Matlab课程设计-基于MatlabRC串联电路频率响应特性分析

课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目： Matlab 应用课程设计－基于Matlab 的RC 串联电路频率响应特性分析初始条件：1. Matlab6.5以上版本软件；2. 先修课程：电路原理等；3. 2,0.5R C F =Ω=。

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、在RC 串联电路中，求该电路的频率响应10()()()C U j H j U j ωωω=和20()()()R U j H j U j ωωω=，并绘出其特性曲线； 2、画出程序设计框图，编写程序代码，上机运行调试程序，记录实验结果（含计算结果和图表等），并对实验结果进行分析和总结；3、课程设计说明书按学校统一规范来撰写，具体包括：⑴ 目录； ⑵ 理论分析；⑶ 程序设计； ⑷ 程序运行结果及图表分析和总结； ⑸ 课程设计的心得体会（至少500字）；⑹ 参考文献（不少于5篇）。

时间安排：周一、周二查阅资料，了解设计内容；周三、周四程序设计，上机调试程序；周五、整理实验结果，撰写课程设计说明书。

指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录1.Matlab 软件简介 (1)2.RC串联电路频率响应特性分析 (2)3.程序设计 (3)4.程序运行结果及结果分析 (5)5.课程设计的心得会 (7)6.参考文献 (8)1.Matlab软件简介1.1Matlab语言的历史70年代后期,身为美国New Mexico大学计算机系系主任的Cleve Moler发现学生用FORTRAN编写接口程序很费时间,于是他开始自己动手,利用业余时间为学生编写EISPACK和LINPACK的接口程序。

Cleve Moler给这个接口程序取名为Matlab。

1984年，为了推广Matlab在数值计算中的应用，Cleve Moler、Johon Little等正式成立了Math works公司，从而把Matlab推向市场，并开始了对Matlab 工具相等的开发设计。

1.2Matlab软件概况Matlab是Matrix Laboratory的缩写，意为矩阵实验室。

它具有强大的矩阵处理功能和绘图功能，进还能进行文字处理，绘图，建模仿真等功能。

随着版本的不断升级，它在数值计算及符号计算功能上得到了进一步完善。

Matlab已经发展成为多学科、多种工作平台的功能强大的大型软件。

在欧美等高校，Matlab 已经成为线性代数、自动控制理论、概率论及数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具。

1.3Matlab的特点Matlab有以下一些特点：Matlab的帮助功能很强大，自带有详细的帮助手册，基于HTML的完整的帮助功能，也可以用help命令来得到帮助信息。

程序语法与C语言类似，设计自由度大，方便我们编程。

例如在Matlab里，用户无需对变量预定义就可使用。

大量数学函数已经定义好，并且有很强的用户自定义函数的能力。

Matlab有高级的程序环境，但程序环境很简单易用，有与其它语言编写的程序结合和输入输出格式化数据的能力；Matlab既具有结构化的控制语句，又有面向对象编程的特性。

还有一个原因使Matlab受人们欢迎的，那就是Matlab源程序具有很大的开放性。

除了内部函数以外，所有Matlab的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。

Matlab有强大的的图形绘制功能。

在Matlab里，数据可视化的操作非常简单易用。

Matlab还有较强的编辑图形界面的能力。

可以用来声成图解和可视化的二维、三维图。

Matlab还拥有功能强大的各种工具箱。

其工具箱分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。

功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与硬件实时交互功能。

功能性工具箱用于多种学科。

而学科性工具箱是专业性比较强的，如（control、signal proceessing 、commumnication）toolbox等。

这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高，精，尖的研究，能极大地促进我们的学习研究工作。

虽然Matlab有很多优点，但它也有一些缺点，比如：由于Matlab的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。

2.RC 串联电路频率响应特性分析图2.1 原理电路图RC 如图所示：分阻抗：Z R =R Zc=c j ω1 总阻抗：Z=R+c j ω1频率响应：H 1=U C /U o =Z C /ZH 2=U L /U o =Z L /Z设s=j ω 则H 1=1sC 1sCR +=11sCR + H 2=R 1sCR +=sCR 1+sCR 因此易得H 1幅频响应1H =2)(11CR ω+H 1相频响应H1Φ=-arctan(ωCR)H 2幅频响应2H =2)1(11CRω+ H 2相频响应H2Φ=arctan(CR ω1) 这样就可以得到关于ω的函数表达式，然后分别以1H 、2H 、H1Φ、H2Φ为纵坐标，以ω为横坐标绘制幅频特性、相频响应曲线，通过观察曲线就可以研究频率响应特性。

U o U C U R 参考方向3.程序设计开始输入R、C的值列出H分子和分母的系数行列式调用angel函数计算相频特性调用freq函数计算幅频特性调用plot函数绘制相应曲线输出曲线结束图3.1 程序设计流程图源程序频率响应H1的源程序：R=2; %电阻的值C=0.5; %电容的值fz=1; %H1表达式分子的系数向量fm=[R*C 1]; %H1分母的系数向量w=0:0.01:25; %设定频率的变化范围g=freqs(fz,fm,w); %求其频率响应x=angle(g); %求相频响应y=abs(g); %求幅频响应subplot(2,1,1),plot(w,x*180/pi) %画相频响应的曲线xlabel('角频率-rad/s');ylabel('角度');grid；subplot(2,1,2), %画幅频响应的曲线plot(w,y)xlabel('角频率-rad/s');ylabel('abs(H)');grid；频率响应H2的源程序：R=2; %电阻的值C=0.5; %电容的值fz=[R*C 0]; %H2表达式分子的系数向量fm=[R*C 1]; %H2分母的系数向量w=0:0.01:25; %设定频率的变化范围g=freqs(fz,fm,w); %求其频率响应x=angle(g); %求相频响应y=abs(g); %求幅频响应subplot(2,1,1),plot(w,x*180/pi) %画相频响应的曲线xlabel('角频率-rad/s');ylabel('角度');grid；subplot(2,1,2),plot(w,y) %画幅频响应的曲线xlabel('角频率-rad/s');ylabel('abs(H)');grid；4.程序运行结果及分析4.1运行结果相频响应幅频响应图4.1 H1的频率响应曲线相频响应幅频响应图4.2 H2的频率响应曲线4.2结果分析4.2.1频率响应H1H1相频特性曲线分析：由图可知，H1相频特性是一条下降的曲线，说明相角随频率的增加而减小，其值总小于0。

当ω趋近于0时，相角趋近于0，当ω趋近于无穷时，相角趋近于-90o。

H1幅频特性曲线分析：由图可得，H1的幅频特性曲线是一条下降的曲线，说明电压传输系数H的幅值随ω的升高而减小，当ω趋近于0时，幅值趋近于1，当ω趋近于无穷时，幅值趋近于0，说明c越高时，C上的电压值越大，显示了该电路的低通特性。

4.2.2频率响应H2H2相频特性曲线分析：由图可知，H2的相频特性曲线是一条下降的曲线，说明H2的相角随频率的增加而减小，其值在0到90度之间。

当ω趋近于0时，相角趋近于90o，当ω趋近于无穷时，相角趋近于0。

H2幅频特性曲线分析：由图可得，H2的幅频特性曲线是一条上升的曲线，说明H2的幅值随频率的升高而升高，当ω趋近于0时，幅值趋近于1，当ω趋近于无穷时，幅值趋近于0，当ω趋近于0时，幅值趋近于0，当ω趋近于无穷时，幅值趋近于1，说明频率越高时，R上分得的电压越大，体现了该电路的高通性质。

5.课程设计心得体会通过Matlab一周以来的学习研究，我对Matlab有了初步的认识，我掌握了Matlab的基本操作，并学会了用Matlab解决一些电路和数学上的问题，下面是我具体的一些体会Matlab功能非常强大，几乎可以计算我们目前所遇到的任何问题，不仅可以计算数学问题，也可以用来解决电路等其他学科的各种问题。

而且我们可以自编函数，从而可以解决更多样的问题。

但以目前我们的知识，只能掌握Matlab的一小部分功能，在以后的学习中，我还需要继续学习Matlab的相关知识。

Matlab虽然功能非常强大，但其操作却非常简单，它的语法类似于我们以前学过的C语言，使我很容易上手，而其语法比C语言更为自由，限制更少，语法类似于自然语言，简洁而智能化，使我可以很容易的编写程序且不容易出错。

关于绘图的操作则比C语言简单得多，用几条简单的语句就可以绘出各种曲线、图形，使我们的学习研究变的非常方便。

本次课程设计握紧掌握了绘制二维曲线，我还需要进一步的学习。

我认为学习Matlab的关键在于函数，只要掌握了函数的用法，那么就能很快的编出程序。

而Matlab的难点也正是函数，因为Matlab拥有大量的函数，仅仅基本的函数就超过七百个，要是算上专业拓展函数那就更多，想在短时间内掌握这么多函数是很难的。

我认为应该多练多学，在解决问题的过程中学习并记住所用的函数，有不懂的就查资料，问同学，争取彻底搞懂所作的问题，并牢牢掌握，这样以后就可以独立解决类似问题。

在这次课程设计中，我学到了很多关于Matlab的知识，但这还远远不够，我现在只掌握了一些基本的功能，而解决更高级问题我的知识还不够，我要在日后进一步学习，更好地掌握Matlab。

6.参考文献[1] 邱关源，罗先觉主编，电路，第五版，北京:高等教育出版社, 2006[2] 陈怀琛，吴大正，高西全主编，Matlab及在电子信息课程中的应用，第三版. 北京:电子工业出版社，2006[3] 杨高波，元波编著，精通Matlab 7.0混合编程，北京:电子工业出版社，2006[4] 陈怀琛主编，Matlab及其在理工课程中的应用指南，西安:西安电子科技大学出版社，2000[5] 陈怀琛，龚杰民主编，线性代数实践及Matlab入门，北京:电子工业出版设,2005XX大学《MA TLAB》课程设计说明书本科生课程设计成绩评定表姓名性别专业班级课程设计题目：课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：指导教师签字：_____________年月日9。