實驗一簡易波形發生器
目錄1.簡要敘述
2.基本原理
3.實驗任務
4.實驗報告
一．簡要敘述
訊號波形的種類繁多，常見的波形有：正弦波、三角波、方波、鋸齒波、階梯波等。對應於不同頻率、幅度的波形，有不同的產生方式。
常見的波形發生方式有以下三種：模擬方式、頻率合成、專業晶元。
（1） 模擬方式
用模擬分立元件搭建電路，可產生正弦波、方波、三角波，通過調整外部元件可改變輸出頻率。該方式的優點是，在低頻段波形發生電路簡單易懂，成本較低，易於實現。缺點是模擬元器件引數分散性太大，對波形頻率的穩定性影響很大，頻率解析度不高，且靈活性較差，不能實現任意波形以及波形的運算輸出等智慧型化功能。
（2） 數字頻率合成（dds）
dds技術以nyquist時域取樣定理為基礎，在時域中進行頻率合成，通過更換波形資料可以輕易實現任意波形功能，並且頻率、相位、幅度都可利用微控制器實現程式控制。缺點是輸出頻率受到微控制器工作頻率的制約，在輸出頻率要求不高的場合可考慮應用。
（3） 專業晶元
例如，單片壓控函式發生器max8038以及ad9850、ad9852等專用dds晶元，配合微控制器對其進行控制，可以進行波形產生。雖然方便快捷，但是系統的通用性不強。
本實驗為了深刻理解模擬電路產生波形原理，在低頻段設計了以運算放大器為基礎的模擬電路波形發生裝置。模擬運放放大器產生波形的主要原理是能夠搭建起穩定的振盪的電路，根據採用不同的放大器和不同的rc網路，可以組成不同原理的正弦波電路，如rc橋式振盪器、正交振盪器、移向振盪器、雙t橋振盪器等。 同樣放大器還能搭建出方波、三角波的電路，從而實現簡易波形的產生。
實驗電路板上的運算放大器為jfet輸入雙運算放大器tl082，相應引數如下：
表1.tl082部分引數
二．基本原理
（1）正弦波發生
正弦波發生電路採用基於rc振盪器的文氏電橋電路，如圖1所示為基本文氏電橋。
圖1.文氏電橋正弦波發生電路
其中，u1a為正弦波振盪電路，利用雙聯電位器r1調節正弦波的頻率。負反饋的二極體併聯網路是穩幅緩解，在持續振盪時二極體表現為不完全導通狀態。u1b組成同向電壓放大器，利用幅度調節電位器實現正弦波幅度的調節。
（2） 方波發生電路
方波發生電路同樣利用rc振盪原理。電路圖如圖2所示：
圖2.方波發生電路
其中u1a是方波的振盪電路，調節負反饋環節的電阻改變c3的充/放電時間常數來改變方波的頻率。利用二極體陣列使方波的幅度鉗位在某個特定的值。u1b將幅度恆定的方波進行電壓放大，調節反饋電阻以實現幅度的可調。
（3）三角波發生電路
三角波在以上方波發生電路的基礎上，加入有源積分環節，將方波積分成為三角波。電路圖如圖3所示：
圖3.三角波發生電路
u1a為有源積分器，積分常數是r12與c17的乘積。u1b是反向電壓放大器。調節方波的頻率即可改變三角波的頻率，調節反向電壓放大器的反饋電阻即可實現三角波幅度的調節。
三．實驗任務
（1）用實驗電路板發生正弦波、方波、三角波三種波形，調節頻率和幅度調節旋鈕，在保證波形不被削頂的情況下，測量波形的頻率以及峰峰值範圍。
（2）用標準函式發生器與實驗電路板分別發生乙個頻率為10khz和50khz，峰峰值為5v的方波，用示波器測量（手動測量）它們的上公升/下降時間以及占空比。
四．實驗報告
1．完成**裡實驗資料的測試
2. 簡要敘述正弦波、方波和三角波產生原理，並寫出主要的公式推導步驟
3. 對本實驗的建議和意見
思考題：
1. 為什麼方波的頻率高了以後上公升沿/下降沿變得長？受運放的哪個引數影響？
2. 為什麼在調節正弦波頻率的時候正弦波的幅度會有跳動的現象？
實驗二濾波器傳遞函式模型測試實驗指導書
目錄1、實驗目的
2、實驗內容
3、實驗原理及方案
3.1時域測試的原理
3.2時域測試與頻域方法比較
3.3濾波器系統原理圖及響應分析
4、實驗儀器及裝置
5、實驗步驟
5.1一階低通濾波器的傳函測量
5.2一階高通濾波器的傳函測量
5.3二階低通濾波器的傳函測量
6、實驗報告要求
7、思考題
8、附錄
1、實驗目的
1．複習並掌握時域測試的基本原理；
2．正確應用矩形脈衝響應法（階躍響應法）測試通道動態特性及判別通道傳遞函式表達方式；
3．通過實驗深刻了解系統傳遞函式的含義；
4．了解濾波器的時間響應特性以及時域測試與頻域測試的區別；
5．掌握時域反求傳遞函式的方法。
2、實驗內容
1．測定一階低通濾波器的傳遞函式（求取增益k和時間常數t）並與理論值比較；
2．測定一階高通濾波器的傳遞函式（求取增益k和時間常數t）並與理論值比較；
3．測定二階低通濾波器的傳遞函式（求取增益和時間常數t1和t2）並與理論值比較。
3、實驗原理及方案
1．時域測試的原理
輸入函式r(t)，輸出函式c(t)，傳遞函式g(t)，故c(t)=r(t)*g(t)；其對應的頻域上的輸出為：
若輸入為衝激函式，即r(s)=1，則c(s)=g(s)，即輸出函式等於傳遞函式。但實際不存在衝激函式，故用合適的階躍函式或者方波一定程度替代（有界性）。通常使用的測試函式為方波、階躍，此實驗選用的是方波。
通過系統得到的響應在測試後可能會因為器件的誤差與標稱值會不同，所以需要用matlab進行擬合，以擬合結果為準。與傳統的系統辨識反求傳遞函式方法相比，通過示波器進行的時域測量只有一次測試，而且準確度比較高，其他方法如掃頻法精確但步驟比較繁瑣，點測法精確度有限且測試過程也較繁瑣。
2．時域測試與頻域方法比較
採用時域的分析方法比較簡單直接，能夠直觀分析電路的輸入輸出，以及各個測試點的波形。但是時域分析不能確定電路對於不同頻率的響應，也無法準確了解不同頻率的訊號對電路的干擾。頻域分析為分析頻率對電路的影響提供了直接的方法，在對現代電子線路的分析中，發揮了越來越大的作用。
3．濾波器系統原理圖及響應分析
(1) 一階低通濾波器
圖4 一階低通濾波器電路圖
一階低通濾波器電路圖如上圖4，則其傳遞函式為：
其中時間常數t=rc，設輸入階躍訊號的幅度為1v，階躍響應： ()，如圖5，當t=t時，c(t)0.632v。
圖5 一階低通濾波器階躍響應
因此，當測得輸出函式上公升值為幅度的63.2%所對應的時間值即為時間常數t，即可求出傳遞函式。
(2) 一階高通濾波器
圖6 一階高通濾波器電路圖
一階高通濾波器電路圖如上圖6，則其傳遞函式為：
其中時間常數t=rc，設輸入階躍訊號的幅度為1v，則其階躍響應： ()，當
t=t時，c(t)0.368v。因此，當測得輸出函式下降值為幅度的36.8%所對應的時間值即為時間常數t，即可求出傳遞函式。
(3) 二階巴特沃斯低通濾波器
圖7 二階巴特沃斯低通濾波器電路圖
二階巴特沃斯低通濾波器電路圖如圖7所示，則其傳遞函式：
其中、為時間常數。設輸入階躍訊號的幅度為1v，則輸出函式有：，其所對應的時域函式為：
在本實驗中，用matlab的cftool工具箱對示波器匯出的資料進行曲線擬合，然後擬合出曲線函式即為系統的階躍響應曲線，然後通過和得出系統的傳遞函式。
4、實驗儀器與裝置
函式訊號發生器（1臺）、數字儲存示波器（1臺）、多路直流穩壓電源（1臺）、實驗板（1塊）、導線若干。
5、實驗步驟
1. 一階低通濾波器的傳函測量
①：首先調節直流穩壓電源使其產生乙個+15v和-15v直流電壓，然後關閉直流穩壓源，連線好輸出線（注意連線方法），接在實驗板的電源輸入處（+15v、—15v）。
②：開啟訊號發生器，產生合適方波，接線在實驗板訊號輸入端（in1），開啟示波器電源，使示波器探針接在電路板的訊號輸出端（out1）。
③：確保電路連線正確後，最後開啟直流穩壓源電源，在一階低通濾波器訊號輸入處（in1）接方波訊號。
④：用示波器觀察輸出波形。按下示波器上的「auto」按鈕，再仔細調節示波器及訊號發生器的頻率和幅值等使得示波器觀察到的波形盡量有乙個週期且滿幅。
⑤：調整好輸出波形，用u盤將波形從示波器匯出。將u盤插入電腦，匯出的波形檔案，將波形資料儲存為txt格式，檔案中的資料即為示波器滿屏取樣後的幅值點和時間點。
⑥：將txt中的資料資訊匯入到matlab中用cftool工具箱進行資料擬合，通過擬合得到輸出函式，再進行運算得到傳遞函式。與理論計算的傳遞函式作比較。（低通濾波器擬合過程見附錄）
2. 一階高通濾波器的傳函測量
實驗步驟同一階低通。
3. 二階巴特沃斯低通濾波器傳函測量
實驗步驟同一階低通。
6、實驗報告要求
1. 通過一階低通濾波器、一階高通濾波器、二階低通巴特沃斯濾波器的電路原理圖計算出傳遞函式。
2. 在示波器上觀察並在實驗報告上附出一階低通濾波器、一階高通濾波器、二階低通巴特沃斯濾波器的矩形脈衝響應圖形。
3. 通過矩形脈衝響應波形結合matlab反求以上濾波器的傳遞函式並與電路圖中計算出的傳遞函式作比較。(要求寫出擬合的程式，涉及的圖表及詳細的反求過程)
7、思考題
1. 不同函式型別（巴特沃斯、貝塞爾、切比雪夫等）的響應各有什麼特點，相互之間有什麼區別。
2. 怎麼從二階或者高階的響應波形中看出該濾波器是哪種型別、階數以及反求傳遞函式。
附錄：matlab擬合步驟（舉例：一階低通）
1. 將示波器取樣出的資料分別存入兩個txt檔案（乙個為幅值資料，乙個為時間資料），將得到的txt資料儲存在當前matlab工作路徑下（或自己更該工作路徑）；
2. 將兩個txt檔案載入matlab，如在m檔案中儲存並在命令框中執行以下程式：
load dt.txt匯入幅值資料
load dt1.txt匯入時間資料
i=1:999取全部的點
plot(dt1(s),dt(s繪出示波器圖形
hold on;
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