频率特性的测量
实验三 典型环节的频率特性测量
姓名，班级学号 ； 姓名，班级学号姓名，班级学号 ； 姓名，班级学号姓名，班级学号 ； 姓名，班级学号实验三典型环节（系统）的频率特性测量一．实验目的1．学习和掌握测量典型环节（或系统）频率特性曲线的方法和技能。
2．学习根据所测得频率特性，作出伯德图。
二．实验内容1．用实验方法完成一阶惯性环节的频率特性曲线测试。
2．用实验方法完成比例环节、积分环节、惯性环节及二阶系统的频率特性曲线测试。
三．实验步骤1．熟悉实验设备上的信号源，掌握改变正弦波信号幅值和频率的方法。
2．利用实验设备完成比例环节、积分环节、惯性环节和二阶系统开环频率特性曲线的测试。
3．根据测得的频率特性曲线（或数据）求取各自的传递函数。
4．分析实验结果，完成实验报告。
四．实验线路及原理(一)实验原理对于稳定的线性定常系统或环节，当输入端加入一正弦信号时，它的稳态输出时一与输入信号同频率的正弦信号，但其幅值和相位将随输入信号频率的改变而改变，即：即相频特性即幅频特性,)()()(,)()()(sin )(])(sin[)()(ωωωωωφωωωωωωωj G t j G t j G Aj G A A tA t r j G t j G A t c ∠=-∠+====∠+=只要改变输入信号的频率，就可以测出输出信号与输入信号的幅值比)(ωj G 和它的相位差)(ωφ，不断改变输入信号的频率，就可测得被测环节的幅频特性和相频特性。
（二）实验线路1．比例(P)环节的模拟电路 比例环节的传递函数为：K s U s U i O =)()(，取ωj s =代入，得G(jw)=k, A(w)=k, Φ(w)=0°其模拟电路和阶跃响应，分别如图1.1.2，实验参数取R 0＝100k ，R 1＝200k ，R=10k 。
2．积分(I)环节的模拟电路 积分环节的传递函数为：Tss U s U i O 1)()(=其模拟电路，如图1.2.2所示，实验参数取R 0＝100k ，C ＝1uF ，R=10k 。
电路频率特性的测量技术
2．档级滤波器式频谱分析仪
为了减少检波器的数量，将电子开关加在检 波器前，使检波器公用，这种方法原理十分简明， 如图7.19所示。
输入 信号
输入 放大器
BPF1
电
BPF2
子
开
关
BPFn
CRT
检波器
输出 放大器
图7.19 档级滤波器式频谱分析仪框图
3．扫描式频谱分析仪
在档级滤波器式频谱分析仪的基础上，将若干 通带衔接的滤波器用一个中心频率可电控调谐的带通 滤波器代替，通过扫描调谐完成整个频带的频谱分析， 如图7.20所示。
式中
A——频偏的最大变化量； B——频偏的最小变化量； k——扫频的非线性系数。
A
B
fo-△f
fo
fo+△f
图7.15 扫频非线性系数的测量图
2．扫频宽度
扫频宽度也称为扫频频偏，为扫频中心
频率的最高与最低值的差值。
f fmax fmin （7-3）
式中
f ——扫频宽度；
f max——扫频的最高频率；
A
A
0
t
0
t
(b)用频谱仪观察的频谱相同
图7.13 示波器和频谱仪对比观察相位不同的波形
A
A
0
t
0
t
(a)用示波器不容易观察波形的失真
A
A
0
t
0
t
(b)用频谱仪容易观察微小的幅度和相位变化
图7.14 用示波器和频谱仪观察微小失真的波形
7.3.2 频谱分析仪的工作原理
1．滤波式频谱分析
信号输入
频率
频域
电压
时域
图7.1 时间、频率和幅度的三维坐标
实验四 控制系统频率特性的测试 实验报告
实验四控制系统频率特性的测试一．实验目的认识线性定常系统的频率特性，掌握用频率特性法测试被控过程模型的原理和方法，根据开环系统的对数频率特性，确定系统组成环节的参数。
二．实验装置（1）微型计算机。
（2）自动控制实验教学系统软件。
三．实验原理及方法（1）基本概念一个稳定的线性定常系统，在正弦信号的作用下，输出稳态与输入信号关系如下：幅频特性相频特性（2）实验方法设有两个正弦信号：若以)(y tω为纵轴，而以tω作为参变量，则随tω的变xω为横轴，以)(t化，)(y tω?所确定的点的轨迹，将在 x--y平面上描绘出一条封闭的xω和)(t曲线（通常是一个椭圆）。
这就是所谓“李沙育图形”。
由李沙育图形可求出Xm ，Ym，φ，四．实验步骤（1）根据前面的实验步骤点击实验七、控制系统频率特性测试菜单。
（2）首先确定被测对象模型的传递函数, 预先设置好参数T1、T2、ξ、K（3）设置好各项参数后，开始仿真分析，首先做幅频测试，按所得的频率范围由低到高，及ω由小到大慢慢改变，特别是在转折频率处更应该多取几个点五.数据处理（一）第一种处理方法：（1）得表格如下：（2）作图如下：（二）第二种方法：由实验模型即，由实验设置模型根据理论计算结果绘制bode图，绘制Bode图。
（三）误差分析两图形的大体趋势一直，从而验证了理论的正确性。
在拐点处有一定的差距，在某些点处也存在较大的误差。
分析：（1）在读取数据上存在较大的误差，而使得理论结果和实验结果之间存在。
（2）在数值应选取上太合适，而使得所画出的bode图形之间存在较大的差距。
（3）在实验计算相角和幅值方面本来就存在着近似，从而使得误差存在，而使得两个图形之间有差异六.思考讨论（1）是否可以用“李沙育”图形同时测量幅频特性和想频特性答：可以。
在实验过程中一个频率可同时记录2Xm，2Ym，2y0。
（2）讨论用“李沙育图形”测量频率特性的精度，即误差分析（说明误差的主要来源）答：用“李沙育图形”测量频率特性的精度从上面的分析处理上也可以看出是比较高的，但是在实验结果和理论的结果之间还是存在一定的差距，这些误差主要来自于从“李沙育图形”上读取数据的时候存在的误差，也可能是计算机精度方面的误差。
实验报告三_频率特性测量
实验报告课程名称： 自动控制理论实验 指导老师： 吴越 成绩： 实验名称： 频率特性测量 实验类型： 同组学生姓名： 鲍婷婷一、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1. 掌握用超低频信号发生器和示波器测定系统或环节频率特性的方法；2. 了解用TD4010型频率响应分析测试仪测定系统或环节的频率特性方法。
二、主要仪器设备1.超低频信号发生器2.电子模拟实验装置3.超低频慢扫描示波器三、实验步骤1．测量微分积分环节的频率特性；(1)相频特性相频特性的测试线路如图4-3-1所示，其中R 1=10k Ω、C 1=1uF 、R 2=2k Ω、C 2=50uF 。
测量时，示波器的扫描旋钮指向X-Y 档。
把超低频信号发生器的正弦信号同时送入被测系统和X 轴，被测系统的输出信号送入示波器Y 轴，此时在示波器上可得到一李沙育图形。
然后将椭圆移至示波器屏幕中间，椭圆与X 轴两交点的间的距离即为2X 0，将Y 输入接地，此时得到的延X 轴光线长度即为2X m ，因此求得θ=sin -1 (2X 0/2X m )，变化输入信号频率ω(rad/s)，即可得到一组θ(ω)。
测量时必须注意椭圆光点的转动方向，以判别相频特性是超前还是迟后。
当系统或环节的相频特性是迟后时，光点为逆时针转动；反之超前时，光点为顺时针转动。
测试时，ω取值应匀称，否则会影响曲线的准确度。
(2) 幅频特性：示波器选择停止扫描档，超低频信号发生的正弦信号同时送入X 轴和被测系统；被测环节的输出信号仍送入Y 轴；分别将X 通道和Y 通道接地，示波器上出现的两条光线对应的两条光线长度为2X m 、2Y m ，改变频率ω，则可得一组L(ω)。
专业： 电子信息技术及仪器 姓名： 杨泽兰学号： 3120102007 日期： 2014-5-24 地点： 玉泉教二-104装订线超低频信号发生器示波器C 1C 2R 1R 2微分积分环节YX u i u o2. 测量二阶系统的闭环幅频特性：二阶系统的方框图如右图所示。
频率特性测试_实验报告
频率特性测试_实验报告
实验名称：频率特性测试
实验目的：
1. 掌握频率特性测试的原理和方法。
2. 学习使用示波器进行频率特性测试。
3. 了解放大器的频率响应特性。
实验器材：
1. 示波器
2. 双极性电容
3. 电阻器
4. 信号发生器
5. 放大器
实验原理：
频率特性测试一般用于测试电路、放大器和滤波器等的频率响应特性。
在示波器的帮助下，我们可以通过使用信号发生器生成一个带有不同频率的正弦波进行测试，在不同的频率下测量放大器输出的电压，这样就可以分析出放大器的频率响应特性。
实验步骤：
1. 将信号发生器连接到放大器的输入端，将放大器的输出端连
接到示波器的通道1输入端。
2. 在信号发生器上设置正弦波频率为多个不同的值，例如
100Hz、1kHz、10kHz。
3. 在示波器上设置通道1为AC耦合并调整垂直调节和水平调节，使正弦波信号在屏幕上呈现符合要求的波形。
4. 记录示波器上显示的放大器输出电压，并将记录的数值制成表格，便于后续分析。
实验结果分析：
通过实验数据，我们可以绘制出放大器的幅频响应曲线，以表现放大器在不同频率下的增益特性。
在典型的幅频响应曲线中，我们会发现放大器的增益在低频时趋于平稳，在中频时达到峰值，在高频时进行了急剧的下降。
实验结论：
频率特性测试是一项非常常见的测试方法，适用于测试放大器、滤波器和其它电路的频率响应特性。
通过本次实验，我们学习了使用示波器进行频率特性测试的方法和技巧，掌握了测试和分析放大器幅频响应曲线的能力，为后续电路设计和优化提供了有力的支持。
实验四 系统频率特性测量
实验四系统频率特性测量一、实验目的1、加深了解系统及元件频率特性的物理概念。
2、掌握系统及元件频率特性的测量方法。
二、实验设备1、D1CE-AT-∏型自动控制系统实验箱一台2、带串口计算机一台3、RS232串口线三、实验原理及电路1、被测系统的方块图及原理:系统(或环节)的频率特性G(jω)是一个复变量，可以表示成以角频率3为参数的幅值和相角:G(M=IG(%)I∕G(网本实验应用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特牲。
图4-1所示系统的开环频率特性为:B(jω)B(ιω)B(jω)G3)GR3)H(j3)=叼舟I/追采用对数幅频特牲和相频特性表示，则式(4-2)表示为:(4—1) (4-2)图4-1被测系统方块图2。
IgGG3)G∕)Hg)H。
啕需I=2(Hg1BG3-2(Hg1EG3)I (4—3) C⅛Gω)G<jω)HGω)=/*线=∕BQω)-EGω)(4-4)E(j3)将频率特性测试仪内信号发生器产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化，并施加于被测系统的输人端Et)］,然后分别测量相应的反馈信号［b⑴］和误差信号［e(t)］的对数幅值和相位。
频率特性测试仪测试数据经相关运算器后在显示器中显示。
根据式(4—3)和式(4—4)分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位，在半对数座标纸上作出实验曲线：开环对数幅频曲线和相频曲线。
根据实验开环对数幅频曲线画出开环对数幅频曲线的渐近线，再根据渐近线的斜率和转角频确定频率特性(或传递函数)。
所确定的频率特性(或传递函数)的正确性可以由测量的相频曲线来检验，对最小相位系统而言，实际测量所得的相频曲线必须与由确定的频率特性(或传递函数)所画出的理论相频曲线在一定程度上相符，如果测量所得的相位在高频(相对于转角频率)时不等于一900(q—p)［式中P和q分别表示传递函数分子和分母的阶次］，那么，频率特性(或传递函数)必定是一个非最小相位系统的频率特性。
电路频率特性的测量技术
• 模拟式频谱仪与数字式频谱仪
模 拟 式 频 谱 仪 ： 以 扫 描式为基础构成，采用 滤波器或混频器将被分 析信号中各频率分量逐 一分离。所有早期的频 谱仪几乎都属于模拟滤 波式或超外差结构，并 被沿用至今。
数字式频谱仪：非扫描 式，以数字滤波器或FFT 变换为基础构成。精度高、 性能灵活，但受到数字系 统工作频率的限制。目前 单纯的数字式频谱仪一般 用于低频段的实时分析， 尚达不到宽频带高精度频 谱分析。
• 广义上，信号频谱是指组成信号的全部频率分量 的总集；狭义上，一般的频谱测量中常将随频率 变化的幅度谱称为频谱。
• 频谱测量：在频域内测量信号的各频率分量，以 获得信号的多种参数。频谱测量的基础是付里叶 变换。
• 频谱的两种基本类型 – 离散频谱（线状谱），各条谱线分别代表，可视为谱线间隔无穷小，如非周期 信号和各种随机噪声的频谱。
第6章 电路频率特性的测量技术
.
引言
频域中的两个基本测量问题
信号的频谱分析：可由频谱分析仪完成 线性系统频率特性的测量：可由网络分析仪完成
• 什么是线性系统的频率特性？
正弦信号
稳态响应
线性网络
H(jω)：频率响应 或频率特性
幅度|H(jω)|：幅频特性 相位φ(ω) ：相频特性
.
6.1 频率特性的特点
.
➢ 频率分辨率（Resolution）
表征了将最靠近的两个相邻频谱分量分辨出来 的能力。主要由中频滤波器的带宽（即RBW）决定， 但最小分辨率还受本振频率稳定度的影响。
对滤波式频谱分析仪而言，中频滤波器的3dB 带宽决定了可区分的两个等幅信号的最小频率间隔。 如果区分不等幅信号，分辨率就与滤波器的形状因 子有关。
.
频率特性测量
幅频特性是重要的传输特性。
其曲线可以直观地反映出滤波器对不同频率的衰减程度。
传统的幅频特性测量方法是在一系列规定的频率点上，逐点测量网络增益，从而确定幅频特性曲线，本文将采用单片机控制可编程滤波器实现低通幅频特性测试原理，它的中心思想就是构建一个通用化的硬件平台，根据不同要求，只需升级或改变控制程序就可完成多种功能。
随着MOS工艺的迅速发展，由美信公司(MAXIM)生产的可编程滤波器芯片MAX262可以通过编程对各种低频信号实现低通、高通、带通、带阻以及全通滤波处理，而且滤波的特性参数如中心频率、品质因数等都可以通过编程进行设置。
这就避免了传统的有源滤波电路需要较大的电容和精确的RC时间常数而且设计和调试都比较麻烦的难题。
该器件是一种高精度可编程控制的通用滤波器，可以很好地满足这一需要。
一、系统设计思路及主要功能模块根据幅频特性测试仪的特点，在设计时主要考虑结构的轻便，输出的测试信号精确、可程控，能自动进行数据采集，数据处理准确而快速，以及显示直观等方面。
主控采用了Atmel公司的89C52单片机。
此系列单片机已有许多成功的应用，保证了系统运行的稳定性。
滤波器是此系统中极为重要的器件，需要能够改变滤波器的模式和参数以实现程控、自动功能。
对可编程滤波芯片MAX263的中心频率以及品质因数进行设置。
可方便选择带通、高通、低通、带阻和全通滤波模式。
整个系统的设计思路可概括为采用DDS技术产生可变时钟频率和扫频信号源，可变时钟频率改变滤波器截止频率，实现滤波器带宽可调，扫频信号经过滤波器，并通过有效值测量电路，实现幅频特性的测试和显示，以达到系统性能指标要求，工作可靠，用户界面友好。
幅频特性测试系统的主要功能模块包括单片机外围电路、DDS外围电路、程控滤波电路、有效值测量电路、ADC转换电路。
见系统结构框图1。
二、硬件电路(一)扫频信号发生电路AD9850内部包括可编程DDS系统、高性能DAC及高速比较器，能实现全数字编程控制的频率合成器和时钟发生器。
自动控制原理实验报告 (频率特性测试)
自动控制原理实验报告（三）
频率特性测试
一．实验目的
1．了解线性系统频率特性的基本概念。
2．了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（波德图）的构造及绘制方法。
二．实验内容及步骤
被测系统是一阶惯性的模拟电路图见图3-2-1，观测被测系统的幅频特性和相频特性，填入实验报告。
本实验将正弦波发生器（B4）单元的正弦波加于被测系统的输入端，用虚拟示波器观测被测系统的幅频特性和相频特性，了解各种正弦波输入频率的被测系统的幅频特性和相频特性。
图3-2-1 被测系统的模拟电路图
实验步骤：
（1）将函数发生器（B5）单元的正弦波输出作为系统输入。
（2）构造模拟电路。
三．实验记录：
ω
ω=1
ω=1.6
ω=3.2
ω=4.5
ω=6.4
ω=8
ω=9.6
ω=16
实验分析：
实验中，一阶惯性环节的幅频特性)(ωL ，相频特性)(ωϕ随着输入频率的变化而变化。
惯性环节的时间常数T 是表征响应特性的唯一参数，系统时间常数越小，输出相应上升的越快，同时系统的调节时间越小。
频率特性的测量实验报告
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.。
频率特性测试实验报告
频率特性测试实验报告频率特性测试实验报告摘要：本实验旨在通过频率特性测试，研究和分析不同电路元件和电子设备在不同频率下的响应特性。
通过实验数据的收集和处理，我们可以了解电路的频率响应、频率特性以及其在不同频率下的性能表现。
实验结果显示，在不同频率下，电路元件和电子设备的频率响应存在差异，这对于电路设计和信号处理具有重要意义。
引言：频率特性是指电路或电子设备在不同频率下的响应能力。
了解电路在不同频率下的性能表现，对于电路设计、信号处理和通信系统的优化具有重要意义。
通过频率特性测试，我们可以分析电路的频率响应、幅频特性和相频特性，从而更好地了解电路的工作原理和性能。
实验方法：1. 实验仪器和设备：本实验使用了函数发生器、示波器、电阻、电容、电感等实验仪器和设备。
2. 实验步骤：（1）连接电路：根据实验要求，连接电路并确保电路连接正确。
（2）设置函数发生器：根据实验要求，设置函数发生器的频率和幅度。
（3）测量电压和相位：使用示波器测量电路中的电压和相位差。
（4）记录实验数据：根据实验要求，记录不同频率下的电压和相位差数据。
（5）数据处理：根据实验数据，绘制幅频特性曲线和相频特性曲线，分析电路的频率响应特性。
实验结果与分析：通过实验数据的收集和处理，我们得到了电路在不同频率下的电压和相位差数据，并绘制了幅频特性曲线和相频特性曲线。
实验结果显示，在低频率下，电路的幅频特性较为平缓，而在高频率下，幅频特性逐渐下降。
相位差随频率的变化呈现出一定的规律，这与电路元件的特性有关。
通过对实验结果的分析，我们可以进一步了解电路的频率响应特性。
实验应用：频率特性测试在电路设计、信号处理和通信系统中具有广泛的应用。
通过了解电路在不同频率下的响应特性，我们可以优化电路设计，提高信号处理的效果，以及改进通信系统的性能。
例如，在音频放大器设计中，对于不同频率的音频信号，需要了解放大器的频率响应特性，以保证音频信号的传输质量。
另外，在无线通信系统中，了解天线的频率特性，可以优化天线设计，提高信号的传输距离和稳定性。
频率特性的测量实验报告
频率特性的测量实验报告一、实验目的频率特性是系统在正弦输入信号作用下，稳态输出与输入的幅值比和相位差随频率变化的关系。
本次实验的目的是通过测量系统的频率特性，深入理解系统的性能和特性，掌握频率特性的测量方法和数据分析处理技巧。
二、实验原理1、频率特性的定义系统的频率特性可以表示为幅频特性和相频特性。
幅频特性是输出信号与输入信号的幅值比随频率的变化关系，相频特性是输出信号与输入信号的相位差随频率的变化关系。
2、测量方法本次实验采用扫频法测量系统的频率特性。
扫频法是通过改变输入正弦信号的频率，同时测量输出信号的幅值和相位，从而得到系统的频率特性。
三、实验设备1、信号发生器用于产生不同频率的正弦输入信号。
2、示波器用于测量输入和输出信号的幅值和相位。
3、被测系统本次实验中的被测系统为一个无源 RC 网络。
四、实验步骤1、按照实验电路图连接好实验设备，确保连接正确无误。
2、打开信号发生器，设置起始频率、终止频率和频率步长，产生扫频正弦信号。
3、在示波器上同时观察输入和输出信号的波形，调整示波器的参数，使波形清晰稳定。
4、测量不同频率下输出信号的幅值和相位，并记录下来。
5、改变输入信号的频率，重复步骤 4，直到完成整个频率范围内的测量。
五、实验数据及处理以下是本次实验测量得到的数据：｜频率（Hz）｜幅值比|相位差（度）｜｜｜｜｜｜100|0707|－45|｜200|05|－634|｜300|0316|－716|｜400|0224|－760|｜500|0177|－787|｜600|0141|－813|｜700|0114|－832|｜800|0093|－848|｜900|0077|－861|｜1000|0064|－871|根据实验数据，绘制幅频特性曲线和相频特性曲线：1、幅频特性曲线以频率为横坐标，幅值比为纵坐标，绘制幅频特性曲线。
从曲线中可以看出，随着频率的增加，幅值比逐渐减小，表明系统对高频信号的衰减作用增强。
实验四典型环节和系统频率特性的测量
实验四 典型环节和系统频率特性的测量一、实验目的1．了解典型环节和系统的频率特性曲线的测试方法；2．根据实验求得的频率特性曲线求取相应的传递函数。
二、实验设备同实验一三、实验内容1．惯性环节的频率特性测试；2．二阶系统频率特性测试；3．无源滞后—超前校正网络的频率特性测试；4．由实验测得的频率特性曲线，求取相应的传递函数；5．用软件仿真的方法，求取惯性环节和二阶系统的频率特性。
四、实验原理设G(S)为一最小相位系统（环节）的传递函数。
如在它的输入端施加一幅值为Xm 、频率为ω的正弦信号，则系统的稳态输出为 )sin()()sin(ϕωωϕω+=+=t j G Xm t Y y m ①由式①得出系统输出，输入信号的幅值比 )()(ωωj G Xmj G Xm Xm Ym == ② 显然，)(ωj G 是输入X(t)频率的函数，故称其为幅频特性。
如用db （分贝）表示幅频值的大小，则式②可改写为XmYm j G Lg L lg 20)(20)(==ωω ③ 在实验时，只需改变输入信号频率ω的大小（幅值不变），就能测得相应输出信号的幅值Ym ，代入上式，就可计算出该频率下的对数幅频值。
根据实验作出被测系统(环节)的对数幅频曲线，就能对该系统（环节）的数学模型作出估计。
关于被测环节和系统的模拟电路图，请参见附录。
五、实验步骤1.熟悉实验箱上的“低频信号发生器”，掌握改变正弦波信号幅值和频率的方法。
利用实验箱上的模拟电路单元，设计一个惯性环节（可参考本实验附录的图4-4）的模拟电路。
电路接线无误检查后,接通实验装置的总电源，将直流稳压电源接入实验箱。
2.惯性环节频率特性曲线的测试把“低频函数信号发生器”的输出端与惯性环节的输入端相连，当“低频函数信号发生器”输出一个幅值恒定的正弦信号时，用示波器观测该环节的输入与输出波形的幅值，随着正弦信号频率的不断改变，可测得不同频率时惯性环节输出的增益和相位（可用“李沙育”图形），从而画出环节的频率特性。
实验三 典型环节(或系统)的频率特性测量
实验三 典型环节（或系统）的频率特性测量一．实验目的1．学习和掌握测量典型环节（或系统）频率特性曲线的方法和技能。
2．学习根据实验所得频率特性曲线求取传递函数的方法。
二．实验内容1．用实验方法完成一阶惯性环节的频率特性曲线测试。
2．用实验方法完成典型二阶系统开环频率特性曲线的测试。
3．用软件仿真方法求取一阶惯性环节频率特性和典型二阶系统开环频率特性，并与实验所得结果比较。
三、实验原理及说明1．实验用一阶惯性环节传递函数参数、电路设计及其幅相频率特性曲线：对于1)(+=Ts Ks G 的一阶惯性环节，其幅相频率特性曲线是一个半圆，见图3.1。
取ωj s =代入，得)()(1)(ωϕωωωj e r T j Kj G =+=(3-2-1)在实验所得特性曲线上，从半园的直径(0)r ，可得到环节的放大倍数K ，K ＝(0)r 。
在特性曲线上取一点k ω，可以确定环节的时间常数T ，kk tg T ωωϕ)(-=。
(3-2-2)实验用一阶惯性环节传递函数为12.01)(+=s s G ，其中参数为R 0=200K Ω，R 1＝200K Ω，C＝1uF ，参数根据实验要求可以自行搭配，其模拟电路设计参阅下图3.2。
在进行实验连线之前，先将U13单元输入端的100K 可调电阻顺时针旋转到底（即调至最大），使输入电阻R 0的总阻值为200K;其中，R1、C1在U13单元模块上。
U8单元为反相器单元，将U8单元输入端的10K 可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R 的总值为10K;注明：所有运放单元的+端所接的100K 、10K 电阻均已经内部接好，实验时不需外接。
图3.22．实验用典型二阶系统开环传递函数参数、电路设计及其幅相频率特性曲线：对于由两个惯性环节组成的二阶系统，其开环传递函数为12)1)(1()(2221++=++=Ts s T Ks T s T K s G ξ )1(≥ξ 令上式中 s j ω=，可以得到对应的频率特性 )(22)(12)(ωϕωωξωωj e r T j T Kj G =++-=二阶系统开环传递函数的幅相频率特性曲线，如图所示。
自动控制原理实验四_系统频率特性的测试
东南大学自动控制实验室实验报告课程名称：自动控制原理实验实验名称：系统频率特性的测试院〔系〕：自动化学院专业：自动化**：**：实验室：实验组别：同组人员：实验时间：2021/11/24评定成绩：审阅教师：目录一．实验目的和要求2二．实验原理2三．实验方案与实验步骤3四．实验设备与器材配置4五．实验记录4六．实验分析4七．预习与答复5八．实验结论5一．实验目的和要求实验目的：〔1〕明确测量幅频和相频特性曲线的意义〔2〕掌握幅频曲线和相频特性曲线的测量方法〔3〕利用幅频曲线求出系统的传递函数报告要求：〔1〕画出系统的实际幅度频率特性曲线、相位频率特性曲线，并将实际幅度频率特性曲线转换成折线式Bode图，并利用拐点在Bode图上求出系统的传递函数。
〔2〕用文字简洁表达利用频率特性曲线求取系统传递函数的步骤方法。
〔3〕利用上表作出Nyquist图。
〔4〕实验求出的系统模型和电路理论值有误差，为什么.如何减小误差.〔5〕实验数据借助Matlab作图，求系统参数。
二．实验原理在设计控制系统时，首先要建立系统的数学模型，而建立系统的数学模型是控制系统设计的前提和难点。
建模一般有机理建模和辨识建模两种方法。
机理建模就是根据系统的物理关系式，推导出系统的数学模型。
辨识建模主要是人工或计算机通过实验来建立系统数学模型。
两种方法在实际的控制系统设计中，常常是互补运用的。
辨识建模又有多种方法。
本实验采用开环频率特性测试方法，确定系统传递函数，俗称频域法。
还有时域法等。
准确的系统建模是很困难的，要用反复屡次，模型还不一定建准。
模型只取主要局部，而不是全部参数。
另外，利用系统的频率特性可用来分析和设计控制系统，用Bode图设计控制系统就是其中一种。
幅频特性就是输出幅度随频率的变化与输入幅度之比，即，测幅频特性时，改变正弦信号源的频率测出输入信号的幅值或峰峰值和输输出信号的幅值或峰峰值测相频有两种方法：〔1〕双踪信号比较法：将正弦信号接系统输入端，同时用双踪示波器的Y1和Y2测量系统的输入端和输出端两个正弦波，示波器触发正确的话，可看到两个不同相位的正弦波，测出波形的周期T和相位差Δt，则相位差。
声学中的声谱分析与频率特性测量
声学中的声谱分析与频率特性测量声谱分析与频率特性测量是声学领域中的重要研究内容之一。
通过对声音的频谱进行分析，可以深入了解声音信号的特性，从而在音频处理、语音识别、音乐合成等方面应用。
本文将介绍声学中的声谱分析以及频率特性测量的原理和方法。
声谱分析是研究声音频谱结构和声音特性的一种方法。
声音信号可以通过傅里叶变换将其从时域转换到频域，得到声音频谱。
声音频谱可以反映声音信号中各频率成分的振幅和相位信息。
通过声谱分析，可以了解声音信号的基频、谐波分布、共振峰等特性。
频率特性测量是研究声音信号频率特性的一种方法。
常用的频率特性测量方法包括频率响应测量、频谱分析、泄漏量测量等。
频率响应测量是通过输入不同频率的信号，测量输出信号的振幅和相位响应来确定系统的频率特性。
频谱分析则是通过对输入信号进行傅里叶变换，获得信号的频谱信息，从而分析声音信号的频率特性。
而泄漏量测量是一种用于分析音响设备中的泄漏问题的方法，通过测量声音泄漏的程度来评估设备的安全性和性能。
在实际应用中，声谱分析和频率特性测量有着广泛的用途。
在音频处理领域，声谱分析可以用于音频降噪、音频特效处理，通过了解声音信号的频谱结构，实现对音频的准确分析和处理。
在语音识别领域，声谱分析可以用于语音特征提取，通过分析声音信号的频谱特性，提取出语音信号中的关键特征，进而实现语音的自动识别和理解。
在音乐合成领域，声谱分析可以用于合成新的音乐，通过对音乐信号的频谱结构进行分析，提取出各种音色的特征，从而实现对音乐的再创作和合成。
在频率特性测量方面，其应用也非常广泛。
例如，频率响应测量可以用于音响系统的设计和调试，通过测量音响系统的频率响应，优化系统的声音效果。
频谱分析则可以用于音频设备的测试和校准，通过对音频信号的频谱进行分析，确定设备的工作状态和性能。
而泄漏量测量则可以用于工业设备的检测和评估，通过测量设备的泄漏量，判断设备是否存在漏气或泄漏的问题。
总之，声谱分析与频率特性测量是声学领域中的重要研究内容。
频率特性的测量实验报告
频率特性的测量实验报告频率特性的测量实验报告引言：频率特性是电子设备和电路的重要性能指标之一，对于信号的传输、滤波、放大等应用起到关键作用。
本实验旨在通过实际测量，探究不同电路元件和电子设备在不同频率下的响应特性，以便更好地理解和应用频率特性。
实验一：RC电路的频率特性在本实验中，我们选择了一个简单的RC电路作为研究对象。
首先，我们使用函数发生器产生不同频率的正弦信号作为输入信号，然后通过示波器测量电路中的电压响应。
实验结果显示，当频率较低时，电路对输入信号的响应较强，但随着频率的增加，电路的响应逐渐减弱。
通过测量得到的幅频响应曲线，我们可以清晰地观察到截止频率的存在，这个频率点上电路的响应下降到-3dB。
实验二：LC电路的频率特性接下来，我们将研究LC电路的频率特性。
通过改变电感和电容的数值，我们可以调整电路的共振频率。
在实验中，我们使用函数发生器产生一系列频率的正弦信号，并测量电路中的电压响应。
实验结果表明，当输入信号的频率等于电路的共振频率时，电路的响应达到最大值。
而在共振频率附近，电路的响应曲线呈现出明显的谐振特性。
此外，我们还观察到在共振频率之上和之下，电路的响应逐渐减弱。
实验三：放大器的频率特性在实际应用中，放大器是非常常见的电子设备。
我们选择了一个简单的放大器电路，通过测量其频率特性，来了解放大器对不同频率信号的放大效果。
实验中，我们使用函数发生器产生一系列频率的正弦信号，并将其输入到放大器电路中。
通过测量输出信号的幅度和相位，我们可以绘制出放大器的幅频响应和相频响应曲线。
实验结果显示，放大器对不同频率的信号具有不同的放大倍数和相位延迟。
在特定频率范围内，放大器的增益较为稳定，而在截止频率附近，放大器的增益开始下降。
结论：通过本次实验，我们深入了解了不同电路元件和电子设备在不同频率下的响应特性。
我们发现，随着频率的增加，电路的响应会发生明显的变化，这对于电子设备的设计和应用具有重要意义。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
P．2
实验名称： 实验三 频率特性的测量 姓名： xxx 学号： xxx
L(ω)—原系统的对数幅频特性； Ld(ω)—校正后期望对数幅频特性； Lc(ω)—校正装置对数幅频特性； 上式表明，给出期望对数幅频特性和原系统的对数幅频特性后，就可得到校正装置 的对数幅频特性。可见这种方法的关键是如何绘制期望对数幅频特性。 2．有源校正装置 （1）迟后—超前校正； 由运算放大器及阻容网络组成，其线路及幅频特性如图 4-5-2 所示。
式中
（a）线路图 图 4-5-2 迟后—超前校正 其传递涵数为 G c ( s )
K ( 1 s 1 )( 2 s 1 ) ( T 1 s 1 )( T 2 s 1 )
（b）幅频特性
装 订 线
式中： T 1 R 1 C 1 T 2 ( R 2 R 20 ) C 2
校正环节的波特图
P．10
实验名称： 实验三 频率特性的测量 姓名： xxx 学号： xxx
将两个系统函数的波特图画在一张图上：
g=tf(100,conv([1,0],conv([0.1,1],[0.02,1]))) margin(g) hold on g1=tf(conv([0,100],[0.2,1]),conv([1,0],conv([1,1],conv([0.02,1],[0.02,1])))) margin(g1)
1 ( R 1 R 10 ) C 1
2
R 2C
2
K
R 20 R 10
（2）迟后校正 线路图和幅频特性如图 4-5-3 所示。
（a）线路图 图 4-5-3 迟后校正装置 其传递函数为
G c (s) K (T 1 s 1) (T 2 s 1)
（b）幅频特性
（
T 2 T1
P．13
实验名称： 实验三 频率特性的测量 姓名： xxx 学号： xxx
只有衰减。 有源校正网络：阻容电路+线性集成运算放大器 优点：带有放大器，增益可调，使用方便灵活。 缺点：特性容易漂移。 4．根据电子模拟装置设计一斜率可调的斜坡信号，有哪几种方法可调节信号斜率? 阶跃信号经过积分环节后，就可以形成斜坡信号，斜率即为积分环节的时间常数，时间 常数由积分环节的电阻和电容的乘积决定，因此可以通过调节积分环节的电阻或者电容来调 节信号斜率。 实验心得： 这次试验的内容是线性系统串联校正的模拟研究，主要通过比较未校正系统和校正系统 的稳定性及阶跃响应来培养我们设计控制系统的基本素养，对应课本内容为书上第六章。这 次实验相对前几次来说，在硬件调试上有很大难度，因为实验设备的问题，不能很快调出波 形，并且整个实验过程达到稳定的过渡过程只在阶跃信号刚加上去几秒钟以内有，捕捉难度 很大。当然我还是坚持用不到 2 个小时的时间和其他同学的合作下完成了这次实验，也测得 比较好的实验波形。最后，在做理论仿真的时候，我最先使用了 multsim，发现这个软件仿 真时间很长，如果电脑运行比较慢的话，会更长。所以我建议实验 pispice 这个软件，它的 波形是一次性出来，可能效果会好很多。当然因为这里已经知道了系统的传递函数，所以我 这里使用的是 matlab 仿真。通过这次实验，我对系统校正有了一个新的认识，对系统的设计 也有了更深的了解。
C1 1µF R4
C3 0.1µF R6 200kΩ
7 1 5
C2 1µF
100kΩ
5
R1 10kΩ V1 10V -0V 0.1Hz
U1
6
7
1
U2
6
U3
6
7
1
5
U4
6
3
R3 100kΩ
3
R5
3
R7 1MΩ
3
2 4
2 4
200kΩ 2 741 R9 10kΩ
5 4
2 4
741
741
741
R10 10kΩ -15V
4
R1 100kΩ
3
R4 100kΩ
7 1 5
订 线
U1
6
2
741
6．设计一迟后校正装置，并记录系统的阶跃响应。
P．6
实验名称： 实验三 频率特性的测量 姓名： xxx 学号： xxx
五、实验数据记录和处理 记录的波形是： 1、当系统校正以前：
电路图为：
VCC 15V R2 1MΩ
7 1 5
装 订 线
C5 1µF C4 1µF R13 100kΩ R15 100kΩ
4
R12 100kΩ
IN
XBP1
OUT
R11 100kΩ
3
R14 100kΩ
7 1 5
U6
6
2
741
P．8
实验名称： 实验三 频率特性的测量 姓名： xxx 学号： xxx
装 订
六、实验结果与分析（必填）
线
通过 matlab 仿真： g=tf(100,conv([1,0],conv([0.1,1],[0.02,1]))) margin(g) g= 100 -----------------------0.002 s^3 + 0.12 s^2 + s
7 1 5
C1 1µF R4
C3 0.1µF R6 200kΩ
7 1 5
C2 1µF
100kΩ
5
U1 R3 100kΩ 741
3
7
1
U2
6
U3
6
7
1
5
U4
6
R5 200kΩ
3
R7 1MΩ
3
2 4
2 4
2 4
741
741
741
R10 10kΩ -15V
VDD
XSC1
Ext Trig + _ A + _ + B _
实验五 线性系统串联校正的模拟研究
一、 实验目的和要求（必填） 实验目的： 通过实验掌握用频率特性法分析自动控制系统的动态特性， 研究串联校正装置对系统的 校正作用并学习调试校正参数的方法。 实验要求： 1．复习系统校正的有关内容； 2．求出原系统及加入校正后系统的相位裕量和幅值裕量； 3．记录原系统及加入校正后系统的阶跃响应，并加以分析。 二、 实验内容和原理（必填） 1．按期望的对数幅频特性对系统进行串联校正 按期望对数幅频特性对系统进行串联校正，是一种既简便又有一定准确性的工程设 计方法。期望对数幅频特性是按规定的性能指标绘制的，它就是校正后系统的特性，这 种方法可以综合任何一种形式的校正装置。 因此在设计自动控制系统中， 使用范围很广。 但是只适用于最小相位系统，因为最小相位系统的对数幅频特性和相频特性之间有确定 性的关系，按幅频特性的形状就能确定瞬态响应的性能。综合的步骤举例说明如下： （1）根据规定的性能指标绘制期望对数幅频特性，并绘制原系统的对数幅频特性，如图 4-5-1 所示，实线为原系统特性 L(ω)，虚线为期望特性 Ld(ω)；
3
U1
6
7
1
U2
6
U3
6
7
1
5
U4
6
R3 100kΩ
3
R5
3
R7 1MΩ
3
订 线
2 4
2 4
200kΩ 2 741 R9 10kΩ
5 4
2 4
741
741
741
R10 10kΩ -15V
7
1
U5
6
VDD R8 10kΩ
XSC1
Ext Trig + _ A B _ + _
3
2 4
741
+
3．接好原系统的实验线路，用慢扫描示波器观察系统的阶跃输出响应，并记录系统的稳态误 差；
校正前（开环）的波特图
P．9
实验名称： 实验三 频率特性的测量 姓名： xxx 学号： xxx
g=tf(conv([0,100],[0.2,1]),conv([1,0],conv([1,1],conv([0.02,1],[0.02,1])))) margin(g)
g= 20 s + 100 -------------------------------------0.0004 s^4 + 0.0404 s^3 + 1.04 s^2 + s
专业： 姓名： 学号：
电气工程及其自动化 xxx 311xxxxxxx 玉泉教二 213
实验报告
日期：2013-12-05 20:00～22:00 地点：
课程名称： 控制理论（乙） 指导老师： xxx 成绩： 实验名称：实验五 线性系统串联校正的模拟研究 实验类型： 探索验证 同组学生姓名： 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
7
1
U5
6
VDD R8 10kΩ
XSC1
Ext Trig + _ A B _ + _
3
2 4
741
+
P．7
实验名称： 实验三 频率特性的测量 姓名： xxx 学号： xxx
2、当系统校正以后： 电路图为：
装 订 线
R1 10kΩ V1 10V -0V 0.1Hz
3 6 2 4
VCC 15V R2 1MΩ
P．4
实验名称： 实验三 频率特性的测量 姓名： xxx 学号： xxx
2．根据原系统的传递函数，设计实验线路图，并确定元件参数；
VCC 15V R2 1MΩ
7 1 5
C1 1µF R4
C3 0.1µF R6 200kΩ
7 1 5