文档(I)
所谓程序内部的文档包括恰当的标识符、适当的注 解和程序的视觉组织等等。 1、标识符 开发小组采取统一的命名规则(匈牙利命名法) 使用可以准确说明变量/字段/类的完整的英文描述符。 比如firstName，少用单变量名称如l,t这样的名字。 采用该领域的术语 。尽量不要生造词汇。
main() { int i,j; long sum=0; for(i=1;i<=20;i++) for(j=1;j<=3;j++) sum=sum+(i+1)*(i+1)*(j+2); printf(“sum=%d\ printf(“sum=%d\n”,sum); }
内循环次数 外循环次数 20X3=60 20 总循环次数
第7章 实现(III)
通过测试发现错误之后还必须诊断并改正错误，这 就是调试的目的。调试是测试阶段最困难的工作。 在对测试结果进行收集和评价的时候，软件所达到 的可靠性也开始明朗了。软件可靠性模型使用故障率 数据，估计软件将来出现故障的情况并预测软件的可 靠性。
《信号与系统》第七章 北京理工大学
1 Re{ s} a A 指数信号 sa 1 u (t ) Re{s} 0 B阶跃信号 s s cos 0t u (t ) 2 Re{s} 0 C余弦信号 2 s 0 sin 0t u (t ) 2 0 2 Re{s} 0 D正弦信号 s 0 sa e at cos 0t u (t ) Re{ s} a 2 E指数调制的余弦和正弦信号 ( s a ) 2 0 e at u (t )
罗斯判据
j
j
X ( s )e st ds
单边拉氏变换公式
X ( s) x(t )e st dt
0
u (t ) j x(t ) X ( s)e st ds 2j j
拉氏变换和傅氏变换的区别：
1) 分解为 e
j t
和 e 的和；
st
2) 傅氏是从 ，而拉氏是从 j j
e at sin 0t u (t )
F根据S域的微分性质
t n1 at 1 e u (t ) Re{s} a (n 1)! ( s a) n
2 ( s a ) 2 0
0
Re{ s} a
7.4常用函数的拉氏变换
2 单边左向信号的拉氏变换 A 指数信号
得
X ( s)
x(t )e st dt
拉普拉斯正变换
所以，
1 x(t ) 2j
j
j
X ( s)e st ds
拉普拉斯 反变换
拉普拉斯变换对
1 正变换公式
象函数
X ( s)
2 反变换公式
x(t )e st dt一对拉氏变换对原来自数1 x (t ) 2j
罗斯判据
j
j
X ( s )e st ds
单边拉氏变换公式
X ( s) x(t )e st dt
0
u (t ) j x(t ) X ( s)e st ds 2j j
拉氏变换和傅氏变换的区别：
1) 分解为 e
j t
和 e 的和；
st
2) 傅氏是从 ，而拉氏是从 j j
e at sin 0t u (t )
F根据S域的微分性质
t n1 at 1 e u (t ) Re{s} a (n 1)! ( s a) n
2 ( s a ) 2 0
0
Re{ s} a
7.4常用函数的拉氏变换
2 单边左向信号的拉氏变换 A 指数信号
得
X ( s)
x(t )e st dt
拉普拉斯正变换
所以，
1 x(t ) 2j
j
j
X ( s)e st ds
拉普拉斯 反变换
拉普拉斯变换对
1 正变换公式
象函数
X ( s)
2 反变换公式
x(t )e st dt一对拉氏变换对原来自数1 x (t ) 2j
电子测量技术第7章 频域测量技术ppt课件
们进行分类。 例如， 可分为模拟式、 数字式、 模 拟数字混合式； 实时型、 非实时型； 恒带宽分析、 恒百分比带宽分析； 单通道型、 多通道型。 按工 作频带， 还可以分为高频、 低频等等。 按工作原 理， 大致可以归为滤波法和计算法两大类。 下面 就上述几种分类， 对各类仪器的特点和应用对象 作一简要说明。
第7章 频域测量技术
其物理意义为， 两者能从白噪声源中传输同等的能 量。 只要不是很粗劣的滤波器， 其有效噪声带宽很接近 于3 dB带宽，为了分析方便， 常用3 dB带宽来代替有效噪 声带宽。
频率信号的能力。 当两个频率间隔等于滤波器带宽的等 幅信号同时输入频谱仪时， 频谱仪“正好〞能将它们分 开， 谱图上出现两个峰， 峰谷点之间差3 dB， 如图7- 6 所示。
图7- 1 信号的时域波形及频域频谱
第7章 频域测量技术
从时域t方向描述的电信号就是我们在示波器上看到的 波形f(t)， 从频域f方向看到的这个信号可表示为一组沿频 率轴步进的正弦信号的集合， 即S(ω)， 每一个正弦信号代 表这个电信号在频率点所具有的分量值， 也称为信号的频 谱或频谱分量。
频谱是对信号及其特性的频率域描述。 一个在时域看 来是复杂波形的信号， 它的频谱可能是简单的， 在时域 不容易获取信号的有关信息在频域可能是容易获取的。 一 般来说， 确定性信号存在着傅立叶变换， 由它可获得确 定的频谱。 随机信号只能就某些样本函数的统计特征值作 出估算， 如均值、 方差等， 这类信号不存在傅立叶变换， 对它们的频谱分析指的是它的功率谱分析。
本章主要介绍信号的频谱分析技术及线性系统的频率 特性测量技术， 包括频谱分析仪、 失真度测量仪、 扫频仪 及网络分析仪等的测量原理。
第7章 频域测量技术
7.1 7.1.1
第7章 频域测量技术
其物理意义为， 两者能从白噪声源中传输同等的能 量。 只要不是很粗劣的滤波器， 其有效噪声带宽很接近 于3 dB带宽，为了分析方便， 常用3 dB带宽来代替有效噪 声带宽。
频率信号的能力。 当两个频率间隔等于滤波器带宽的等 幅信号同时输入频谱仪时， 频谱仪“正好〞能将它们分 开， 谱图上出现两个峰， 峰谷点之间差3 dB， 如图7- 6 所示。
图7- 1 信号的时域波形及频域频谱
第7章 频域测量技术
从时域t方向描述的电信号就是我们在示波器上看到的 波形f(t)， 从频域f方向看到的这个信号可表示为一组沿频 率轴步进的正弦信号的集合， 即S(ω)， 每一个正弦信号代 表这个电信号在频率点所具有的分量值， 也称为信号的频 谱或频谱分量。
频谱是对信号及其特性的频率域描述。 一个在时域看 来是复杂波形的信号， 它的频谱可能是简单的， 在时域 不容易获取信号的有关信息在频域可能是容易获取的。 一 般来说， 确定性信号存在着傅立叶变换， 由它可获得确 定的频谱。 随机信号只能就某些样本函数的统计特征值作 出估算， 如均值、 方差等， 这类信号不存在傅立叶变换， 对它们的频谱分析指的是它的功率谱分析。
本章主要介绍信号的频谱分析技术及线性系统的频率 特性测量技术， 包括频谱分析仪、 失真度测量仪、 扫频仪 及网络分析仪等的测量原理。
第7章 频域测量技术
7.1 7.1.1
模电答案 第七章
c.电流串联负反馈；d.电流并联负反馈；
（1）为了稳定放大电路的输出电压，增大输入电阻，应引入a；
（2）为了增大放大电路的输出电阻，减小输入电阻，应引入d；
（3）欲减小电路从信号源索取的电流，增大带负载能力，应引入a；
（4）欲从信号源获得更大的电流，并稳定输出电流，应引入d。
7-11电路如图题7-11所示，（1）试判断该放大电路引入了哪种反馈组态；（2）现希望对电路的性能进行改善，提高该电路的输入电阻，降低输出电阻，电路连线应作何改进？（3）比较改进前后闭环增益 是否相同？
题7-11图
解：
(1) 引入了电压并联负反馈；
(2)若要使电路提高输入电阻，降低输出电阻，需引入电压串联负反馈。连线可以做如下改动：
将 的基极与 的集电极相连，同时将 的一端从 基极移到 的基极；或将 的基极通过 接 ， 的基极通过 接地。
(3)改接前
改接后
7-12在图题7-12所示放大电路中， 和 均为反馈元件。
（5）对于放大电路，若无反馈网络，称为开环放大电路；若存在反馈网络，则称
为闭环放大电路。
7-2判断图题7-2所示各电路中是否引入了反馈，若引入了反馈，则判断是正反馈还是负反馈，是直流反馈还是交流反馈（设各电路中，电容对交流信号均视为短路）。
题7-2图
解：
（a）由 、 引入负反馈，交、直流反馈均有；
（b）由 引入负反馈，交、直流反馈均有；
(d)图中引入了电压串联负反馈，在深度反馈条件下， ，故
输入电阻和输出电阻的定性分析：深度负反馈时，串联负反馈的输入电阻 ，电压负反馈的输出电阻 。
7-18设某反馈放大电路的开环频率响应的表达式为
（1）画出它的波特图；
（2）为了使放大电路能够稳定工作（即不产生自激振荡），试求最大反馈系数的值。
（1）为了稳定放大电路的输出电压，增大输入电阻，应引入a；
（2）为了增大放大电路的输出电阻，减小输入电阻，应引入d；
（3）欲减小电路从信号源索取的电流，增大带负载能力，应引入a；
（4）欲从信号源获得更大的电流，并稳定输出电流，应引入d。
7-11电路如图题7-11所示，（1）试判断该放大电路引入了哪种反馈组态；（2）现希望对电路的性能进行改善，提高该电路的输入电阻，降低输出电阻，电路连线应作何改进？（3）比较改进前后闭环增益 是否相同？
题7-11图
解：
(1) 引入了电压并联负反馈；
(2)若要使电路提高输入电阻，降低输出电阻，需引入电压串联负反馈。连线可以做如下改动：
将 的基极与 的集电极相连，同时将 的一端从 基极移到 的基极；或将 的基极通过 接 ， 的基极通过 接地。
(3)改接前
改接后
7-12在图题7-12所示放大电路中， 和 均为反馈元件。
（5）对于放大电路，若无反馈网络，称为开环放大电路；若存在反馈网络，则称
为闭环放大电路。
7-2判断图题7-2所示各电路中是否引入了反馈，若引入了反馈，则判断是正反馈还是负反馈，是直流反馈还是交流反馈（设各电路中，电容对交流信号均视为短路）。
题7-2图
解：
（a）由 、 引入负反馈，交、直流反馈均有；
（b）由 引入负反馈，交、直流反馈均有；
(d)图中引入了电压串联负反馈，在深度反馈条件下， ，故
输入电阻和输出电阻的定性分析：深度负反馈时，串联负反馈的输入电阻 ，电压负反馈的输出电阻 。
7-18设某反馈放大电路的开环频率响应的表达式为
（1）画出它的波特图；
（2）为了使放大电路能够稳定工作（即不产生自激振荡），试求最大反馈系数的值。
自动控制原理 第七章 非线性
x x x 0 , x(t0 ) x0 , x (t0 ) x0
将它写成微分方程组：
dx
.
x
dt.
dx
x
.
x
dt
容易求出奇点为（0，0）。
图 例7-2的根轨迹
ABCDO对应.初始条件为
x(0) 2, x(0) 7
EFO对应初.始条件为：
x(0) 0, x(0) 10
从相轨迹图可以直观地看到： 所有的相轨迹都最终收敛到 奇点（0，0），这说明系统 是渐近稳定的；可以证明， 每一条相轨迹都是向心螺旋 线，这说明系统的运动过程 是衰减振荡的。
3）相轨迹图形特征
如果微分方程满足解的存在性和唯一性条件， 那么，相轨迹（场）图一定有如下基本特征：
1)任一普通点有且只有一条相轨迹通过（解 的存在性和唯一性）；
2)相轨迹必垂直通过轴； 3)轴上方的相轨迹从左向右运动，轴下方的 相轨迹从右向左运动。
Байду номын сангаас
例7-2 作出下列二阶系统的相轨迹
.. .
..
线性系统如果某系统在某初始条件下的响应 过程为衰减振荡，则其在任何输入信号及初始条 件下该系统的暂态响应均为衰减振荡形式。例：
x& x x2 x(0) x0
（1）当初始条件xo ＜1时,1－xo＞0,上式 x(t) 具有负的特征根,其暂 态过程按指数规律衰 减,该系统稳定。
（ 2 ） 当 xo=1 时 ,1xo=0,上式的特征根为 o 零,其暂态过程为一常 量。
x a xa x a
此处： x 输入 y 输出 k 比例系数
y
ym
a
k
x
0a
ym
饱和非线性对系统的影响：
第七章非线性控制系统分析习题答案.
解： y(t) = A3 sin3 ωt
∫ ∫ 1
B=
2π
A3 sin 4 ωt
4 A3
dωt =
π
2
1
(1
− cos
2ωt) 2
dωt
1
π0
π 04
∫ [ ] A3
=
π
2 (1 − 2 c os 2ω t + c os 2 2ω t )
A3
dωt =
π
A3
π
− sin 2ωt 2
π0
π2 π
0
A 3 π c o s 4ω t + 1
G1 ( s) +G1 ( s)
4 、 判 断 题 7 -2 图 中 各 系 统 是 否 稳 定 ； −1 N( A) 与 G ( j ω ) 两 曲 线 交 点 是 否 为 自 振 点 。
2
解 ：（ a ） 不 是 ； （ b） 是 ； （c）是；
（ d） a、c 点 是， b 点 不 是；
（ e） 是 ；
（ 2 ） 由 图 解 7 -5 可 见 ， 当 −1 N( A) 和 G ( j ω ) 相 交 时 ， 系 统 一 定 会 自 振 。 由 自 振 条 件
A + 6 −K −( A + 6) K
N ( A)G( jω ) =
=
= −1
ω =1 A + 2 2
2( A+2)
( A +6) K = 2 A +4
10
−1 0
10
G( jω ) =
=
−j
j ω( j ω + 1) ω2 + 1
ω( ω2 + 1)
∫ ∫ 1
B=
2π
A3 sin 4 ωt
4 A3
dωt =
π
2
1
(1
− cos
2ωt) 2
dωt
1
π0
π 04
∫ [ ] A3
=
π
2 (1 − 2 c os 2ω t + c os 2 2ω t )
A3
dωt =
π
A3
π
− sin 2ωt 2
π0
π2 π
0
A 3 π c o s 4ω t + 1
G1 ( s) +G1 ( s)
4 、 判 断 题 7 -2 图 中 各 系 统 是 否 稳 定 ； −1 N( A) 与 G ( j ω ) 两 曲 线 交 点 是 否 为 自 振 点 。
2
解 ：（ a ） 不 是 ； （ b） 是 ； （c）是；
（ d） a、c 点 是， b 点 不 是；
（ e） 是 ；
（ 2 ） 由 图 解 7 -5 可 见 ， 当 −1 N( A) 和 G ( j ω ) 相 交 时 ， 系 统 一 定 会 自 振 。 由 自 振 条 件
A + 6 −K −( A + 6) K
N ( A)G( jω ) =
=
= −1
ω =1 A + 2 2
2( A+2)
( A +6) K = 2 A +4
10
−1 0
10
G( jω ) =
=
−j
j ω( j ω + 1) ω2 + 1
ω( ω2 + 1)