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1、 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:2211RURU 则有：1122RURU 2）同相数
2、乘器 由：54443RRURU 则有：45434)(RRRUU（2）积分微分器 1）积分器：由：121211/UURRsC 则有：221121(1)RUURsR C 2）微分器：由：34111UURsC 则有：4311UU RC s （3）加法器 1）反向加法器 有：)(211032RURURU 2）正向加法器 由：875764433RRURURURURU 则有)()(*443378765RURURRRRU 2、N 阶系统系统 1011110111()()()()()()()()nnnnnnmmmmmmdddCy tCy tCy tC y tdtdtdtdddEx tEx tEx tE x t
3、dtdtdt 根据零状态响应（起始状态为零），则对其进行拉氏变换有：10111011()()()()()()()()nnnnmmmmC s Y sC sY sCsY sC Y sE s X sE sX sEsX sE X s 则其传函数可表达为：-101-1-101-1sss(s)(s)(s)sssmmmmnnnnEEEEYHXCCCC 3、作为一阶系统，一般可表达为：0101()E sEH sC sC 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：0()1HH ssT 其中 120R
4、RH ,12CRT 则系统的频响特性为：0()1HH jj T 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：20122012()E sE sEH sC sC sC 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：1 2211 2()KTTH sKsTsTT 其中 xRRK1 111CRT 222CRT 与标准的二阶系统比较：222()2nnnH sss 则有：KTTTTKn12214 n为无阻尼自然频率，为二阶系统的阻尼系数。通
5、过改变图 7-2 中的电阻xR，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）：KRR1021，1103(104)C 或。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K1Hz 左右，峰峰值为 5V，使其输入到搭建电路的输
6、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）：KRRRR103221，473,10321CC。其中xR的参数可以进行选择，可以为KKKRx33222、等(其中两个xR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Hz200，p-p 值为 5V，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 2
7、00 300 400 500 600 700 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 f/HZ 800 900 1k 1.2k 1.4k 1.6k 1.8k Vpp1(v)4.96 4.96 4.96 4.96 4.96 4.96 4.96 Vpp2 1.04v 960mv 880mv 688mv 600mv 536mv 480mv x 880us 760u
8、s 660us 584us 528us 464us 408us 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 f/HZ 9k 10k Vpp1(v)4.96 4.96 Vpp2 104mv 92mv x 80.8us 73.6us 2、二阶系统的频响测试：Rr=2K f/HZ 100 500 1k 1.5k 2k 2.5k
9、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 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 f/HZ 7K 7.5k 8K 8.5k 9k 9.5k 10k Vpp1(v)5
10、 5 5 5 5 5 5 Vpp2 280mv 248mv 246mv 200mv 186mv 162mv 146mv x 72s 64s 62s 58us 52us 48us 46s 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 一阶系统相频特性 一阶系统幅频特性 2、二阶系统的频响测试。二阶系统相频特性 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 7
11、5 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。