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实验课指导书范文 实验一简易波形发生器目录1.简要叙述2.基本原理3.实验任务4.实验报告一简要叙述信号波形的种类繁多，常见的波形有正弦波、三角波、方波、锯齿波、阶梯波等。 对应于不同频率、幅度的波形，有不同的产生方式。 常见的波形发生方式有以下三种模拟方式、频率合成、专业芯片。 （1）模拟方式用模拟分立元件搭建电路，可产生正弦波、方波、三角波，通过调整外部元件可改变输出频率。 该方式的优点是，在低频段波形发生电路简单易懂，成本较低，易于实现。 缺点是模拟元器件参数分散性太大，对波形频率的稳定性影响很大，频率分辨率不高，且灵活性较差，不能实现任意波形以及波形的运算输出等智能化功能。 （2）数字频率合成（DDS）DDS技术以Nyquist时域采样定理为基础，在时域中进行频率合成，通过更换波形数据可以轻易实现任意波形功能，并且频率、相位、幅度都可利用单片机实现程控。 缺点是输出频率受到单片机工作频率的制约，在输出频率要求不高的场合可考虑应用。 （3）专业芯片例如，单片压控函数发生器MAX8038以及AD 9850、AD9852等专用DDS芯片，配合单片机对其进行控制，可以进行波形产生。 虽然方便快捷，但是系统的通用性不强。 本实验为了深刻理解模拟电路产生波形原理，在低频段设计了以运算放大器为基础的模拟电路波形发生装置。 模拟运放放大器产生波形的主要原理是能够搭建起稳定的振荡的电路，根据采用不同的放大器和不同的RC网络，可以组成不同原理的正弦波电路，如RC桥式振荡器、正交振荡器、移向振荡器、双T桥振荡器等。 同样放大器还能搭建出方波、三角波的电路，从而实现简易波形的产生。 实验电路板上的运算放大器为JFET输入双运算放大器TL082，相应参数如下供电电压单位增益带宽压摆率输入失调电压5V18V3MHz13V/us3mV输入失调电流输入偏置电流共模抑制比5pA30pA86dB表1.TL082部分参数二基本原理 （1）正弦波发生正弦波发生电路采用基于RC振荡器的文氏电桥电路，如图1所示为基本文氏电桥。 图1.文氏电桥正弦波发生电路其中，U1A为正弦波振荡电路，利用双联电位器R1调节正弦波的频率。 负反馈的二极管并联网络是稳幅缓解，在持续振荡时二极管表现为不完全导通状态。 U1B组成同向电压放大器，利用幅度调节电位器实现正弦波幅度的调节。 （2）方波发生电路方波发生电路同样利用RC振荡原理。 电路图如图2所示图2.方波发生电路其中U1A是方波的振荡电路，调节负反馈环节的电阻改变C3的充/放电时间常数来改变方波的频率。 利用二极管阵列使方波的幅度钳位在某个特定的值。 U1B将幅度恒定的方波进行电压放大，调节反馈电阻以实现幅度的可调。 （3）三角波发生电路三角波在以上方波发生电路的基础上，加入有源积分环节，将方波积分成为三角波。 电路图如图3所示图3.三角波发生电路U1A为有源积分器，积分常数是R12与C17的乘积。 U1B是反向电压放大器。 调节方波的频率即可改变三角波的频率，调节反向电压放大器的反馈电阻即可实现三角波幅度的调节。 三实验任务 （1）用实验电路板发生正弦波、方波、三角波三种波形，调节频率和幅度调节旋钮，在保证波形不被削顶的情况下，测量波形的频率以及峰峰值范围。 频带范围（KHz）峰峰值范围（V）正弦波方波三角波 （2）用标准函数发生器与实验电路板分别发生一个频率为10KHz和50KHz，峰峰值为5V的方波，用示波器测量（手动测量）它们的上升/下降时间以及占空比。 四实验报告1完成表格里实验数据的测试2.简要叙述正弦波、方波和三角波产生原理，并写出主要的公式推导步骤3.对本实验的建议和意见思考题1.为什么方波的频率高了以后上升沿/下降沿变得长？受运放的哪个参数影响？2.为什么在调节正弦波频率的时候正弦波的幅度会有跳动的现象？方波频率峰峰值电压上升时间下降时间占空比标准信号一10KHz5V模拟发生信号一10KHz5V标准信号二50KHz5V模拟发生信号二50KHz5V实验二滤波器传递函数模型测试实验指导书目录 1、实验目的 2、实验内容 3、实验原理及方案3.1时域测试的原理3.2时域测试与频域方法比较3.3滤波器系统原理图及响应分析 4、实验仪器及设备 5、实验步骤5.1一阶低通滤波器的传函测量5.2一阶高通滤波器的传函测量5.3二阶低通滤波器的传函测量 6、实验报告要求 7、思考题 8、附录 一、实验目的1复习并掌握时域测试的基本原理；2正确应用矩形脉冲响应法（阶跃响应法）测试通道动态特性及判别通道传递函数表达方式；3通过实验深刻了解系统传递函数的含义；4了解滤波器的时间响应特性以及时域测试与频域测试的区别；5掌握时域反求传递函数的方法。 二、实验内容1测定一阶低通滤波器的传递函数（求取增益K和时间常数T）并与理论值比较；2测定一阶高通滤波器的传递函数（求取增益K和时间常数T）并与理论值比较；3测定二阶低通滤波器的传递函数（求取增益和时间常数T1和T2）并与理论值比较。 三、实验原理及方案1时域测试的原理输入函数r(t)，输出函数c(t)，传递函数g(t)，故c(t)=r(t)*g(t)；其对应的频域上的输出为)()()(sGsRsC?=若输入为冲激函数，即R(s)=1，则C(s)=G(s)，即输出函数等于传递函数。 但实际不存在冲激函数，故用合适的阶跃函数或者方波一定程度替代（有界性）。 通常使用的测试函数为方波、阶跃，此实验选用的是方波。 通过系统得到的响应在测试后可能会因为器件的误差与标称值会不同，所以需要用matlab进行拟合，以拟合结果为准。 与传统的系统辨识反求传递函数方法相比，通过示波器进行的时域测量只有一次测试，而且准确度比较高，其他方法如扫频法精确但步骤比较繁琐，点测法精确度有限且测试过程也较繁琐。 2时域测试与频域方法比较采用时域的分析方法比较简单直接，能够直观分析电路的输入输出，以及各个测试点的波形。 但是时域分析不能确定电路对于不同频率的响应，也无法准确了解不同频率的信号对电路的干扰。 频域分析为分析频率对电路的影响提供了直接的方法，在对现代电子线路的分析中，发挥了越来越大的作用。 3滤波器系统原理图及响应分析 (1)一阶低通滤波器图4一阶低通滤波器电路图一阶低通滤波器电路图如上图4，则其传递函数为11)(+=TssG其中时间常数T=RC，设输入阶跃信号的幅度为1V，阶跃响应Ttetc?=1)(0t)，如图5，当t=T时，c(T)0.632V。 图5一阶低通滤波器阶跃响应因此，当测得输出函数上升值为幅度的63.2%所对应的时间值即为时间常数T，即可求出传递函数。 (2)一阶高通滤波器图6一阶高通滤波器电路图一阶高通滤波器电路图如上图6，则其传递函数为1)(+=TsTssG其中时间常数T=RC，设输入阶跃信号的幅度为1V，则其阶跃响应Ttetc?=)(0t)，当t=T时，c(T)0.368V。 因此，当测得输出函数下降值为幅度的36.8%所对应的时间值即为时间常数T，即可求出传递函数。 (3)二阶巴特沃斯低通滤波器图7二阶巴特沃斯低通滤波器电路图二阶巴特沃斯低通滤波器电路图如图7所示，则其传递函数)1+)(1 (1)(21+=sTsTsG其中331CRT?= 1、442CRT?=为时间常数。 设输入阶跃信号的幅度为1V，则输出函数有)()(sGssC?=，其所对应的时域函数为211221211)(TtTteTTTeTTTtc?+=在本实验中，用MATLAB的cftool工具箱对示波器导出的数据进行曲线拟合，然后拟合出曲线函数即为系统的阶跃响应曲线)(tc，然后通过)()()(trtgtc?=和)()()(sRsGsC?=得出系统的传递函数)(sG。 四、实验仪器与设备函数信号发生器（1台）、数字存储示波器（1台）、多路直流稳压电源（1台）、实验板（1块）、导线若干。 五、实验步骤1.一阶低通滤波器的传函测量首先调节直流稳压电源使其产生一个+15V和-15V直流电压，然后关闭直流稳压源，连接好输出线（注意连接方法），接在实验板的电源输入处（+15V、15V）。 打开信号发生器，产生合适方波，接线在实验板信号输入端（IN1），打开示波器电源，使示波器探针接在电路板的信号输出端（OUT1）。 确保电路连接正确后，最后打开直流稳压源电源，在一阶低通滤波器信号输入处（IN1）接方波信号。 用示波器观察输出波形。 按下示波器上的“AUTO”按钮，再仔细调节示波器及信号发生器的频率和幅值等使得示波器观察到的波形尽量有一个周期且满幅。 调整好输出波形，用U盘将波形从示波器导出。 将U盘插入电脑，导出的波形文件，将波形数据保存为txt格式，文件中的数据即为示波器满屏采样后的幅值点和时间点。 将txt中的数据信息导入到matlab中用cftool工具箱进行数据拟合，通过拟合得到输出函数，再进行运算得到传递函数。 与理论计算的传递函数作比较。 （低通滤波器拟合过程见附录）2.一阶高通滤波器的传函测量实验步骤同一阶低通。 3.二阶巴特沃斯低通滤波器传函测量实验步骤同一阶低通。 六、实验报告要求1.通过一阶低通滤波器、一阶高通滤波器、二阶低通巴特沃斯滤波器的电路原理图计算出传递函数。 2.在示波器上观察并在实验报告上附出一阶低通滤波器、一阶高通滤波器、二阶低通巴特沃斯滤波器的矩形脉冲响应图形。 3.通过矩形脉冲响应波形结合Matlab反求以上滤波器的传递函数并与电路图中计算出的传递函数作比较。 (要求写出拟合的程序，涉及的图表及详细的反求过程) 七、思考题1.不同函数类型（巴特沃斯、贝塞尔、切比雪夫等）的响应各有什么特点，相互之间有什么区别。 2.怎么从二阶或者高阶的响应波形中看出该滤波器是哪种类型、阶数以及反求传递函数。 附录MATLAB拟合步骤（举例一阶低通）1.将示波器采样出的数据分别存入两个txt文件（一个为幅值数据，一个为时间数据），将得到的txt数据保存在当前matlab工作路径下（或自己更该工作路径）；2.将两个txt文件载入matlab，如在M文件中保存并在命令框中执行以下程序load dt.txt/导入幅值数据load dt1.txt/导入时间数据i=1:999;/取全部的点plot(dt1(s),dt(s)/绘出示波器图形hold on;3.然后选取半个（或一个）周期波形的采样数据，在matlab中提取出来，进行归一化处理，如M文件中保存并在命令框中执行以下程序t=100:520;/将所取点归一化到原点plot(dt1(t),dt(t)+1.7)/将曲线向上平移到原点hold on;A=dt(t)+1.7;/创建一个Y轴的自变量，为方便后面拟合调用4.在命令框中输入cftool命令，调出拟合工具箱，点