4exp线性系统的频率特性实验

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1、实验四线性系统的频率特性理论一、实验原理我们讨论的确定性输入信号作用下的集总参数线性非时变系统，又简称线性系统。线性系统的基本特性是齐次性与叠加性、时不变性、微分性以及因果性。对线性系统的分析，系统的数学模型的求解，可分为时间域方法和变换域方法。这里主要讨论以频率特性为主要研究对象，通过傅里叶变换以频率为独立变量。设输入信号％（“，其频谱匕系统的单位冲激响应h⑴,系统的频率特性输出信号％卍），其频谱V°ut（jco）,贝ij时间域中输入与输出的关系频率域中输入与输出的关系时I'可域方法和变换域方法并没有本质区别，两种方法都是将输入信号分解为某种基本单元，在这些基本单元的作

2、用下求得系统的响应，然后再叠加。变换域方法可以将时域分析中的微分、积分运算转化为代数运算，将卷积积分变换为乘法；在信号处理时，将输入时间信号用一组变换系数（谱线）来表示，根据信号占有的频带与系统通带间的关系来分析信号传输，判别信号中带有特征性的分量，比时域法简便和直观。二、实验方法1.输入信号的选取这里输入信号选取周期矩形信号，并且要求二不为整数。这是因为周期矩形信号具有丰T富的谐波分量，通过观察系统的输入、输出波形的谐波的变化，分析系统滤波特性。周期矩形信号可以分解为直流分量和许多谐波分量；由于测量频率点的数目有限，因此需要排除谐KT波幅度为零的频率点，周期矩形信号谐波

3、幅度为零的频率点是——Q，其中K=1、2、3、…。T佥(M)R(a)RL电路1.线性系统的系统函数幅度频率特性分析(1)RL低通网络L图11.3RL电路及英幅频特性曲线=齐(/)输入周期矩形信号，通过RL低通网络的输出波形如下:对比输入、输出信号，可以看到输出信号的跳变部分被平滑，说明输入信号通过RL低通网络后，滤除髙频分量。描述RL低通网络的系统函数的频率特性为（2）RC高通网络(a)RC电路图11.5RC电路及英幅频特性曲线从）+缶匚％⑴妇皿）输入周期矩形信号，通过RC高通网络的输出波形如下:图11.6通过RC高通网络的输入、输出信号对比输入、输出信号，可以看到输出信

4、号的跳变部分被保留，说明输入信号通过kc髙通网络后，滤除低频分量。描述RC高通网络的系统函数的频率特性为H(jco)=匕(M)je1RC三、实验注意事项1.正确选取输入信号的参数。2.正确设置选频电平表的工作方式。3.使用实验箱吋，区分电源线与地线；并注意电路连接的正确性。基础实验一、实验目的1.测量线性系统的幅频特性2.复习巩固周期信号的频谱测量二、实验器材1.函数信号发生器2.选频电平表3.双踪示波器4.实验箱5.电阻、电感、电容若干三、预习要求1.设计RL低通电路与RC高通电路，思考元件的参数选取，对系统频率特性的影响。2.掌握线性系统的微分方程的表示、系统函数频率

5、特性的意义、求解。3.对比RL低通网络与RC高通网络的各自特点及系统的频率特性。4.撰写预习报告。四、实验内容1.仪器使用与调试（参见实验一）c吐、_.V输入信号选取：周期方波信号，周期T=20（）^,脉冲宽度T=60^,脉冲幅度V"=5V°2,囂7连接成RL电路（4加H电感、220Q电阻）。分别测量输人输出号豐波形；分応测量RL低通电路的输入、输出信号的基波到第十次谐波，并记录测量的各次谐波频率f(KHz)及对应谐波频率的幅度V(dB)o测量图如下：图11.7RL低通电路测量图AkHz)测量值%dB)/(dB)仿真值%dB)/(dB)1.RC高通网络在实验箱上连接成RC

6、电路(47nF电容、220Q电阻)。测量数据的要求同RL低通电路。测量电路如下：图11.8RC高通电路测量图/(kHz)测u：值%dB)S(dB)仿真值U,(dB)S(dB)五、实验报告的要求1.写明实验原理及实验步骤，设计RL低通电路与RC高通电路及测量数据的记录表格。2.依照

7、W（»

8、=10（V<7-V/）/2°,将所测量的幅度值由分贝（dB）换算为伏特（V）o3・根据实验内容，分别绘出RL低通电路与RC高通电路的输入、输出时域波形；绘制系统函数幅度频谱图，要求幅度单位为伏特（V）。1.对比RL低通电路与RC高通电路的系统函数幅度频谱图，说明两者滤波特性。2.通过本实

9、验，掌握线性系统的系统频率特性。六、实验思考题1.电路元件的参数选取，对系统频率特性的影响。2.系统函数的频率特性是由什么决定的？与系统的输入信号是否有关？3.以RL低通电路为例，对比输入信号与输出信号的频谱，说明输入信号的频谱经过系统后发生哪些变化。1）戴维南定理（实验箱）2）串联谐振电路（实验箱）3）线性系统的频率特性（实验箱）1、http://v・youku・com/v_show/id_XNzQyOTU2NzI二・html2、http:〃v.youku・com/v_show/idXMTM3NzOyOTY4.html3、h