南昌大学信号与系统实验课程7连续时间系统的模拟 本文关键词：系统，信号，南昌大学，连续，模拟
南昌大学信号与系统实验课程7连续时间系统的模拟 本文简介：南昌大学实验报告学生姓名：学号：班级：实验类型：□验证□综合■设计□创新实验日期：2011-04-23实验成绩：硬件实验三：连续时间系统的模拟(一)实验目的1，掌握学习根据给定的连续系统的传输函数，用基本运算单元组成模拟装置。(二)实验原理1,线性系统的模拟系统的模拟就是用基本运算单元组成的模拟装置
南昌大学信号与系统实验课程7连续时间系统的模拟 本文内容：
南昌大学实验报告
学生姓名：
学
号：
班级：
实验类型：□
验证
□
综合
■
设计
□
创新
实验日期：
2011-04-23
实验成绩：
硬件实验三：连续时间系统的模拟
(一)实验目的
1，掌握学习根据给定的连续系统的传输函数，用基本运算单元组成模拟装置。
(二)实验原理
1,线性系统的模拟
系统的模拟就是用基本运算单元组成的模拟装置来模拟实际的系统。这些实际的系统可以是电的或者非电的物理量系统，也可以是社会、经济和军事等非物理量系统。模拟装置可以与实际系统的内容完全不同，但是两者之间的微分方程完全相同，输入输出关系即传输函数也完全相同。模拟装置的激励和响应是电物理量，而实际系统的激励和响应不一定是电物理量，但它们之间的关系是一一对应的。所以，可以通过对模拟装置的研究来分析实际系统，最终达到在一定条件下确定最佳参数的目的。对于那些用数学手段较难处理的高阶系统来说，系统模拟就更为有效。
2,传输函数的模拟
若已知实际系统的传输函数为：
H(s)=Y(s)/F(s)=(a0*s^n+a1*s^(n-1)+.+an)/(s^n+b1*s^(n-1)+.+bn)
分子、分母同乘以s^(-n)得到：
H(s)=Y(s)/F(s)=(a0+a1*s^(-1)+.+an*s^(-n))/(1+b1*s^(-1)+.+bn*s^(-n))
式中P(s^(-1))和Q(s^(-1))分别代表分子、分母的s负幂次方多项式。因此：
Y(s)=P(s^(-1))*F(s)/Q(s^(-1))
若X=F(s)/Q(s^(-1))，则
F(s)=XQ(s^(-1))=X+b1*s^(-1)X+.+bn*s^(-n)X
X=F(s)-[b1*s^(-1)X+.+bn*s^(-n)X]
Y(s)=P(s^(-1))X=a0X+a1*s^(-1)X+.+an*s^(-n)X
根据X的表达式可以画出模拟框图。在该图的基础上画出系统的模拟框图。在
南昌大学实验报告
学生姓名：
学
号：
班级：
实验类型：□
验证
□
综合
■
设计
□
创新
实验日期：
2011-04-23
实验成绩：
连接模拟电路时，s^(-1)用积分器，-b1、-b2、-b3以及a0、a1、a2均用标量乘法器，负号可用倒相器，求和用加法器。从而画出系统的方框图求解。
(3)
实验预习内容及个人见解
1,RC低通电路的系统函数如下：
H(s)=(a^2)/(s^2+3*a*s+a^2)
其中a=1/RC,值为4170。
用基本运算单元模拟图画出RC低通电路的传输特性。在运算单元连接方式中，反相积分器的时间常数为0.24ms，实验时分别测量RC电路及其模拟装置的幅频特性，并比较两者是否一致。
Simulink系统框图如下：
正弦：
南昌大学实验报告
学生姓名：
学
号：
班级：
实验类型：□
验证
□
综合
■
设计
□
创新
实验日期：
2011-04-23
实验成绩：
产生的图形：
方波：
南昌大学实验报告
学生姓名：
学
号：
班级：
实验类型：□
验证
□
综合
■
设计
□
创新
实验日期：
2011-04-23
实验成绩：
产生图形如下：
实验测量过程的中使用RC电阻电容连接的电路得到实验数据如下：
Vi
(V)
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
f
(Hz)
100
200
300
400
460
480
500
520
550
580
600
700
Vo
(V)
4.24
2.88
2.16
1.68
1.52
1.36
1.32
1.28
1.24
1.16
1.12
0.96
f
(Hz)
800
900
1K
10K
100K
500K
Vo
(V)
0.8
0.64
0.6
0.08
0.08
0.08
南昌大学实验报告
学生姓名：
学
号：
班级：
实验类型：□
验证
□
综合
■
设计
□
创新
实验日期：
2011-04-23
实验成绩：
整理实验数据，并以log
f为横坐标，Vo/Vi为纵坐标，绘制滤波器的幅频特
性曲线。再以log
f为横坐标，Φ（ω）为纵坐标，绘制滤波器的相频特性曲线。
RC低通滤波器幅频响应曲线图如下：
同上所示是实际电容电阻的连接，而下进行使用LM324芯片连接电路图，信号发生器分别输入正弦波等信号，示波器得到相应的波形及记录幅频特性曲线数据值，然后进行对比。但是在实际连接中会出现很多问题，这也是这次实验最难的地方，我们可以发现很多时候即使是你连接正确好线路，也还是不能得到正确的波形，或者说是根本就连波形都无法出现。这会让人很头疼。于是需要使用万用表来测量电路的正确性。一步步地从一级检测，二级检测还有反馈的检测，配合示波器不断调节，便可得到良好的波形。
其实我这次实验中还是没有很好的解决加芯片的电路连接，总是不能很好的解决问题，一直到实验结束很久后留在实验室里，通过同学的帮忙，很好的解决了这个问题。然后便是记录数据，这次的不同于之前的实际器件连接，所以最好是得到比较多的实验数据才能够更好地得到波形图。
那么接着是软件方面，正如同上面所示，使用matlab绘制系统框图求得波形，得到理论值再进行对比。其实在网上还是能够查询到直接通过matlab函数编辑来绘制幅频特性曲线图等一系列图形。我认为同样可以使用这种方法进行理论的求取。
如下便是使用芯片连接后测量的数据值：
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实验类型：□
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综合
■
设计
□
创新
实验日期：
2011-05-16
实验成绩：
Vi
(V)
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
f
(Hz)
10
50
60
70
80
90
100
120
140
160
180
200
Vo
(V)
5
5
4.96
4.88
4.76
4.56
4.44
4.08
3.8
3.52
3.24
3.08
f
(Hz)
240
260
280
300
320
340
360
380
400
450
480
500
Vo
(V)
2.68
2.6
2.4
2.2
2.12
2.04
1.96
1.88
1.72
1.56
1.44
1.4
f
(Hz)
520
550
560
580
600
620
640
660
700
720
750
780
Vo
(V)
1.36
1.32
1.28
1.24
1.16
1.15
1.12
1.04
1
0.96
0.92
0.88
f
(Hz)
800
860
900
950
1K
2K
3K
4K
5K
Vo
(V)
0.84
0.8
0.76
0.72
0.64
0.24
0.16
0.12
0.08
整理实验数据，并以log
f为横坐标，Vo/Vi为纵坐标，绘制滤波器的幅频特
性曲线。再以log
f为横坐标，Φ（ω）为纵坐标，绘制滤波器的相频特性曲线。
RC低通滤波器幅频响应曲线图如下：
南昌大学实验报告
学生姓名：
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号：
班级：
实验类型：□
验证
□
综合
■
设计
□
创新
实验日期：
2011-04-23
实验成绩：
我们可以对比一下两张图的区别便可得知：使用芯片能够更好地显示出RC滤波器频谱特性曲线的特点，曲线也更加平滑。
(五)实验的学习与感想
这次的硬件实验中，在保证板上电阻、电容连接正确之后，信号发生器输入正弦信号后，示波器引出相应的波形，从而调节示波器读取实验数据，在滤波器幅频特性实验时要注意临界值附近的频率测量多次，以达到更好的效果，这样能够得到更好的幅频特性曲线，从而与理论情况相比较。就RC高通滤波器而言，达到基本稳定下来，在这附近应多进行实验测量。而我们使用LM324芯片连接电路必然是能够得到更加准确的图形，方便我们研究和对比实际电路测得数据的区别。我们要注意到的是电路的连接，而这是我们需要细心去做的。
总的来说，我们这次的硬件实验还是挺好的结束了，希望以后在实验过程中能够更加认真稳定的做好每一步。
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