《电子测量技术》课程实验
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简单一阶电路频率响应的测量
一、
实验目的
1) 学习并熟练掌握各种仪器的操作使用方法。
2) 简单一阶电路频率响应的测试及特征阻抗的测量。
3) 《电子测量技术》课程考试，对课本知识的综合运用与考查。
二、 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。
三、
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(j ω)｜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()ϕω。
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()ϕω。
2T
τ
π⨯
当响应超前激励时为()ϕω正，当响应落后激励时为()ϕω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
()
()()j H j H j e
ϕωωω=()()()Y j H j X j ωωω=
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阻抗称为“特性阻抗”。
四、实验内容及步骤
1)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。
2)开机检查软件运行是否正常，能否识别输入信号。
3)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）
4)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。
五、实验结果及分析
1.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：
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。
2.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。
3.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：
4.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。
5.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 2 10KHz正弦信号输入时的输出
Figure 3 100KHz正弦信号输入时的输出
Figure 4 1KHz正弦信号输入时的输出频谱分析结果
Figure 5 10KHz正弦信号输入时的输出频谱分析结果
Figure 6 100 KHz正弦信号输入时的输出频谱分析结果
Figure 7 100 KHz正弦信号输入时的输出频谱分析结果
Figure 8 1 KHz三角波信号输入时的输出
Figure 9 1 0KHz三角波信号输入时的输出
Figure 10 1 KHz三角波信号输入时的输出频谱分析结果
Figure 11 10 KHz三角波信号输入时的输出频谱分析结果
Figure 12 1 KHz方波信号输入时的输出
Figure 13 10KHz方波信号输入时的输出
Figure 14 1KHz方波信号输入时的输出频谱分析结果
Figure 15 10KHz方波信号输入时的输出频谱分析结果
Figure 16 FSK信号输入时的输出
FSK信号中的f1为1KHz，f2为2KHz，信号波形为正弦波形，结果如图所示。
Figure 17 FSK信号输入时的输出频谱分析结果
Figure 18 1KHz同步信号波形
Figure 19 1 KHz同步信号的频谱分析结果
六、实验总结
这次的实验总体说来只能是基本完成了课程的要求。
虽然我是提前来到实验室整理实验器材，熟悉了器材的基本使用方法，但真正做实验时速度却非常的慢，因为这是综合实验而不是简单的基本操作。
所以以后一定要学会综合利用实验器材，设计实验思路，这样才不会半途而废。
另外，实验过程中要注意记录实验结果，不能因为实验结果出来一高兴就忘了记录结果，这样实验的意义就没有了，同时还要详细记录实验条件，这个对于实验结果的分析非常重要。
实验前的准备和实验过程、实验数据处理是一样重要的，这次的实验数据处理时没有进行误差分析，是本次实验不足的地方，另外特性阻抗也没有明确的实验结果也是令人遗憾的方面。
这次实验让我学到了很多实验器材的使用方法和设计实验的思路，我相信在后面的学习过程中我会做好实验这个环节的！。