实验4 信号频率与相位分析

《电子测量》实验指导书电子测量实验室编写目录实验一示波器性能研究及使用实验二交流电压的测量实验三时间的测量实验四相位差和频率的测量实验五测量放大器参数测试实验六函数信号发生器的设计与调测实验七扫频仪的使用及有源滤波器性能测试实验八简易数显频率计的设计前言《电子测量》是一门理论与实践并重的课程。

它主要介绍电学中常见物理量（如电压、电流、电阻、电感、频谱、频率特性等）的测量方法、测量时使用的测量仪器以及基本的测量误差理论。

学生通过本课程的学习，应该在理解原理的基础上，掌握各物理量的测量方法，会使用相关的测量仪器。

《电子测量》课程实验开设目的：首先是加深理解在课堂上获得的理论知识，将理论知识形象化；同时学习仪器设备的实际操作，加强动手能力，积累实践经验；另外通过一些综合性实验达到对已学过的其它课程知识融会贯通的效果。

实验一示波器性能研究及使用一实验目的熟悉示波器的工作原理；掌握正确使用示波器测量各种参数的方法。

二实验原理我们可以把示波器简单地看成是具有图形显示的电压表。

普通的电压表是在其刻度盘移动的指针或数字显示来给出信号电压的测量度数。

而示波器则不同，示波器具有屏幕，它能在屏幕上以图形的方式显示信号电压的随时间的变化，即波形。

示波器能把非常抽象的，眼睛看不到的电过程，变换成具体的看得见的图像。

因此，使用示波器测量电压和电流时，可在显示被测电压或电流幅值的同时，还可显示波形、频率、相位。

这是其它电压测量仪表，如电压表等无法做到的。

一般电压表的读数与被测电压波形有关，而用示波器测量时，其精度可不受被测电压和电流波形形状的影响。

另外，示波器的响应速度极快，也没有指针式仪表所具有的惯性。

但是，示波器作定量测试时，测试值是以屏面上波形幅值所占的垂直刻度值乘Y 轴偏转灵敏度得出的，而屏面上波形幅值所占的垂直刻度值将受到光迹宽度、视差及示波器固有误差和工作误差等因素的影响，往往不易精确读出测试值，这就决定了示波器的测试精度不可能太高。

一、实验目的1. 理解频率特性的基本概念和测量方法。

2. 掌握使用Bode图和尼奎斯特图分析系统频率特性的方法。

3. 了解频率特性在系统设计和稳定性分析中的应用。

二、实验原理频率特性描述了系统对正弦输入信号的响应，通常用幅频特性和相频特性来表示。

幅频特性表示输出信号幅度与输入信号幅度之间的关系，相频特性表示输出信号相位与输入信号相位之间的关系。

频率特性的测量通常通过以下步骤进行：1. 使用正弦信号发生器产生不同频率的正弦信号。

2. 将信号输入被测系统，并测量输出信号的幅度和相位。

3. 根据测量数据绘制幅频特性和相频特性曲线。

三、实验设备1. 正弦信号发生器2. 示波器3. 信号分析仪4. 被测系统（如电路、控制系统等）四、实验步骤1. 准备实验设备，确保各设备连接正确。

2. 设置正弦信号发生器，产生一系列不同频率的正弦信号。

3. 将正弦信号输入被测系统，并使用示波器或信号分析仪测量输出信号的幅度和相位。

4. 记录不同频率下的幅度和相位数据。

5. 使用绘图软件绘制幅频特性和相频特性曲线。

五、实验结果与分析1. 幅频特性分析通过绘制幅频特性曲线，可以观察到系统对不同频率信号的衰减程度。

一般来说，低频信号的衰减较小，高频信号的衰减较大。

根据幅频特性，可以判断系统的带宽和稳定性。

2. 相频特性分析通过绘制相频特性曲线，可以观察到系统对不同频率信号的相位延迟。

相频特性曲线通常呈现出滞后或超前特性。

根据相频特性，可以判断系统的相位裕度和增益裕度。

3. 系统稳定性分析根据幅频特性和相频特性，可以判断系统的稳定性。

如果系统的相位裕度和增益裕度都大于零，则系统是稳定的。

否则，系统可能是不稳定的。

六、实验结论通过本次实验，我们成功地测量了被测系统的频率特性，并分析了其幅频特性和相频特性。

实验结果表明，被测系统在低频段表现出较小的衰减，而在高频段表现出较大的衰减。

相频特性曲线显示出系统在低频段滞后，在高频段超前。

根据频率特性分析，可以得出被测系统是稳定的。

音频信号处理中的相位和频率分析方法随着科技的不断发展，音频信号处理在音乐、通信、语音识别等领域发挥着越来越重要的作用。

在音频信号处理中，相位和频率分析是两项关键的技术。

相位分析用于描述信号的波形特征，而频率分析则用于确定信号的频率成分。

本文将介绍音频信号处理中常用的相位和频率分析方法。

一、相位分析方法1. 傅里叶变换（Fourier Transform）傅里叶变换是将时域信号转换为频域信号的重要数学工具。

在音频信号处理中，我们可以通过傅里叶变换获取信号的频谱，从而分析信号的相位信息。

2. 短时傅里叶变换（Short-time Fourier Transform, STFT）短时傅里叶变换是对信号进行频谱分析的一种常用方法。

它将信号分为多个时间窗口，并对每个时间窗口进行傅里叶变换。

通过对不同时间窗口的频谱进行叠加，我们可以得到信号在时间和频率上的分布情况，进而分析信号的相位特征。

3. 相位差法相位差法是一种基于相位差的相位分析方法。

它通过将两个同频率的信号进行相位差计算，来分析信号的相位信息。

相位差法常用于音频合成、声源定位等领域。

二、频率分析方法1. 自相关函数法（Autocorrelation）自相关函数法是一种用于估计信号频率的频率分析方法。

它利用信号的自相关函数来估计信号的周期，从而得到信号的频率成分。

自相关函数法适用于周期性信号的频率分析。

2. 峰值检测法（Peak Detection）峰值检测法是一种简单但有效的频率分析方法。

它通过寻找信号频谱中的峰值点来确定信号的频率成分。

峰值检测法常用于音频音调分析、频率测量等场景。

3. 线性预测编码（Linear Predictive Coding, LPC）线性预测编码是一种基于信号模型的频率分析方法。

它通过建立信号的线性预测模型来估计信号的谐波成分和幅度信息。

LPC广泛应用于语音编码、语音合成等领域。

三、相位和频率分析的应用1. 语音识别相位和频率分析在语音识别中起着至关重要的作用。

信号分析与处理实验报告一、实验目的1.了解信号分析与处理的基本概念和方法；2.掌握信号分析与处理的基本实验操作；3.熟悉使用MATLAB进行信号分析与处理。

二、实验原理信号分析与处理是指利用数学和计算机技术对信号进行分析和处理的过程。

信号分析的目的是了解信号的特性和规律，通过对信号的频域、时域和幅频特性等进行分析，获取信号的频率、幅度、相位等信息。

信号处理的目的是对信号进行数据处理，提取信号的有效信息，优化信号的质量。

信号分析和处理的基本方法包括时域分析、频域分析和滤波处理。

时域分析主要是对信号的时变过程进行分析，常用的方法有波形分析和自相关分析。

频域分析是将信号转换到频率域进行分析，常用的方法有傅里叶级数和离散傅里叶变换。

滤波处理是根据信号的特性选择适当的滤波器对信号进行滤波，常用的滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。

三、实验内容1.信号的时域分析将给定的信号进行波形分析，绘制信号的时域波形图；进行自相关分析，计算信号的自相关函数。

2.信号的频域分析使用傅里叶级数将信号转换到频域，绘制信号的频域图谱；使用离散傅里叶变换将信号转换到频域，绘制信号的频域图谱。

3.滤波处理选择合适的滤波器对信号进行滤波处理，观察滤波前后的信号波形和频谱。

四、实验步骤与数据1.时域分析选择一个信号进行时域分析，记录信号的波形和自相关函数。

2.频域分析选择一个信号进行傅里叶级数分析，记录信号的频谱；选择一个信号进行离散傅里叶变换分析，记录信号的频谱。

3.滤波处理选择一个信号，设计适当的滤波器对信号进行滤波处理，记录滤波前后的信号波形和频谱。

五、实验结果分析根据实验数据绘制的图像进行分析，对比不同信号在时域和频域上的特点。

观察滤波前后信号波形和频谱的变化，分析滤波效果的好坏。

分析不同滤波器对信号的影响，总结滤波处理的原理和方法。

六、实验总结通过本次实验，我们了解了信号分析与处理的基本概念和方法，掌握了信号分析与处理的基本实验操作，熟悉了使用MATLAB进行信号分析与处理。

差分放大电路实验报告一、实验目的1.了解差分放大电路的基本原理和特点；2.掌握差分放大电路的设计和调试方法；3.熟悉差分放大电路的频率特性；4.学习使用示波器进行电路信号的观测和测量。

二、实验器材1.差分放大电路实验箱；2.示波器；3.信号源；4.直流电压源。

三、实验原理差分放大电路是众多电子设备中常见的一类电路，采用了差分输入方式可以有效降低共模干扰，提高了电路的抗干扰能力。

它由两个共模输入信号为零的晶体管组成，通过二极管连接的虚地点对共模信号进行抑制，只放大差模信号。

差模信号指的是两个输入信号的差值，共模信号指的是两个输入信号的平均值。

在差分放大电路中，晶体管的放大倍数由输入电流决定，输入电流越大，放大倍数越大。

同时，将两个输入信号松耦合，可以大幅度减小共模信号的放大倍数，从而达到抑制共模干扰的目的。

四、实验步骤1.搭建差分放大电路，接入示波器和信号源；2.分别接入正向输入信号和负向输入信号，将其调节至理想值；3.调节直流电压源和输入电阻，使差分放大电路的工作点稳定；4.调节输入信号频率，记录输出信号幅度和相位的变化情况；5.结束实验，关闭相关设备。

五、实验结果与分析通过实验，我们可以得到差分放大电路的输入输出特性曲线。

根据实验数据，我们可以计算出差分传输增益、共模抑制比和输出相位等。

实验结果显示，差分放大电路能够很好地放大差模信号，同时将共模信号压制得很低。

由于输入阻抗大，输入信号能够有效地传入差分放大电路中，而输出阻抗小，可以将信号有效地传递到下一个级联电路中。

此外，差分放大电路的相位可以随输入信号的频率变化而变化，相位差可达到180度。

六、实验总结通过本次实验，我们了解了差分放大电路的基本原理和特点，掌握了差分放大电路的设计和调试方法。

实验结果表明，差分放大电路能够有效地抑制共模干扰，提高电路的抗干扰能力。

在实际应用中，差分放大电路被广泛应用于增加电路增益、提高系统灵敏度、减小噪声等方面。

第1篇一、实验目的1. 了解系统频率特性的基本概念和测试方法。

2. 掌握使用示波器、频谱分析仪等设备进行系统频率测试的操作技巧。

3. 分析测试结果，确定系统的主要频率成分和频率响应特性。

二、实验原理系统频率特性是指系统对正弦输入信号的响应，通常用幅频特性（A(f)）和相频特性（φ(f)）来描述。

幅频特性表示系统输出信号幅度与输入信号幅度之比，相频特性表示系统输出信号相位与输入信号相位之差。

频率测试实验通常包括以下步骤：1. 使用正弦信号发生器产生正弦输入信号；2. 将输入信号输入被测系统，并测量输出信号；3. 使用示波器或频谱分析仪观察和分析输出信号的频率特性。

三、实验设备1. 正弦信号发生器2. 示波器3. 频谱分析仪4. 被测系统（如放大器、滤波器等）5. 连接线四、实验步骤1. 准备实验设备，将正弦信号发生器输出端与被测系统输入端相连；2. 打开正弦信号发生器，设置合适的频率和幅度；3. 使用示波器观察输入信号和输出信号的波形，确保信号正常传输；4. 使用频谱分析仪分析输出信号的频率特性，记录幅频特性和相频特性；5. 改变输入信号的频率，重复步骤4，得到一系列频率特性曲线；6. 分析频率特性曲线，确定系统的主要频率成分和频率响应特性。

五、实验结果与分析1. 幅频特性曲线：观察幅频特性曲线，可以发现系统存在一定频率范围内的增益峰值和谷值。

这些峰值和谷值可能对应系统中的谐振频率或截止频率。

通过分析峰值和谷值的位置，可以了解系统的带宽和选择性。

2. 相频特性曲线：观察相频特性曲线，可以发现系统在不同频率下存在相位滞后或超前。

相位滞后表示系统对输入信号的相位延迟，相位超前表示系统对输入信号的相位提前。

通过分析相位特性，可以了解系统的相位稳定性。

六、实验总结1. 通过本次实验，我们掌握了系统频率特性的基本概念和测试方法。

2. 使用示波器和频谱分析仪等设备，我们成功地分析了被测系统的频率特性。

3. 通过分析频率特性曲线，我们了解了系统的主要频率成分和频率响应特性。

相位鉴频器实验报告相位鉴频器实验报告引言：在电子通信领域，相位鉴频器是一种常用的电路元件，用于检测和测量信号的相位和频率。

本实验旨在通过搭建一个相位鉴频器电路并进行测试，验证其在信号处理中的应用。

实验目的：1. 了解相位鉴频器的基本原理和工作方式；2. 掌握相位鉴频器电路的搭建和调试方法；3. 进行实际信号的相位和频率测量。

实验器材和材料：1. 相位鉴频器芯片；2. 信号发生器；3. 示波器；4. 电源供应器；5. 电阻、电容等元件。

实验步骤：1. 搭建相位鉴频器电路：根据相位鉴频器芯片的引脚连接图，将芯片与其他元件连接起来，注意接地和电源的连接；2. 连接信号源和示波器：将信号源的输出端与相位鉴频器的输入端相连，将示波器的探头连接到相位鉴频器的输出端；3. 调试电路：通过调整电路中的电阻、电容等元件的数值，使得相位鉴频器的输出信号能够正确地反映输入信号的相位和频率；4. 测试信号的相位和频率：使用示波器观察相位鉴频器输出的波形，并通过示波器的测量功能获取信号的相位和频率数据。

实验结果与分析：经过调试和测试，我们成功搭建了相位鉴频器电路，并获取了信号的相位和频率数据。

在实验过程中，我们发现相位鉴频器对于输入信号的频率变化非常敏感，能够精确地测量出信号的频率。

而对于相位的测量，相位鉴频器也能够给出较为准确的结果，但在高频信号的情况下，可能会受到噪声和干扰的影响。

结论：通过本次实验，我们深入了解了相位鉴频器的原理和工作方式，并通过实际搭建和测试，验证了其在信号处理中的应用。

相位鉴频器作为一种重要的电路元件，在无线通信、雷达系统等领域具有广泛的应用前景。

掌握相位鉴频器的原理和调试方法，对于电子工程师来说是非常重要的技能。

展望：相位鉴频器作为一种基础的电路元件，随着通信技术的发展和应用需求的不断增加，其功能和性能也在不断提升。

未来，相位鉴频器可能会更加精确地测量信号的相位和频率，同时具备抗干扰和抗噪声的能力。

一、实验目的1. 理解模拟通信系统的基本组成和原理；2. 掌握模拟调制和解调的基本方法；3. 学习模拟信号在信道中的传输特性；4. 通过实验加深对通信理论知识的理解。

二、实验器材1. 模拟通信实验箱；2. 双踪示波器；3. 频率计；4. 调制器和解调器；5. 信号发生器；6. 计算器。

三、实验原理模拟通信系统是指将信息源产生的模拟信号，通过调制器转换为适合在信道中传输的信号，再通过解调器恢复出原始信号的过程。

实验主要涉及以下几种调制方式：1. 振幅调制（AM）：通过改变载波的振幅来传输信息；2. 频率调制（FM）：通过改变载波的频率来传输信息；3. 相位调制（PM）：通过改变载波的相位来传输信息。

实验中，我们将通过调制器和解调器对模拟信号进行调制和解调，观察调制信号和解调信号的波形，并分析调制和解调过程中的特性。

四、实验步骤1. 振幅调制（AM）实验：（1）将信号发生器产生的正弦波作为调制信号，接入调制器；（2）调整调制器的参数，使载波频率和调制信号频率一致；（3）观察调制器输出的AM信号波形，分析调制信号的幅度、频率和相位变化；（4）将AM信号接入解调器，观察解调器输出的信号波形，分析解调信号的恢复效果。

2. 频率调制（FM）实验：（1）将信号发生器产生的正弦波作为调制信号，接入调制器；（2）调整调制器的参数，使载波频率和调制信号频率一致；（3）观察调制器输出的FM信号波形，分析调制信号的幅度、频率和相位变化；（4）将FM信号接入解调器，观察解调器输出的信号波形，分析解调信号的恢复效果。

3. 相位调制（PM）实验：（1）将信号发生器产生的正弦波作为调制信号，接入调制器；（2）调整调制器的参数，使载波频率和调制信号频率一致；（3）观察调制器输出的PM信号波形，分析调制信号的幅度、频率和相位变化；（4）将PM信号接入解调器，观察解调器输出的信号波形，分析解调信号的恢复效果。

五、实验结果与分析1. 振幅调制（AM）实验结果：调制信号和载波信号频率一致，调制器输出AM信号，解调器输出信号波形与调制信号基本一致，恢复效果较好。

实验四波形发生电路实验报告一、理论计算1.正弦振荡电路实验电路如图1所示，电源电压为±12V。

分析图1电路的工作原理，根据图中的元件参数，计算符合振荡条件的Rw值以及振荡频率f0。

该正弦振荡电路采用RC串并联选频网络，选频网络的示意图如下：当输入信号的频率足够低时，，超前，且当频率趋近于零时，相位超前趋近于+90°；当输入信号的频率足够高时，，滞后，且当频率趋近于无穷大时，相位滞后趋近于-90°。

因此，当信号频率从零逐渐变化到无穷大时，的相位将从+90°逐渐变化到-90°，故必定存在一个频率f0，当f= f0时，与同相。

RC串并联选频网络的反馈系数整理可得令，则代入上式，得出当f=f0时，，由正弦振荡电路的起振条件知，。

对于图1的正弦振荡电路，有将R3、R4代入上式，令之大于3，得Rw>10kΩ。

将R1=R2=16kΩ、C1=C2=0.01μF代入f0式，得f0=994.7Hz。

2.多谐振荡电路实验电路如图2所示。

深入分析图2所示电路的工作原理，画出Vo1、Vo2的波形，推导Vo1、Vo2波形的周期（频率）和幅度的计算公式。

再按图2中给出的元件参数计算Vo1、Vo2波形的周期（频率）、幅度，以备与实验实测值进行比较。

该电路为三角波发生电路，原理图如下：虚线左边为滞回电路，故Vo1为方波。

根据叠加原理，集成运放A1同相输入端的电位令，则阈值电压对于虚线右边的积分电路，其输入电压不是+U Z，就是-U Z，故积分电路的输出电压的波形为三角波。

设输出电压的初始值为-U T，终了值为+U T，则可解得T为矩形波、三角波共同的周期。

矩形波的幅度的理论值即为UZ，等于6V；将实验电路图中的各个参数代入各式，得UT=0.5*6=3V，故三角波的幅度理论值为3V，矩形波、三角波的周期 。

3.锯齿波发生电路锯齿波发生电路的原理图见仿真实验电路图。

设二极管导通时的等效电阻可忽略不计，当u o1=+U Z时，D3导通，D4截止，输出电压的表达式为uo随时间线性下降。

实验四信号的分解与合成实验目的：1.了解正弦波的频率、周期、幅值的概念，学习如何扫描振荡器的操作方法；3.学会分解信号为基波和谐波的叠加形式，并学习信号的合成原理。

实验仪器：1.示波器2.扫描振荡器3.电容电阻箱或电位器4.函数发生器5.电源实验原理：1.正弦波的频率、周期、幅值正弦波是指时间、电压或电流都随着正弦函数变化的周期性波形，常表示为y=A*sin(ωt+φ)，其中A为振幅，ω为角频率，φ为初相位，t为时间。

正弦波的频率指的是单位时间内波形变化的次数，即ω/2π，单位为赫兹（Hz）。

频率越高，波形在单位时间内变化的次数越多，波形的周期越短。

正弦波的周期指波形从一个极值到另一个极值所需的时间，即T=1/f。

正弦波的幅值指波形振动的最大距离，通常用峰值（Vp）或峰峰值（Vpp）来表示。

峰值是指波形振动的最大值或最小值，峰峰值是指波形振动的最大值与最小值之差。

扫描振荡器是一种信号源，它能够产生可调频率、可调幅度的正弦波信号。

其操作方法如下：（1）将扫描振荡器电源插座插入电源插座；（3）按下扫描振荡器的POWER开关，激活电源；（4）调节FREQUENCY旋钮和AMPLITUDE旋钮，调节正弦波的频率和幅度；（5）根据需要选择SINE、SQUARE、TRIANGLE等波形。

3.调节示波器的基本参数（1）调节触发电平。

触发电平是示波器用于捕捉波形起点的电平参考值，需要根据所测量的信号进行调节。

在示波器的“Trigger”面板上，可以通过“LEVEL”旋钮进行设置。

（2）调节时间/电压比。

示波器有自动触发和正常触发两种模式。

在自动触发模式下，示波器会自动捕捉信号并显示波形；在正常触发模式下，示波器需要先捕捉到信号才能进行显示。

在示波器的“Trigger”面板上，可以通过“MODE”选择触发模式。

（4）选择或调节显示模式。

示波器有AC、DC、GND三种显示模式，分别表示显示交流信号、直流信号和零参考信号。