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北邮_大物_基于LabVIEW的RLC电路频率特性研究性实验报告

北邮_大物_基于LabVIEW的RLC电路频率特性研究性实验报告
北邮_大物_基于LabVIEW的RLC电路频率特性研究性实验报告

实验四 控制系统频率特性的测试(实验报告)

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。

RLC串联电路的谐振特性研究 实验报告

大学物理实验设计性实验 实验报告 实验题目:RLC串联电路谐振 特性的研究 班级: 姓名:学号: 指导教师:

一.目的 1.研究LRC 串联电路的幅频特性; 2.通过实验认识LRC 串联电路的谐振特性. 二.仪器及用具 DH4503RLC 电路实验仪 电阻箱 数字储存示波器 导线 三.实验原理 LRC 串联电路如图3.12-1所示.若交流电源U S 的电压为U ,角频率为ω,各元件的阻抗分别为 则串联电路的总阻抗为 串联电路的电流为 式中电流有效值为 电流与电压间的位相差为 它是频率的函数,随频率的变化关系如图3.12-2所示. 电路中各元件电压有效值分别为 C j Z L j Z R Z C L R ωω1= ==) 112.3()1 (-- +=C L j R Z ωω) 212.3() 1 (-=- += = ? ? ? ωωj Ie C L j R Z I U U ) 312.3() 1 (2 2 -- += = C L R U Z U I ωω) 412.3(1 arctan -- =R C L ωω?) 512.3() 1 (2 2 -- += =C L R R RI U R ωω) 612.3() 1 (2 2 -- += =U C L R L LI U L ωωωω) 712.3() 1 (1 1 2 2 -- += = U C L R C I C U C ωωωω 图3.12-1 /π-/π(b) 图3.12-2

(3.12-5)和(3.12-6),(3.12-7) 式可知,U R ,U L 和U C 随频率变化关系如图3.12-3所示. (3.12-5),(3.12-6)和(3.12-7)式反映元件R 、L 和C 的幅频特性,当 时,?=0,即电流与电压同位相,这种情况称为串联谐振,此时的角频率称为谐振角频率,并以ω0表示,则有 从图3.12-2和图3.12-3可见,当发生谐振时,U R 和I 有极大值,而U L 和U C 的极大值都不 出现在谐振点,它们极大值U LM 和U CM 对应的角频率分别为 (3.1211)C ωω= =- 式中Q 为谐振回路的品质因数.如果满足2 1> Q ,可得相应的极大值分别为 电流随频率变化的曲线即电流频率响应曲线(如图3.12-5所示)也称谐振曲线.为了分析电路的频率特性.将(3.12-3)式作如下变换 ) 912.3(1 0-=LC ω) 1012.3(21 11 2202 2 2--=-=ωωQ C R LC L )1312.3(4111 422 2 2 LM -- = -=Q QL Q U Q U ) 1412.3(4112 CM -- = Q QU U 2 2 ) 1 ()I(C L R U ωωω- += ) 812.3(1 -=L C ωω (a) 图3.12-3

北邮数字电路综合实验报告

数字电路综合实验报告 简易智能密码锁 一、实验课题及任务要求 设计并实现一个数字密码锁,密码锁有四位数字密码和一个确认开锁按键,密码输入正确,密码锁打开,密码输入错误进行警示。 基本要求: 1、密码设置:通过键盘进行4 位数字密码设定输入,在数码管上显示所输入数字。通过密码设置确定键(BTN 键)进行锁定。 2、开锁:在闭锁状态下,可以输入密码开锁,且每输入一位密码,在数码管上显示“-”,提示已输入密码的位数。输入四位核对密码后,按“开锁”键,若密码正确则系统开锁,若密码错误系统仍然处于闭锁状态,并用蜂鸣器或led 闪烁报警。 3、在开锁状态下,可以通过密码复位键(BTN 键)来清除密码,恢复初始密码“0000”。闭锁状态下不能清除密码。 4、用点阵显示开锁和闭锁状态。 提高要求: 1、输入密码数字由右向左依次显示,即:每输入一数字显示在最右边的数码管上,同时将先前输入的所有数字向左移动一位。 2、密码锁的密码位数(4~6 位)可调。

3、自拟其它功能。 二、系统设计 2.1系统总体框图 2.2逻辑流程图

2.3MDS图 2.4分块说明 程序主要分为6个模块:键盘模块,数码管模块,点阵模块,报警模块,防抖模块,控制模块。以下进行详细介绍。 1.键盘模块 本模块主要完成是4×4键盘扫描,然后获取其键值,并对其进行编码,从而进行按键的识别,并将相应的按键值进行显示。 键盘扫描的实现过程如下:对于4×4键盘,通常连接为4行、4列,因此要识别按键,只需要知道是哪一行和哪一列即可,为了完成这一识别过程,我们的思想是,首先固定输出高电平,在读入输出的行值时,通常高电平会被低电平拉低,当当前位置为高电平“1”时,没有按键按下,否则,如果读入的4行有一位为低电平,那么对应的该行肯定有一个按键按下,这样便可以获取到按键的行值。同理,获取列值也是如此,先输出4列为高电平,然后在输出4行为低电平,再读入列值,如果其中有哪一位为低电平,那么肯定对应的那一列有按键按下。由此可确定按键位置。

频率特性分析

实验三 频率特性分析 一·实验目的 1.掌握频率特性的基本概念,尤其是频率特性的几种表示方法。 2.能熟练绘制极坐标频率特性曲线(奈奎斯特曲线)和对数频率特性曲线,尤其要注意的是在非最小相位系统时曲线的绘制。 3.正确应用频率稳定判别方法,包括奈奎斯特稳定判据和对数稳定判据。 4.熟练正确计算相位裕量和幅值裕量。 5.掌握闭环频率特性的基本知识以及有关指标的近似估算方法。 二·实验内容 1增加开环传递函数零极点个数对奈奎斯特图的影响 1)改变有限极点个数n ,使n=0,1,2,3 Nyquist Diagram Real Axis I m a g i n a r y A x i s -2 -101234 -3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.50 0.511.52n=0 n=1 n=2 n=3 2)改变原点处极点个数v ,当v=1,2,3,4, Nyquist Diagram Real Axis I m a g i n a r y A x i s -2 -1.5 -1 -0.5 00.5 1 1.5 2 -2-1.5 -1 -0.5 00.5 1 1.5 2 System: sys P hase Margin (deg): -32.9Delay Margin (sec): 4.41At frequency (rad/sec): 1.3 Closed Loop Stable? No System: sys P hase Margin (deg): -121Delay Margin (sec): 3.49At frequency (rad/sec): 1.2 Closed Loop Stable? No System: sys P hase Margin (deg): 150Delay Margin (sec): 2.28At frequency (rad/sec): 1.15Closed Loop Stable? No System: sys P hase Margin (deg): 51.8Delay Margin (sec): 0.575 At frequency (rad/sec): 1.57 Closed Loop Stable? Yes v=1 v=2 v=3 v=4

系统频率特性的测试实验报告

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。

大学物理实验报告系列之RLC电路的谐振

【实验名称】 RLC 电路的谐振 【实验目的】 1、研究和测量RLC 串、并联电路的幅频特性; 2、掌握幅频特性的测量方法; 3、进一步理解回路Q 值的物理意义。 【实验仪器】 音频信号发生器、交流毫伏表、标准电阻箱、标准电感、标准电容箱。 【实验原理】 一、RLC 串联电路 1.回路中的电流与频率的关系(幅频特性) RLC 交流回路中阻抗Z 的大小为: () 2 2 '1??? ? ? -++= ωωC L R R Z (32-1) ???? ? ??????? +-=R R C L arctg '1ωω? (32-3) 回路中电流I 为: )1()'(2ω ωC L R R U Z U I - ++== (32-4) 当01 =- ω ωC L 时, = 0,电流I 最大。 令即振频率并称为谐振角频率与谐的角频率与频率分别表示与,,000=?ωf : LC f LC πω21100= = (32-5) 如果取横坐标为ω,纵坐标为I ,可得图32-2所示电流频率特性曲线。 2.串联谐振电路的品质因数Q C R R L Q 2)'(+= (32-7) QU U U C L == (32-8) Q 称为串联谐振电路的品质因数。当Q >>1时,U L 和U C 都远大于信号源输出电 压,这种现象称为LRC 串联电路的电压谐振。 Q 的第一个意义是:电压谐振时,纯电感和理想电容器两端电压均为信号源电 压的Q 倍。 1 20 1 20f f f Q -= -= ωωω (32-12) 显然(f 2-f 1)越小,曲线就越尖锐。 Q 的第二个意义是:它标志曲线尖锐程度,即电路对频率的选择性,称 f (= f 0 / Q )为通频带宽度。 3.Q 值的测量法

系统频率特性

第三章 系统频率特性 系统的时域分析是分析系统的直接方法,比较直观,但离开计算机仿真,分析高阶系统是困难的。系统频域分析是工程广为应用的系统分析和综合的间接方法。频率分析不仅可以了解系统频率特性,如截止频率、谐振频率等,而且可以间接了解系统时域特性,如快速性,稳定性等,为分析和设计系统提供更简便更可靠的方法。 本章首先阐明频率响应的特点,给出计算频率响应的方法,接着介绍Nyquist 图和Bode 图的绘制方法、系统的稳定裕度及系统时域性能指标计算。 3.1 频率响应和频率特性 3.1.1 一般概念 频率响应是指系统对正弦输入的稳态响应。考虑传递函数为G(s)的线性系统,若输入正弦信号 t X t x i i ωsin )(= (3.1-1) 根据微分方程解的理论,系统的稳态输出仍然为与输入信号同频率的正弦信号,只是其幅值和相位发生了变化。输出幅值正比于输入的幅值i X ,而且是输入正弦频率ω的函数。输出的相位与i X 无关,只与输入信号产生一个相位差?,且也是输入信号频率ω的函数。即线性系统的稳态输出为 )](sin[)()(00ω?ωω+=t X t x (3.1-2)

由此可知,输出信号与输入信号的幅值比是ω的函数,称为系统的幅频特性,记为)(ωA 。输出信号与输入信号相位差也是ω的函数,称为系统的相频特性,记为)(ω?。 幅频特性: )()()(0ωωωi X X A = (3.1-3) 相频特性: )()()(0ω?ω?ω?i -= (3.1-4) 频率特性是指系统在正弦信号作用下,稳态输出与输入之比对频率的关系特性,可表示为: )()()(0ωωωj X j X j G i = (3.1-5) 频率特性)(ωj G 是传递函数)(s G 的一种特殊形式。任何线性连续时间系统的频率特性都可由系统传递函数中的s 以ωj 代替而求得。 )(ωj G 有三种表示方法: )()()(ω?ωωj e A j G = (3.1-6) )()()(ωωωjV U j G += (3.1-7) )(sin )()cos()()(ω?ωωωωjA A j G += (3.1-8) 式中,实频特性: )(cos )()(ω?ωωA U = 虚频特性:

自动控制原理控制系统的频率特性实验报告

肇庆学院 工程学院 自动控制原理实验报告 12 年级 电气一班 组员:王园园、李俊杰 实验日期 2014/6/9 姓名:李奕顺 学号:201224122130老师评定 ________________ 实验四:控制系统的频率特性 一、实验原理 1.被测系统的方块图:见图4-1 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 被测系统的输人端[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运算器后在显示器中显示。 根据式(4 — 3)和式(4 — 4)分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位, 在半对数座标 纸上作出实验曲线:开环对数幅频曲线和相频曲线。 系统(或环节)的频率特性 幅值和相角: G (j 3)是一个复变量,可以表示成以角频率 3为参数的 G(j 3)= G(j 3)|/G(j 3) (4 — 1) 本实验应用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特牲。 图4-1所示系统的开环频率特性为: G 1(j 3)G 2(j 3) B(j 3) 」 B(j 3) E(j 3) E(j 3) E(j 3) (4—2) 采用对数幅频特性和相频特性表示,则式( 20lgG1(j 3) G2(j 3)H(j 3)= 2 叫鵲 = 20lgB(j 3) -20lg E(j 3) (4— 3) G 1(j 3)G 2(j 3)H(j 3) 二 B(j 3)- . E(j 3) (4—4) 图4-1 被测系统方块图 4— 2 )表示 为:

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牲(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:见图4-2 图4-2被测系统 二、实验内容 (1)将U21 DAC单元的OUT端接到对象的输入端。 ⑵将测量单元的CH1 (必须拨为乘I档)接至对象的输出端。 ⑶将Ul SG单元的ST和S端断开,用排线将ST端接至U26控制信号单元中的PB0。(由于在每次测量前,应对对象进行一次回零操作,ST即为对象锁零控制端,在这里,我们用8255的PB0 口对ST进行程序控制) ⑷在PC机上分别输入角频率为1, 10,100,300,并使用“ +”、“―”键选择合适的幅值,按ENTER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,得到的实验波形图如图4-3到图4-10所示: 图4-3输入频率为1的波形图1

RLC串联电路暂态特性的研究实验报告

南昌大学物理实验报告课程名称:普通物理实验(2) 实验名称: RLC串联电路暂态特性的研究 学院:专业班级: 学生姓名:学号: 实验地点:座位号: 实验时间:

一、 实验目的: 1、研究方波电源加于RC 串联电路时产生的暂态放电曲线及用示波器测量电路半衰期的方法,加深对电容充电、放电规律的认识。 2、了解当方波电源加于RLC 电路时产生的阻尼衰减震荡的特性及测量方法。 二、 实验原理: 1、RC 串联电路的暂态过程 在由R 、C 组成的电路中,暂态过程是电容的充放电的过程。图1为RC 串联电路。其中信号源用方波信号。在上半个周期内,方波电源(+E )对电容充电;在下半个周期内,方波电压为零,电容对地放电。充电过程中回路方程为 (1) 由初始条件t=0时,U C =0,得解为 (2) 从U C 、U R 二式可见,U C 是随时间t 按指数函数 规律增长,而电阻电压U R 随时间t 按指数函数规律 衰减,如图2中U-t 、U C -t 及U R -t 曲线所示。 在放电过程中的回路方程为 (3) 由初始条件t=0时,U C =E ,得解为 (4) 物理量RC=τ具有时间量纲,称为时间常数,是表征暂态过程进行得快慢的一个重要物理量。与时间常数τ有关的另一个在实验中较容易测定的特征值,称为半衰期T 1/2,即当U C (t)下降到初值(或上升至终值)一半时所需要的时间,它同样反映了暂态过程的快慢程度,与t 的关系为 T 1/2=τ ln 2=0.693τ (或τ=1.443T 1/2) (5)

3、RC 串联电路的暂态过程 s c c c u t u t t u RC t t u LC =++)()()(22d d d d RLC 串联电路 求解微分方程,可以得出电容上的电压)t (U C 。再根据dt )t (du C )t (i c =,求得)t (i 。改变初始状态和输入激励可以得到不同的二阶时域响应。全响应是零状态响应和零输入响应的叠加。零输入响应的模式完全由其微分方程的特征方程的两个特征根 202222,1)LC 1()L 2R (L 2R p ω-δ±δ-=-±-= 式中:L 2R =δ,LC 10=ω 由于电路的参数不同,响应一般有三种形式: (1)当C L 2R >,特征根1p 和2p 是两个不相等的负实数,电路的瞬态响应为非振荡性的,称为过阻尼情况。 (2)当C L 2R =,特征根1p 和2p 是为两个相等的负实数,电路的瞬态响应仍为非振荡性的,称为临界阻尼情况。

北京邮电大学数字电路实验报告

北京邮电大学 数字电路与逻辑设计实验 实验报告 实验名称:QuartusII原理图输入 法设计与实现 学院:北京邮电大学 班级: 姓名: 学号:

一.实验名称和实验任务要求 实验名称:QuartusII原理图输入法设计与实现 实验目的:⑴熟悉用QuartusII原理图输入法进行电路设计和仿真。 ⑵掌握QuartusII图形模块单元的生成与调用; ⑶熟悉实验板的使用。 实验任务要求:⑴掌握QuartusII的基础上,利用QuartusII用逻辑 门设计实现一个半加器,生成新的半加器图像模 块。 ⑵用实验内容(1)中生成的半加器模块以及逻辑门 实现一个全加器,仿真验证其功能,并能下载到实 验板上进行测试,要求用拨码开关设定输入信号, 发光二级管显示输出信号。 ⑶用3线—8线译码器(74L138)和逻辑门实现要求 的函数:CBA F+ C + =,仿真验证其 + B C B A A A B C 功能,,并能下载到实验板上进行测试,要求用拨 码开关设定输入信号,发光二级管显示输出信号。二.设计思路和过程 半加器的设计实现过程:⑴半加器的应有两个输入值,两个输出值。 a表示加数,b表示被加数,s表示半加和, co表示向高位的进位。

⑵由数字电路与逻辑设计理论知识可知 b a s ⊕=;b a co ?= 选择两个逻辑门:异或门和与门。a,b 为异 或门和与门的输入,S 为异或门的输出,C 为与门的输出。 (3)利用QuartusII 仿真实现其逻辑功能, 并生成新的半加器图形模块单元。 (4)下载到电路板,并检验是否正确。 全加器的设计实现过程:⑴全加器可以由两个半加器和一个或门构 成。全加器有三个输入值a,b,ci ,两个输 出值s,co :a 为被加数,b 为加数,ci 为低 位向高位的进位。 ⑵全加器的逻辑表达式为: c b a s ⊕⊕= b a ci b a co ?+?⊕=)( ⑶利用全加器的逻辑表达式和半加器的逻 辑功能,实现全加器。 用3线—8线译码器(74L138)和逻辑门设计实现函数 CBA A B C A B C A B C F +++= 设计实现过程:⑴利用QuartusII 选择译码器(74L138)的图形模块

使用Multisim进行电路频率特性分析

使用Multisim进行电路频率响应分析 作者:XChuda Multisim的AC Analysis功能用于对电路中一个或多个节点的电压/电流频响特性进行分析,画出伯德图。本文基于Multisim 11.0。 1、实验电路 本例使用如图的运放电路进行试验。该放大电路采用同相输入,具有(1+100/20=)6倍的放大倍数,带300欧负载。方框部分象征信号源,以理想电压源串联电阻构成。 请不要纠结于我把120Vrms的电压源输入双15V供电的运放这样的举动是否犯二,电压源在AC Analyses中仅仅是作为一个信号入口的标识,其信号类型、幅值和频率对分析是没有贡献的,但是它的存在必不可少,否则无法得到仿真结果! 2、操作步骤 搭好上述电路后,就可以进行交流分析了。

一般设置Frequency parameters和Output两页即可,没有特殊要求的话其他选项保持默认,然后点Simulate开始仿真。切记是点Simulate,点OK的话啥都不会发生。

按照上述步骤仿真结果如下: 分析结果是一份伯德图。在上下两个图表各自区域上按右键弹出列表有若干选项,各位可自己动手试试。右键菜单中的Properties可打开属性对话框,对图表进行更为详细的设置。 3、加个电容试试 从上面伯德图分析结果看出,该电路具有高通特性,是由输入耦合电容C3造成的。现在在输入端加入一个退耦电容试试。电路如下:

在输入端加入220pF退耦电容后C1与后面的放大电路输入电阻构成低通滤波器,可滤除高频干扰。加入C1后,放大电路的输出应该具有带通特性。用AC Analysis分析加入C1后的电路频响特性: 奇怪,为什么高通不见了?一阵疑惑,我甚至动笔算了同相输入端的阻容网络复频域的特性,无论C1是否加入,从同相输入端向左看出去的阻容电路都有一个横轴为0的零点,所以幅度特性应该是从0Hz处开始上升的!对,从0Hz开始!回头看看电路加入C1前仿真的伯德图,发现竖轴范围是13dB~13.3dB! 我们尝试放大来看看。现在重新进行AC分析,将频率范围设置为0.1~10Hz,结果如下图。OK,没问题,果然是高通的,只是截止频率非常低(0.3Hz左右),刚才的仿真频率范围从1Hz开始,自然是看不到的。从中也看出,图表中数字后加小写m,是毫赫兹(mHz)的意思,而不是兆赫兹(MHz)。

频域分析实验报告

频域分析实验报告 班级: 学号: 姓名:

一、实验内容: 1利用计算机作出开环系统的波特图; 2、观察记录控制系统的开环频率特性; 3、控制系统的开环频率特性分析。 二、仿真原理: 对数频率特性图(波特图): 对数频率特性图包括了对数幅频特性图和对数相频特性图。横坐标为频率w,采用对数分度,单位为弧度/秒;纵坐标均匀分度,分别为幅值函数20lgA(w),以dB表示;相角,以度表示。MATLAB提供了函数bode()来绘制系统的波特图,其用法如下: (1)bode(num,den):可绘制出以连续时间多项式传递函数表示的系统的波特图。 (2)当带输出变量[mag,pha,w]或[mag,pha]引用函数时,可得到系统波特图相应的幅值mag、相角pha及角频率点w矢量或只是返回幅值与相角。相角以度为单位,幅值可转换为分贝单位:magdb=20×log10(mag) 二、实验验证 1、用Matlab作Bode图。要求:画出对应Bode图。 (1)G(S)=25/S2+4s+25 (7)G(S)=9(s2+0.2s+1)/s(s2+1.2s+9);

图 1 图 2 (1)G(S)=25/S2+4s+25 可以看成是一个比例环节和一个振荡环节组成,所以k=1,T1=0.04,因为v=0,所以在转折频率之前都为20lgk,因为k=1所以斜率为0,经过转折频率,分段直线斜率的变化量为-40db/dec。

(7)G(S)=9(s2+0.2s+1)/s(s2+1.2s+9); 可以看成是一个二阶微分环节和一个积分环节和一个振荡环节组成,化常数为1后,v=1,t1=1,t2=1/3,所以我们可以看到,在起始阶段是-20*vdb/dec,所以一开始斜率为-20db/dec。当经过1/3的转折频率之后分段直线的改变量为40db/dec,当经过1的转折频率之后分段直线的改变量为-40db/dec。故图像如图所示。 第二题: 典型二阶系统Gs=Wn2/s2+2ζWns+Wn2,试绘制取不同值时的Bode图。取Wn=8,ζ=0.1,0.2,0.3,,0.5,0.6; 图 3 如图所示。

谐振电路实验报告

rlc串联谐振电路的实验研究 一、摘要: 从rlc 串联谐振电路的方程分析出发,推导了电路在谐振状态下的谐振频率、品质因 数和输入阻抗,并且基于multisim仿真软件创建rlc 串联谐振电路,利用其虚拟仪表和 仿真分析,分别用测量及仿真分析的方法验证它的理论根据。其结果表明了仿真与理论分析 的一致性,为仿真分析在电子电路设计中的运用提供了一种可行的研究方法。 二、关键词:rlc;串联;谐振电路;三、引言 谐振现象是正弦稳态电路的一种特定的工作状态。通常,谐振电路由电容、电感和电阻 组成,按照其原件的连接形式可分为串联谐振电路、并联谐振电路和耦合谐振电路等。 由于谐振电路具有良好的选择性,在通信与电子技术中得到了广泛的应用。比如,串联 谐振时电感电压或电容电压大于激励电压的现象,在无线电通信技术领域获得了有效的应用, 例如当无线电广播或电视接收机调谐在某个频率或频带上时,就可使该频率或频带内的信号 特别增强,而把其他频率或频带内的信号滤去,这种性能即称为谐振电路的选择性。所以研 究串联谐振有重要的意义。 在含有电感l 、电容c 和电阻r 的串联谐振电路中,需要研究在不同频率正弦激励下 响应随频率变化的情况,即频率特性。multisim 仿真软件可以实现原理图的捕获、电路分 析、电路仿真、仿真仪器测试等方面的应用,其数量众多的元件数据库、标准化仿真仪器、 直观界面、简洁明了的操作、强大的分析测试、可信的测试结果都为众多的电子工程设计人 员提供了一种可靠的分析方法,同时也缩短了产品的研发时间。 四、正文 (1)实验目的: 1.加深对串联谐振电路条件及特性的理解。 2.掌握谐振频率的测量方法。 3.理解电路品质因数的物理意义和其测定方法。 4.测定rlc串联谐振电路的频率特性曲线。 (2)实验原理: rlc串联电路如图所示,改变电路参数l、c或电源频率时,都可能使电路发生谐振。 该电路的阻抗是电源角频率ω的函数:z=r+j(ωl-1/ωc) 当ωl-1/ωc=0时,电路中的电流与激励电压同相,电路处于谐振状态。谐振角频率ω 0 =1/lc ,谐振频率f0=1/2π lc 。 谐振频率仅与原件l、c的数值有关,而与电阻r和激励电源的角频率ω无关,当ω< ω0时,电路呈容性,阻抗角φ<0;当ω>ω0时,电路呈感性,阻抗角φ>0。 1、电路处于谐振状态时的特性。 (1)、回路阻抗z0=r,| z0|为最小值,整个回路相当于一个纯电阻电路。(2)、回路 电流i0的数值最大,i0=us/r。(3)、电阻上的电压ur的数值最大,ur =us。 (4)、电感上的电压ul与电容上的电压uc数值相等,相位相差180°,ul=uc=qus。 2、电路的品质因数q 电路发生谐振时,电感上的电压(或电容上的电压)与激励电压之比称为电路的品质因 数q,即: q=ul(ω0)/ us= uc(ω0)/ us=ω0l/r=1/r*l/c (3)谐振曲线。 电路中电压与电流随频率变化的特性称频率特性,它们随频率变化的曲线称频率特性曲 线,也称谐振曲线。 在us、r、l、c固定的条件下,有

控制系统的频率特性分析

实验六 控制系统的频率特性分析 1.已知系统传递函数为:1 2.01)(+=s s G ,要求: (1) 使用simulink 进行仿真,改变正弦输入信号的频率,用示波器观察输 出信号,记录不同频率下输出信号与输入信号的幅值比和相位差,即 可得到系统的幅相频率特性。 F=10时 输入: 输出:

F=50时 输入:输出: (2)使用Matlab函数bode()绘制系统的对数频率特性曲线(即bode图)。 提示:a)函数bode()用来绘制系统的bode图,调用格式为: bode(sys) 其中sys为系统开环传递函数模型。 参考程序: s=tf(‘s’); %用符号表示法表示s G=1/(0.2*s+1); %定义系统开环传递函数 bode(G) %绘制系统开环对数频率特性曲线(bode图)

实验七连续系统串联校正 一.实验目的 1.加深理解串联校正装置对系统动态性能的校正作用。 2. 对给定系统进行串联校正设计,并通过matlab实验检验设计的正确性。二.实验内容 1.串联超前校正 系统设计要求见课本例题6-3,要求设计合理的超前校正环节,并完成以下内容用matlab画出系统校正前后的阶跃相应,并记录系统校正前后的超调量及调节时间 num=10; 1)figure(1) 2)hold on

3)figure(1) 4)den1=[1 1 0]; 5)Gs1=tf(num,den1); 6)G1=feedback(Gs1,1,-1); 7)Step(G1) 8) 9)k=10; 10)figure(2) 11)GO=tf([10],[1,1,0]); 12)Gc=tf([0.456,1],[1,00114]); 13)G=series(G0,Gc); 14)G1=feedback(G,1); 15)step(G1);grid

电路实验__电路频率特性的研究要点说明

东南大学电工电子实验中心 实验报告 课程名称:电路实验 第二次实验 实验名称:电路频率特性的研究 院(系):仪器科学与工程学院专业: 姓名:学号: 实验室: 实验组别: 同组人员:实验时间: 评定成绩:审阅教师:

电路频率特性的研究 一、 实验目的 1. 掌握低通、带通电路的频率特性; 2. 应用Multisim 软件测试低通、带通电路频率特性及有关参数; 3. 应用Multisim 软件中的波特仪测试电路的频率特性。 二、 实验原理 研究电路的频率特性,即是分析研究不同频率的信号作用于电路所产生的响应函数与激励函数的比值关系。通常情况下,研究具体电路的频率特性,并不需要测试构成电路所有元件上的响应与激励之间的关系,只需要研究由工作目的所决定的某个元件或支路的响应与激励之间的关系。本实验主要研究一阶RC 低通电路,二阶RLC 低通、带通电路的频率特性。 (一):网络频率特性的定义 电路在一个正弦电源激励下稳定时,各部分的响应都是同频率的正弦量,通过正弦量的相量,网络函数|()|H jw 定义为:. ().|()||()|j w Y H w H jw e X ?== 其中Y 为输出端口的响应,X 为输入端口的激励。由上式可知,网络函数是频率的函数,其中网络函数的模|()|H jw 与频率的关系称为幅频特性,网络函数的相角()w ?与频率的关系称为相频特性,后者表示了响应与激励的相位差与频率的关系。 (二):网络频率特性曲线 1. 一阶RC 低通网络 网络函数: 其模为: 辐角为: 显然,随着频率的增高,|H(j ω)|将减小, 即响应与激励的比值减小,这说明低频信 4590 (a) RC低通网络(b) 幅频特性 (c) 相频特性 ()H j ω()) RC ?ω=().0.1/1 1/1i U j c H j R j C j RC U ωωωω=== ++

北京邮电大学电路实验报告-(小彩灯)

北京邮电大学电路实验报告-(小彩灯)

电子电路综合实验报告课题名称:基于运算放大器的彩灯显示电路的设计与实现 姓名:班级:学号: 一、摘要: 运用运算放大器设计一个彩灯显示电路,通过迟滞电压比较器和反向积分器构成方波—三角波发生器,三角波送入比较器与一系列直流电平比较,比较器输出端会分别输出高电平和低电平,从而顺序点亮或熄灭接在比较器输出端的发光管。 关键字: 模拟电路,高低电平,运算放大器,振荡,比较 二、设计任务要求: 利用运算放大器LM324设计一个彩灯显示电路,让排成一排的5个红色发光二极管(R1~R5)重复地依次点亮再依次熄灭(全灭→R1→R1R2→R1R2R3→R1R2R3R4→R1R2R3R4R5→R1R2R3R4→R1R2R3→R1R2→R1→全灭),同时让排成一排的6个绿色发光二极管(G1~G6)单光

三角波振荡电路可以采用如图2-28所示电路,这是一种常见的由集成运算放大器构成的方波和三角波发生器电路,图2-28中运放A1接成迟滞电压比较器,A2接成反相输入式积分器,积分器的输入电压取自迟滞电压比较器的输出,迟滞电压比较器的输入信号来自积分器的输出。假设迟滞电压比较器输出U o1初始值为高电平,该高电平经过积分器在U o2端得到线性下降的输出信号,此线性下降的信号又反馈至迟滞电压比较器的输入端,当其下降至比较器的下门限电压U th-时,比较器的输出发生跳变,由高电平跳变为低电平,该低电平经过积分器在U o2端得到线性上升的输出信号,此线性上升的信号又反馈至迟

滞电压比较器的输入端,当其上升至比较器的上门限电压U th+时,比较器的输出发生跳变,由低电平跳变为高电平,此后,不断重复上述过程,从而在迟滞电压比较器的输出端U o1得到方波信号,在反向积分器的输出端U o2得到三角波信号。假设稳压管反向击穿时的稳定电压为U Z,正向导通电压为U D,由理论分析可知,该电路方波和三角波的输出幅度分别为: 式(5)中R P2为电位器R P动头2端对地电阻,R P1为电位器1端对地的电阻。 由上述各式可知,该电路输出方波的幅度由稳压管的稳压值和正向导通电压决定,三角波的输 出幅度决定于稳压管的稳压值和正向导通电压以及反馈比R1/R f,而振荡频率与稳压管的稳压值和正向导通电压无关,因此,通过调换具有不同稳压值和正向 导通电压的稳压管可以成比例地改变方波和三角波的幅度而不改变振荡频率。 电位器的滑动比R P2/R P1和积分器的积分时间常数R2C的改变只影响振荡频率而 不影响振荡幅度,而反馈比R1/R f的改变会使振荡频率和振荡幅度同时发生变化。因此,一般用改变积分时间常数的方法进行频段的转换,用调节电位器滑动头 的位置来进行频段内的频率调节。

一阶RC电路频率特性的研究实验报告

北京交通大学电子信息工程学院2011~2012 实验报告 实验题目:一阶RC电路频率特性的研究。 实验内容及结果: 1.低通电路的研究 实验电路: 实验数据: 低通电路数据 频率电平频率 a b 相位差100 -0.1 100 0.6 4.8 7.1808 300 -0.9 200 1.2 4.4 15.8266 475 -2 300 1.9 4.2 26.8965 560 -2.5 400 2.2 4 33.367 641 -3 500 2.4 3.6 41.8103 704 -3.5 600 2.4 3.2 51.3752 788 -4 700 2.4 3 53.1301 849 -4.5 800 2.4 2.8 58.9973 926 -5 1000 2 2.4 56.4427 1000 -5.5 2000 3.2 3.4 70.2501 1072 -6 3000 2.1 2.2 72.6586 1149 -6.5 5000 1.2 1.2 90 1240 -7 1340 -7.5 1430 -8 1520 -8.5 1600 -9 1660 -9.5 1860 -10 2400 -12 3040 -14 3780 -16 4700 -18 5000 -19

电平图: 相位差图:

2.高通电路研究 实验数据: 高通电路数据 频率电平频率 a b 相位差5000 0 5000 0.6 4.6 7.4947 1500 -0.4 4000 0.8 4.6 10.0154 1200 -0.8 3000 1 4.5 12.8396 1030 -1 2000 1.4 4.5 18.1262 899 -1.4 1000 2 4 30 740 -2 600 2.4 3.2 48.5904 663 -2.4 500 2.4 3.1 50.732 588 -3 400 2.1 2.4 61.045 532 -3.5 300 2 2.1 72.2472 481 -4 100 0.8 0.8 90 440 -4.5 400 -5 372 -5.5 344 -6 339 -6.5 325 -7 261 -8 227 -9 200 -10 165 -11 100 -16

RLC串联谐振电路的实验报告

RLC串联谐振电路的实验报告 (1)实验目的: 1.加深对串联谐振电路条件及特性的理解。 2.掌握谐振频率的测量方法。 3.测定RLC串联谐振电路的频率特性曲线。 (2)实验原理: RLC串联电路如图所示,改变电路参数L、C或电源频率时,都可能使电路发生谐振。该电路的阻抗是电源角频率ω的函数:Z=R+j(ωL-1/ωC)当ωL-1/ωC=0时,电路中的电流与激励电压同相,电路处于谐振状态。谐振角频率ω0 =1/LC,谐振频率f =1/2πLC。谐振频率仅与原件L、C的数值有关,而与电阻R 和激励电源的角频率ω无关,当ω<ω 0时,电路呈容性,阻抗角φ<0;当ω>ω 时,电路呈感性,阻抗角φ>0。 1、电路处于谐振状态时的特性。 (1)、回路阻抗Z 0=R,| Z |为最小值,整个回路相当于一个纯电阻电路。 (2)、回路电流I 0的数值最大,I =U S /R。 (3)、电阻上的电压U R 的数值最大,U R =U S 。 (4)、电感上的电压U L 与电容上的电压U C 数值相等,相位相差180°,U L =U C =QU S 。 2、电路的品质因数Q 电路发生谐振时,电感上的电压(或电容上的电压)与激励电压之比称为电路的品质因数Q,即: Q=U L (ω )/ U S = U C (ω )/ U S =ω L/R=1/R* (3)谐振曲线。 电路中电压与电流随频率变化的特性称频率特性,它们随频率变化的曲线称频率特性曲线,也称谐振曲线。 在U S 、R、L、C固定的条件下,有

I=U S / U R =RI=RU S / U C =I/ωC=U S /ωC U L =ωLI=ωLU S / 改变电源角频率ω,可得到响应电压随电源角频率ω变化的谐振曲线,回路 电流与电阻电压成正比。从图中可以看到,U R 的最大值在谐振角频率ω 处,此 时,U L =U C =QU S 。U C 的最大值在ω<ω 处,U L 的最大值在ω>ω 处。 图表示经过归一化处理后不同Q值时的电流频率特性曲线。从图中(Q 11/2时,U C 和U L 曲线才出现最大值,否则U C 将单调下降趋于0,U L 将单调上升趋于U S 。 仿真RLC电路响应的谐振曲线的测量 五、结论

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