电子测量技术结课论文.docx

《电子测量技术》课程实验姓名： 学号：班级：指导老师： 日期： 简单一阶电路频率响应的测量实验目的学习并熟练掌握各种仪器的操作使用方法。简单一阶电路频率响应的测试及特征阻抗的测量。《电子测量技术》课程考试，对课本知识的综合运用与考查。实验器材信号发生器、示波器、万用表、电阻、电容、混合模拟示波器、PC机一台。实验原理1、系统的频率响应特性是指系统在正弦信号激励下系统的稳态响应随激励信号频率变化的情况。用矢量形式表示：其中：｜H(jω)｜为幅频特性，表示输出信号与输入信号的幅度比随输入信号频率的变化关系；φ(ω)为相频特性，表示输出信号与输入信号的相位差随输入信号频率的变化关系。在本次实验中，由于输入信号的幅度都是一样的，故利用的是输出信号幅度与输入信号频率的关系来反映电路的幅度频率响应。2、频响特性的测量可分别测量幅频特性和相频特性，幅频特性的测试采用改变激励信号的频率逐点测出响应的幅度，然后用描图法描出幅频特性曲线；相频特性的测量方法亦可改变激励信号的频率用双踪示波器逐点测出输出信号与输入信号的延时τ，根椐下面的公式推算出相位差。当响应超前激励时为正，当响应落后激励时为负。频响特性的测量可分别测量幅频特性和相频特性，幅频特性的测试采激励信号的频率逐点测出响应的幅度，然后用描图法描出幅频特性曲线；相频特性的测量方法亦可改变激励信号的频率用双踪示波器逐点测出输出信号与输入信号的延时τ，根椐下面的公式推算出相位差。当响应超前激励时为正，当响应落后激励时为负。但本次实验由于条件的限制，并没有测量电路的相频特性，重点放在了幅频特性上。3、特性阻抗：又称“特征阻抗”，它不是直流电阻，属于长线传输中的概念。在高频范围内，信号传输过程中，信号沿到达的地方，信号线和参考平面（电源或地平面）间由于电场的建立，会产生一个瞬间电流，如果传输线是各向同性的，那么只要信号在传输，就始终存在一个电流I，而如果信号的输出电平为V，在信号传输过程中，传输线就会等效成一个电阻，大小为V/I，把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗Z。信号在传输的过程中，如果传输路径上的特性阻抗发生变化，信号就会在阻抗不连续的结点产生反射。影响特性阻抗的因素有：介电常数、介质厚度、线宽、铜箔厚度。 　假设一根均匀电缆无限延伸，在发射端的在某一频率下的/view/16812.htm阻抗称为“特性阻抗”。实验内容及步骤根据下面的电路图搭接好电路，并检查各仪器是否工作正常。开机检查软件运行是否正常，能否识别输入信号。首先输入正弦信号，频率依次设为1KHz，10 KHz，100 KHz。（1 MHz的输出波形无法在PC机上显示，故放弃）；然后输入三角波信号，频率依次设为1 KHz、10 KHz；然后输入方波，频率依次设为1 KHz、10 KHz；最后输入FSK信号，其中f1为1 KHz，f2为2 KHz。对这些信号依次记录其波形及频谱分析的结果。（以上实验信号幅度均为5Vpp）从示波器输出1KHz的方波，从信号源输出1 KHz的正弦信号，进行同步分析。并记录实验结果。实验结果及分析在测量电路的幅频特性时，输入信号为等幅度的正弦信号，我们测出了不同频率下输出的波形图和频谱分析结果，下面用图片展示：（其中采样频率可以从频谱分析结果图中看出）。另外我们还测出了不同频率下的电压幅度值，得到的数值以表格形式展示如下：频率(Hz)5010020030040050060070080090010001500200025003000350040005000电压(V)2.212.031.340.970.720.610.510.450.410.350.390.07根据上述数据我利用matlab做出了电路的幅频响应图如下：由上图我们可以得出结论：该电路为低通型。我们改变了输入信号的波形，利用三角波、方波、FSK信号作为输入信号，观察并记录输出结果和频谱分析结果。从这些波形图和频谱分析结果可以看出电路是低通型的。我们在张老师的指导下，从示波器右下角输出了1KHz的方波信号作为标准信号，来同步从信号发生器输出的1KHz方波信号得到的结果如后面的图所示：通过理论计算可以得到电路的阻抗表达式为：Z=R+(R*1/jwc)/(R+1/jwc)=R+(R/1+jwcR)，其中R为电阻阻值，C为电容值，显然，特性阻抗随着电路输入信号的频率值的增加而减小。根据串联电路电压分压原理可知，这时输出的电压幅度值将随着输入信号的频率值的增加而减小，而前面的实验结果已经验证这个结果。我们用万用表测出了电阻的阻值为20千欧姆，但是电容值不能由万用表直接测出，故我们没有得到实际的电路特性阻抗理论值。以下是得到的实验结果图，每张图片都有相应的注释和题标，就不再一一解释。现在展示如下：Figure 1 1KHz正弦信号输入时的输出 Figure