实验报告电路频域特性的测量——电压传输比

实验十二--幅频特性和相频特性实验十二 幅频特性和相频特性一、实验目的：研究ＲＣ串、并联电路的频率特性。

二、实验原理及电路图 1、实验原理电路的频域特性反映了电路对于不同的频率输入时，其正弦稳态响应的性质，一般用电路的网络函数()H j ω表示。

当电路的网络函数为输出电压与输入电压之比时，又称为电压传输特性。

即：()21U H j U ω=&&1）低通电路RCU &2U &10.707()H j ω0ωω图1-1 低通滤波电路 图1-2 低通滤波电路幅频特性简单的RC 滤波电路如图4.3.1所示。

当输入为1U &，输出为2U &时，构成的是低通滤波电路。

因为：112111U U U j C j RC R j C ωωω=⨯=++&&&所以：()()()2111U H j H j U j RC ωωϕωω===∠+&&()()21H j RC ωω=+()H j ω是幅频特性，低通电路的幅频特性如图4.3.2所示，在1RC ω=时，()120.707H j ω==，即210.707U U =，通常2U &降低到10.707U &时的角频率称为截止频率，记为0ω。

2）高通电路CR1&U 2&Uωω00.7071()H j ω图2-1 高通滤波电路 图2-2 高通滤波电路的幅频特性12111U j RC U R U j RC R j C ωωω=⨯=⨯+⎛⎫+ ⎪⎝⎭&&&所以：()()()211U j RC H j H j U jRC ωωωϕω===∠+&&其中()H j ω传输特性的幅频特性。

电路的截止频率01RC ω= 高通电路的幅频特性如4.3.4所示 当0ωω<<时，即低频时()1H j RC ωω=<<当0ωω>>时，即高频时，()1H j ω=。

实验十二 幅频特性和相频特性一、实验目的：研究ＲＣ串、并联电路的频率特性。

二、实验原理及电路图 1、实验原理电路的频域特性反映了电路对于不同的频率输入时，其正弦稳态响应的性质，一般用电路的网络函数()H j ω表示。

当电路的网络函数为输出电压与输入电压之比时，又称为电压传输特性。

即：()21U H j U ω=1）低通电路U 2图1-1 低通滤波电路 图1-2 低通滤波电路幅频特性 简单的RC 滤波电路如图4.3.1所示。

当输入为1U ，输出为2U 时，构成的是低通滤波电路。

因为：112111U U U j C j RCR j Cωωω=⨯=++所以：()()()2111U H j H j U j RC ωωϕωω===∠+()H j ω=()H j ω是幅频特性，低通电路的幅频特性如图4.3.2所示，在1RCω=时，()0.707H j ω==，即210.707U U =，通常2U 降低到10.707U 时的角频率称为截止频率，记为0ω。

2）高通电路2图2-1 高通滤波电路 图2-2 高通滤波电路的幅频特性12111U j RCU R U j RCR j C ωωω=⨯=⨯+⎛⎫+ ⎪⎝⎭所以：()()()211U j RC H j H j U jRC ωωωϕω===∠+其中()H j ω传输特性的幅频特性。

电路的截止频率01RC ω= 高通电路的幅频特性如4.3.4所示 当0ωω<<时，即低频时()1H j RC ωω=<<当0ωω>>时，即高频时，()1H j ω=。

3）研究RC 串、并联电路的频率特性：Aff 31图15-2f0ϕ︒90︒-90iu ou +--+RR CC图 15-1)1j(31)j (iｏRC RC UUN ωωω-+==其中幅频特性为：22io)1(31)(RC RC U U A ωωω-+==相频特性为：31arctg)(o RCRC i ωωϕϕωϕ--=-=幅频特性和相频特性曲线如图15－2所示，幅频特性呈带通特性。

电路基础原理四端网络的特性分析在电路学中，四端网络是一种常见且重要的电路拓扑结构，它由四个终端组成，每个终端上都有电流和电压的输入输出。

本文将从电流和电压传输特性、传输函数、等效电路等多个方面分析四端网络的特性。

一、电流和电压传输特性四端网络的核心特性之一是电流和电压的传输。

在输入端施加电流或电压，四端网络会将其传输到输出端。

这种传输特性可以通过一些关键参数来描述，比如电压传输比（Voltage Transfer Ratio，VTR）和电流传输比（Current Transfer Ratio，CTR）。

通过测量输入和输出端的电流和电压，可以计算得到VTR和CTR。

当一个网络的VTR为1时，即输入和输出之间的电压比例为一致。

类似地，CTR为1时，输入和输出之间的电流比例为一致。

二、传输函数分析为了更全面地理解四端网络的特性，我们需要进一步研究其传输函数。

传输函数是描述输入和输出之间关系的函数，用于表示频域内信号的比例关系。

传输函数可以通过研究网络内电流和电压的关系求得。

当输入的电流或电压变化时，传输函数可以告诉我们输出的变化情况。

通常，传输函数用拉普拉斯变换或傅里叶变换来表示，其中频域描述更为常见。

通过传输函数，我们可以计算出四端网络的增益、相位等重要特性。

三、等效电路模型为了更方便地分析和设计四端网络，我们经常使用等效电路模型来近似描述其行为。

等效电路模型是一种简化的模型，将网络的特性用电路元件（如电阻、电容、电感等）表示，从而更好地理解和逼近实际网络的行为。

常见的等效电路模型有串联模型和并联模型。

串联模型将四端网络表示为电阻、电容和电感的串联组合，通过调整参数可以逼近原始网络的频率响应特性。

类似地，并联模型将四端网络表示为电阻、电容和电感的并联组合。

使用等效电路模型有助于我们更深入地分析四端网络的特性和行为。

综上所述，四端网络在电路学中具有重要的地位。

通过分析其电流和电压传输特性、传输函数和等效电路模型，我们能够更全面地理解和设计四端网络。

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。

频率电压相移的测量实验报告实验目的：测量频率电压相移。

实验装置和材料：
函数发生器
示波器
变压器
电阻箱
电表
连接电缆
实验步骤：
将函数发生器和示波器连接，确保连接正确并稳定。

在函数发生器上设置所需的频率和幅度。

将函数发生器输出信号连接到变压器的输入端，并将变压器的输出连接到示波器的通道一。

将变压器的次级侧连接到电阻箱，并将电阻箱与地线连接。

调节示波器的触发模式和水平位置，以确保正弦波信号在示波器屏幕上显示完整且稳定。

分别调节函数发生器的频率和示波器的水平位置，使得示波器屏幕上的两个正弦波形重叠并呈现相位差。

使用示波器的游标功能，测量两个波形之间的相位差值，并记录下来。

实验数据处理：
根据示波器上的测量结果，计算频率电压相移。

相移的计算公式如下：
相移（单位：度）=相位差（单位：秒）×频率（单位：赫兹）×360
实验结果：
根据测量数据和计算公式，我们得到频率电压相移的数值结果。

将该结果记录在报告中。

实验讨论与结论：
在本实验中，我们成功地测量了频率电压相移，并得到了相应的数值结果。

该实验可以帮助理解频率电压相移的概念和测量方法。

通过实验数据的分析和讨论，可以进一步探究相位差与频率之间的关系，以及相移对电路性能的影响等方面的问题。

一、实验目的1. 理解并掌握基本电路元件（电阻、电容、电感）的特性及其在电路中的应用。

2. 掌握电路基本分析方法，如基尔霍夫定律、欧姆定律等。

3. 学习使用实验仪器，如万用表、信号发生器、示波器等。

4. 培养实际操作能力和分析问题的能力。

二、实验原理1. 电阻元件：电阻元件是电路中消耗电能的主要元件，其特性表现为电压与电流成正比，单位为欧姆（Ω）。

2. 电容元件：电容元件是存储电能的元件，其特性表现为电压与电荷量成正比，单位为法拉（F）。

3. 电感元件：电感元件是产生磁场的元件，其特性表现为电压与电流的变化率成正比，单位为亨利（H）。

4. 电路分析方法：基尔霍夫定律、欧姆定律等。

三、实验器材1. 电阻元件：1Ω、10Ω、100Ω2. 电容元件：0.1μF、1μF、10μF3. 电感元件：10mH、100mH4. 万用表5. 信号发生器6. 示波器7. 实验线路板8. 线路连接线四、实验内容1. 电阻元件特性实验（1）测量不同电阻值电阻元件的电压与电流关系，验证欧姆定律。

（2）测量电阻元件的功率消耗。

2. 电容元件特性实验（1）测量不同电容值电容元件的电压与电荷量关系，验证电容元件的特性。

（2）测量电容元件的充放电过程。

3. 电感元件特性实验（1）测量不同电感值电感元件的电压与电流变化率关系，验证电感元件的特性。

（2）测量电感元件的自感现象。

4. 电路分析方法实验（1）利用基尔霍夫定律分析简单电路，计算电路中的电压和电流。

（2）利用欧姆定律计算电路中的电压和电流。

五、实验步骤1. 准备实验线路板，按照实验要求连接电路。

2. 使用万用表测量电阻元件的阻值，记录数据。

3. 使用信号发生器产生不同频率的正弦波，测量电阻元件的电压与电流关系，记录数据。

4. 使用示波器观察电阻元件的电压与电流波形，分析其特性。

5. 测量电阻元件的功率消耗，记录数据。

6. 测量不同电容值电容元件的电压与电荷量关系，记录数据。

实验三 频域特性的测量
一、 实验目的
1. 掌握频率特性的测试原理及方法；
2. 根据开环系统的传递函数绘制系统的根轨迹、伯德图及奈氏图；
3. 掌握判断系统稳定的方法。

二、 实验内容
1. 熟悉Matlab 和Simulink 的基本操作（参见加《自动控制理论》第五章 第八节 MATLAB 在频率响应法中的应用）；
2. 已知一单位负反馈控制系统，当其开环增益K 为2.5时，其传递函数为
()()
()
3
2.5
1+2.5
C s R s s =
+
1）画出系统的根轨迹曲线，判断系统的稳定性； 2）画出系统的Nyquist 曲线，判断系统稳定性； 3）画出系统的Bode 图，判断系统的稳定性； 4）计算系统的相位裕量和增益裕量。

三、 实验数据记录（图形绘制）
1. 绘制系统的根轨迹，分析开环增益对系统稳定性的影响；
表3-1
2. 根据实验结果填写下表
表3-2
3. 由上表分析开环增益对系统性能的影响；
四、思考题
分析几种方法在判别系统稳定性时的区别和联系？。

课程名称： 控制理论乙 指导成绩：实验名称： 频率特性的测量 实验类型：同组学生__ 一、实验目的和要求〔必填〕二、实验内容和原理〔必填〕 三、主要仪器设备〔必填〕四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析〔必填〕 七、讨论、心得 一、实验目的和要求1．掌握用李沙育图形法,测量各典型环节的频率特性；2．根据所测得的频率特性,作出伯德图,据此求得环节的传递函数. 二、实验内容和原理1.实验内容〔1〕R-C 网络的频率特性.图5-2为滞后--超前校正网络的接线图,分别测试其幅频特性和相频特性. 〔2〕闭环频率特性的测试被测的二阶系统如图5-3所示,图5-4为它的模拟电路图. 取参考值051R K =,1R 接470K 的电位器,2510R K =,3200R K =2.实验原理对于稳定的线性定常系统或环节,当其输入端加入一正弦信号()sin m X t X t ω=,它的稳态输出是一与输入信号同频率的正弦信号,但其幅值和相位随着输入信号频率ω的改变而改变.输出信号为其中()mmY G j X ω=,()arg ()G j ϕωω= 只要改变输入信号的频率,就可以测得输出信号与输入信号的幅值比()G j ω和它们的相位差()ϕω.不断改变()x t 的频率,就可测得被测环节〔系统〕的幅频特性和相频特性. 本实验采用李沙育图形法,图5-1为测试的方框图在表〔1〕中列出了超前于滞后时相位的计算公式和光点的转向.表中 02Y 为椭圆与Y 轴交点之间的长度,02X 为椭圆与X 轴交点之间的距离,m X 和m Y 分别为()X t 和()Y t 的幅值.三、主要仪器设备1．控制理论电子模拟实验箱一台； 2．慢扫描示波器一台；3. 任意函数信号发生器一台； 4．万用表一只. 四、操作方法和实验步骤 1.实验一〔1〕根据连接图,将导线连接好〔2〕由于示波器的CH1已经与函数发生器的正极相连,所以接下来就要将CH2接在串联电阻电容上,将函数发生器的正极接入总电路两端,并且示波器和函数发生器的黑表笔连接在一起接地.〔3〕调整适当的扫描时间,将函数发生器的幅值定为5V 不变,然后摁下扫描时间框中的menu,点击从Y-t变为X-Y显示.〔4〕改变函数发生器的频率,记录数据与波形.2.实验二：基本与实验一的实验步骤相同.五、实验数据记录和处理1.实验结果分析〔1〕实验一根据测得的数据,并经过一系列计算之后,得到的实验一幅频相频特性曲线如图所示：实验一幅频特性曲线〔实验〕实验一相频特性曲线〔实验〕通过运用公式理论计算得到的曲线如下图所示：实验一幅频特性曲线〔计算〕实验一相频特性曲线〔计算〕通过matlab仿真所得实验一中的幅频相频特性曲线如下图所示：由此可以看出,所测并计算之后得到的幅频特性曲线与相频特性曲线和公式计算结果所得到的曲线非常相近,并且与通过matlab仿真得到的波特图之间的差距很小,但仍然存在一定误差.（2）实验二根据测得的实验结果,在matlab上绘制幅频特性曲线图如下图所示：实验二幅频特性曲线〔实验〕实验二相频特性曲线〔实验〕根据计算结果,在matlab上绘制幅频曲线如下图所示实验二幅频特性曲线〔计算〕实验二相频特性曲线〔计算〕通过matlab程序仿真得到的幅频与相频曲线如下图所示：由上图分析可以得到,实验所测得到的幅频特性曲线与计算结果得到的曲线几乎一样,并且与matlab仿真的波特图非常相近.但是实验所测得到的相频特性曲线虽然和计算结果得到的曲线较为温和,但是却与matlab 仿真得到的相频曲线有着非常大的差别.这一点的主要原因为：...2.实验误差分析本次实验的误差相对于其他实验的误差而言比较大,主要原因有以下几点：（1）示波器读取幅值的时候,由于是用光标测量,观测到的误差相对来说非常大,尤其是当李萨如图像与x 轴的交点接近于零的时候,示波器的光标测量读数就非常困难了.（2）在调整函数发生器的频率过程中,由于示波器的李萨如图像模型对于横坐标扫描时间的要求,导致当频率增加的时候,可观测的点寥寥无几.只能用display里面的连续记录显示功能来记录波形.这样记录下来的波形,由于本身点走动的时候带有一定厚度,导致记录波形的宽度非常大,并且亮度基本一致,无法判断曲线边界的具体值,造成的误差也是非常大的.（3）在绘制曲线过程中,由于测量数据点有限,而造成绘制曲线与计算值存在一定误差.（4）本次实验的计算量非常繁琐且冗杂,对于实验误差的影响也是非常大的.（5）电阻和电容等非理想元件造成的误差3.思考题（1）在实验中如何选择输入的正弦信号的幅值？解：先将频率调到很大,再是信号幅值应该调节信号发生器的信号增益按钮,令示波器显示方式为信号-时间模式,然后观测输出信号,调节频率,观察在各个频段是否失真.（2）测试频率特性时,示波器Y轴输入开关为什么选择直流？便于读取数据,使测量结果更加准确.（3）测试相频特性时,若把信号发生器的正弦信号送入Y轴,被测系统的输出信号送入X轴,则根据椭圆光点的转动方向,如何确定相位的超前和迟后？若将输入和输出信号所在的坐标轴变换,则判断超前和滞后的办法也要反过来,即顺时针为滞后,逆时针为超前.七、讨论、心得1.在实验过程中,一定要耐心仔细,因为可能会出现李萨如图像与光轴的两个交点非常接近于原点,由于曲线本身的宽度,造成的视觉误差会非常大.所以在用光标测量数据的时候,一定要非常仔细耐心,尽可能让误差降到最小.2.在实验过程中,随着频率的增加,李萨如图像的显示光点也会随之减少,这个时候一定要适当调节扫描时间,尽量往小调,让扫描光点增加,形成比较完整的曲线,以便于测量与观察.3.在做第二个实验的时候,即使扫描时间已经调到了最小,仍然无法看见完整的曲线,这时,需要摁下示波器上display按钮,然后点击是否记录轨迹,然后就可以让点完整清晰地将曲线还原回来,从而减小误差.4.在计算过程中,注意认真仔细.计算量繁杂,容易导致计算错误,可以多设几个变量来解决.5.在绘制曲线过程中,如果直接用角速度w的话,有可能会出现小频率的点比较密集,大频率的点比较疏松,得到的曲线误差比较大,并且并不美观.当数据相差较大时,我采用了将横坐标求对数之后,再将新得到的数据作为横坐标绘制图像,则实验图像变得非常美观和清晰,并且具有说服力.6.通过本次实验,我了解到了频率特性测量的方法以与怎样求幅频特性|G<w>|和相频特性φ<w>的值,并且通过将自己实验所得曲线、实际计算曲线与matlab仿真之间的对比,将理论、实践、仿真融为一体,使我更加加深了频率响应曲线的认识.这样的方法,在以后的学习过程中,会应用的更加广泛,并且具有非常深远的意义.。

实验6.2 电路频域特性的测量——电压传输比一、实验目的（1）掌握传输电压比频率特性的两种测量表示方法。

（2）了解低通和高通过滤器的频率特性。

二、实验仪器和器材信号发生器、示波器、毫伏表、实验箱。

三、实验内容1、测量一阶RC低通电路的频率特性。

电路如图，R=5.1kΩ，C=0.047uF。

电路的输入端输出一个电平为0dB的正弦信号，频率范围为50赫兹到20000赫兹。

连接好后，首先改变信号源的频率（从高到低），用毫伏表或示波器观测输出端电压的变化，粗略地看一下电路是否具有低通特性，测量并记录-3dB截止频率。

然后逐点测量该低通频率的频率特性。

2、测量一阶RC高通电路的频率特性。

如图连接好电路，首先改变信号源的频率（从高到低），用毫伏表或示波器观测输出端电压的变化，粗略地看一下电路是否具有高通特性，测量并记录-3dB截止频率。

然后逐点测量该高通电路的频率特性。

四、实验原理及实验数据1、RC低通电路的工作原理：若电源为交流电（f>0 ），电容导通，当电源频率由0变大时，电容两端电压由大变小，因而低通。

低通电路数据电平图相位差图2、RC高通电路的工作原理：若电源为交流电（f>0 ），电容导通，当电源频率由大变小时，电容两端电压由小变大，因而高通。

相位差图五、总结通过这次实验，让我明白了RC低通和高通电路的工作原理。

在实验过程中，让我发现了自己在电路理论知识方面的不足，促使我能够真正地把理论知识学好。

实验给了我们一个很好的把理论应用到实践的机会，让我们能够很好的把理论知识转化到实际能力，提高了对理论知识的理解与掌握。

在学习知识上面，本学期电分实验不想往届听老师讲解，而是全靠自己预习自学自己摸索，感觉对我们的自主学习钻研是种挑战，但同时也是锻炼。

《电子测量技术》实验报告电气工程学院姓名：李晓峰学号：12281035班级：电气1307班实验一示波器波形参数测量一、实验目的通过示波器的波形参数测量，进一步巩固加强示波器的波形显示原理的掌握，熟悉示波器的使用技巧。

1.熟练掌握用示波器测量电压信号峰峰值，有效值及其直流分量。

2.熟练掌握用示波器测量电压信号周期及频率。

3.熟练掌握用示波器在单踪方式和双踪方式下测量两信号的相位差。

二、实验设备1.信号发生器,示波器。

示波器——SS7802Aa、主要参数：SS-7802模拟示波器·具有能够选择场方式、线路的TV/视频同步功能·附有光标和读出功能·5位数计数器规格及性能·显像管：6英寸、方型8*10p(1p=10mm)约16kV·垂直灵敏度：2mV/p~5V/p（1-2-5档）（通道1、通道2）精度：±2%·频率范围：20MHz·时间轴扫描A·100ns/p~500ms/p·TV/视频同步：能够选择场方式、能够选择ODD、EVEN、BOTH、扫描线路b、主要功能描述示波器操作板如图所示：包括如下五个操作控制区域：水平控制区【◄POSITION►】：将【◄POSITION►】向右旋转，波形右移。

FINE 指示灯亮时，旋转【◄POSITION►】可作微调。

MAG×10 ：扫描速率提高10倍，波形将基于中心位置向左右放大。

ALTCHOP ：选择ALT（交替，两个或多个信号交替扫描）或CHOP （断续，两个或多个信号交替扫描）。

垂直控制区INPUT：输入连接器（CH1、CH2）,连接输入信号。

EXTINPUT ：用外触发信号做触发源。

外信号通过前面板的EXTINPUT接入。

【VOLTS/DIV】：调节【VOLTS/DIV】选择偏转因数。

按下【VOLTS/DIV】；偏转因数显示“ ”符号。

在该屏幕下，可执行微调程序。