訊號與系統
實驗指導書
天津大學精儀學院
感測技術與測控電學實驗室
2010
實驗一二階有源電路濾波系統設計以及頻率響應特性分析
一、實驗目的
通過定性觀察不同輸入訊號下的電路輸出，理解輸入訊號的頻譜分布與系統頻率響應的相對關係對訊號的影響；通過二階系統頻率響應特性的定量測試，考察系統引數對典型二階系統濾波特性的影響。
二、實驗裝置
訊號與系統實驗電路模板、訊號發生器、雙綜示波器、直流電源等。
三、實驗內容與要求
1. 已知一有源二階系統如下圖：
1 理論分析其作為微分電路、積分電路或比例網路的條件：
首先，在實際電路系統中並不存在理想的微分、積分或比例電路；只能是針對一定頻率範圍的訊號，特定的電路系統呈現出相應的微分、積分或比例特性。以上電路的傳遞函式為，其中τ1＝r1c1, τ2＝r2c2。可以看出，這是乙個一階高通與乙個一階低通環節的串連，其中τ1>τ2。
幅頻特性、相頻特性為：、。當輸入訊號的角頻率ω<<1/τ1時，∣h(jω)∣≒c1r2ω、φ（ω）≒90，即等效於微分電路；當輸入訊號的角頻率ω>>1/τ2時，∣h(jω)∣≒1/(r1c2ω)、φ（ω）≒-90，即等效於積分電路；當輸入訊號的角頻率1/τ2>>ω>>1/τ1時，∣h(jω)∣≒r2/r1、φ（ω）≒0，即等效比例電路。
② 為驗證等效微分電路，選擇一組元件引數，如r1＝1k、r2＝1k、c1＝0.1uf、c2＝0. 01uf，τ1= 0.
0001s, τ2 = 0.00001s，用訊號發生器產生頻率為100hz，占空比為1:1的週期方波訊號，實驗觀察記錄輸入、輸出波形並做出適當解釋；
③ 模擬②，適當選擇元件引數以及輸入訊號來驗證等效積分電路和比例電路。要求畫出所選元件引數下的電路頻率特性、記錄輸入、輸出波形並做出合理解釋。
2、 二階系統頻率響應特性分析
① 從四種二階有源濾波參考電路任選1-2種，自選引數，分析計算系統的幅頻響應特性；
② 將正弦訊號輸入二階系統，改變輸入訊號頻率，用示波器觀察並記錄輸出訊號的波形、幅值，並與理論計算比較。說明二階諧振系統的阻尼係數a或品質因數q對系統頻率特性以及系統穩定性的影響。
參考電路圖如下：
實驗二全通網路構成的乙個陷波電路
一、實驗目的
通過利用全通網路設計乙個實用的陷波電路這樣乙個例項，培養學生理論聯絡實際的意識；通過給予實驗較大的發揮空間，培養學生學以致用、積極探索的科研精神。
二、實驗裝置
訊號與系統實驗電路模板、訊號發生器、雙綜示波器、直流電源等。
三、實驗內容以及要求：
在圖示電路原理圖中，a1和a2分別構成全通網路, a3則構成乙個加法電路。
1）證明當τ＝r1c1=r2c2時，整個電路構成一種對ω=1/τ的陷波電路；
2）自選元件引數實現對500hz或1000hz訊號的陷波電路，理論計算並實驗驗證電路的幅頻特性；
3）為盡可能保證陷波頻率的準確，可用合適的電位器w取代原理圖中r1或r2。用訊號發生器產生具有陷波頻率的正弦訊號輸入，微調電位器使得輸出最小。理論分析當r1c1≠r2c2時的陷波頻率；
4）分析影響陷波效果的因素並加以實驗驗證。
路結構的引數計算公式。
（2）二階低通、高通、帶通和帶阻濾波器的頻率特性曲線。
a) 低通濾波器
b) 高通濾波器
c) 帶通濾波器
d) 帶阻濾波器
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