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信号与系统实验三课案
实验三、连续时间系统的频率响应
一、实验目的:
1 加深对连续时间系统频率响应理解;
2 掌握借助计算机计算任意连续时间系统频率响应的方法。
二、实验原理:
连续时间系统的频率响应可以直接通过所得表达式计算,也可以通过零极点图通过用几何的方法来计算,而且通过零极点图可以迅速地判断系统的滤波特性。
根据系统函数H(s)在s平面的零、极点分布可以绘制频响特性曲线,包括幅频特性 H(jw) 曲线和相频特性?(w)曲线。这种方法的原理如下:假定,系统函数H(s)的表达式为
当收敛域含虚轴时,取s = jw,也即在s平面中,s沿虚轴从- j∞移动到+ j∞时,得到:
容易看出,频率特性取决于零、极点的分布,即取决于Zj 、Pi 的位置,而式中K是系数,对于频率特性的研究无关紧要。分母中任一因子(jw- Pi )相当于由极点 p 引向虚轴上某点 jw的一个矢量;分子中任一因子(jw-Zj)相当于由零点Zj引至虚轴上某点 jw的一个矢量。
在右图示意画出由零点Zj和极点 Pi 与 jw点连接 构成的两个矢量,图中Nj、Mi 分别表示矢量的模,ψj、θi 表示矢量的辐角(矢量与正实轴的夹角,逆时针为正)。对于任意零点Zj 、极点Pi ,相应的复数因子(矢量)都可表示为:
于是,系统函数可以改写为
当ω延虚轴移动时,各复数因子(矢量)的模和辐角都随之改变,于是得出幅频特性曲线和相频特性曲线。这种方法称为s平面几何分析。通过零极点图进行计算的方法是:
1 在S平面上标出系统的零、极点位置;
2 选择S平面的坐标原点为起始点,沿虚轴向上移动,计算此时各极点和零点与该点的膜模和夹角;
3 将所有零点的模相乘,再除以各极点的模,得到对应频率处的幅频特性的值;
4 将所有零点的幅角相加,减去各极点的幅角,得到对应频率处的相角。
三、实验内容
用 C 语言编制相应的计算程序进行计算,要求程序具有零极点输入模块,可以手工输入不同数目的零极点。
计算频率从0~5频段的频谱,计算步长为0.1,分别计算上面两个系统的幅频特性和相频特性,将所得结果用表格列出,并画出相应的幅频特性曲线和相频特性曲线。
判断所给系统的滤波特性,??于带通滤波器,计算出3dB带宽的起始频点和结束频点;对于低通或高通滤波器,计算出3dB带宽的截止或开始的频率。
四、画出系统一和系统二的零极点图
系统一 系统二
五、程序流程图和程序代码
程序流程图如下:
创建txt文件,准备写入数据定义二维数组zeros[N][2],poles[N][2]定义函数int input_poles(float poles[][2]),并返回极点个数定义函数int input_zeros(float zeros[][2]),并返回零点个数定义变量number_of_zeros,number_of_poles,f,pha定义函数show_zeros_and_zeros(),并输出零极点定义函数double fupin(float w, int z, int p, float poles[][2], float zeros[][2]);输出幅频特性定义函数double xiangpin(float w, int z, int p, float poles[][2], float zeros[][2]);输出相频特性定义函数double phase(float x, float y);输入复数的实部和虚部,输出幅角主值定义函数double xiuzheng(double x);对相频特性进行修正,不在-180度——180度范围内的幅角进行修正调用input_poles()输入极点调用input_zeros()输入零点设置循环w=0步长为0.1,终止值为5循环调用fupin()计算幅频特性调用xiangpin()计算相频特性将幅频特性和相频特性数据输入到txt文件中重复循环关闭文件结束程序
程序代码如下:
#include iostream
#include math.h
#include stdio.h
#include fstream
using namespace std;
int input_poles(float poles[][2]);
int input_zeros(float zeros[][2]);
void show_zeros_and_zeros(int z, int p, float poles[][2], float zeros[][
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