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实验二模拟滤波器频率特性测试一、实验目的1、掌握低通无源滤波器的设计；2、学会将无源低通滤波器向带通、高通滤波器的转换；3、了解常用有源低通滤波器、高通滤器、带通滤波器、带阻滤波器的结构与特性；二、预备知识1、学习“模拟滤波器的逼近”；2、系统函数的展开方法；3、低通滤波器的结构与转换方法；预习报告中回答以下问题：1、实际中常用的滤波器电路类型有哪些，有何特点？2、有源滤波器、无源滤波器的概念，优缺点和各自的应用场合？3、绘出低通、带通、带阻、高通四种滤波器的理想频响曲线及实际频响曲线，两者有何根本区别，产生原因？三、实验原理模拟滤波器根据其通带的特征可分为：（1）低通滤波器：允许低频信号通过，将高频信号衰减；（2）高通滤波器：允许高频信号通过，将低频信号衰减；（3）带通滤波器：允许一定频带范围内的信号通过，将此频带外的信号衰减；（4）带阻滤波器：阻止某一频带范围内的信号通过，而允许此频带以外的信号衰减；各种滤波器的频响特性图：图2一1低通滤波器图2一2高通滤波器图2一3带通滤波器图2一4带阻滤波器在这四类滤波器中，又以低通滤波器最为典型，其它几种类型的滤波器均可从它转化而来。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：()()()jHjHje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。2、H(jω)可根据系统函数H(s)求得：H(jω)=H(s)︱s=jω因此，对于给定的电路可根椐S域模型先求出系统函数H(s)，再求H(jω)，然后讨论系统的频响特性。3、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()2T当响应超前激励时为()正，当响应落后激励时()为负。四、实验原理图图2一5实验电路图中：R=38kΩ，C=3900pF，红色框内为实验板上的电路。B函数发生==生生生CH1示波器RRR/2CC2CINPUTAIN1IN2OUT1OUT2GNDGND五、实验内容及步骤：将信号源CH1的信号波形调为正弦波，信号的幅度调为Vpp=10V。1、RC高通滤波器的频响特性的测量：将信号源的输出端(A)接实验板的IN1端，滤波后的信号OUT1接示波器的输入(B)。根据被测电路的参数及系统的频特性，将输入信号的频率从低到高逐次改变十次以上(幅度保持Vipp=10v)，逐个测量输出信号的峰峰值大小(Vopp)及输出信号与输入信号的相位差，并将测量数据填入表一：表一Vi(V)101010101010101010101010101010f(Hz)1502003003504004505005501000150020002500300035004000Vo(v)1.441.21.262.963.283.6044.246.607.448.008.408.728.768.88φ(ω)0.050240.037680.018840.0163280.0150720.012560.0113040.0100480.0037680.0018840.00113040.00087920.00050240.00043960.00037682．RC低通滤波器的频响特性的测量：将信号源的输出(A)接实验板的IN2，滤波后的输出信号OUT2接示波器的输入(B)。根据被测电路的参数及系统的幅频特性，将输入信号的频率从低到高逐次改变十次以上(幅度保持Vipp=10v)，逐个测量输出信号的峰峰值大小(Vopp)及Φ(ω)，并将测量数据填入表二：表二Vi(V)1010101010101010101010f(Hz)500700100012501500175020002500300035004000Vo(v)5.444.403.362.962.563.322.081.681.521.281.20φ(ω)0.0100480.0081640.0069080.0053380.004710.0040820.0037680.00301440.00276320.0025120.00226083．双TRC带阻滤波器的频响特性的测量：将实验板上的两输入端IN1与IN2短接，输出端OUT1与OUT2短接；并将信号源的输出(A)接实验板输入(IN1)或(IN2)，滤波后的输出OUT1或OUT2接示波器的输入(B)。根据被测电路的参数及系统的幅频特性，将输入信号的频率从低到高逐次改变二十次以上(幅度保持Vipp=10v)，逐个测量输出信号的峰峰值大小(Vopp)及Φ(ω)，并将测量数据填入表三：表三Vi(V)1010101010101010101010f(Hz)30501001502002503504505007501000Vo(v)8.488.487.445.924.883.842.1620.661.783.24φ(ω)0.037680.034540.03140.028260.025120.0213520.0175840.018840.0119320.0075360.005338Vi(V)10101010101010101010f(Hz)1250150017502000225025003000350040004500Vo(v)4.245.125,766.326.727.047.527.848.088.16φ(ω)0.0043960.00288880.0025120.0018840.00175840.00138160.00106760.0006280.00056520.0004396六、实验仪器：函数发生器一台，双踪示波器一台，实验板一块七、数据处理：1、整理实验数据，并以㏒f为横坐标，Vo／Vi为纵坐标，绘制三种滤波器的幅频特性曲线；以㏒f为横坐标，φ(ω)为纵坐标，绘制三种滤波器的相频特性曲线；并将测得的各滤波器的截止频率与理论值进行比较。梁的振动实验报告实验目的改变梁的边界条件，对比分析不同边界条件，梁的振动特性（频率、振型等）。对比理论计算结果与实际测量结果。正确理解边界条件对振动特性的影响。实验内容对悬臂梁、简支梁进行振动特性对比，利用锤击法测量系统模态及阻尼比等。实验原理1、固有频率的测定悬臂梁作为连续体的固有振动，其固有频率为：24(),1,2,.......rrEIlrAl其中，其一、二、三、四阶时，1.87514.69417.854810.9955.....rl、、、简支梁的固有频率为：24(),1,2,.......rrEIlrAl其中其一、二、三、四阶时，4.73007.853210.995614.1372.....rl、、、其中E为材料的弹性模量，I为梁截面的最小惯性矩，ρ为材料密度，A为梁截面积，l为梁的长度。试件梁的结构尺寸：长L=610mm,宽b=49mm,厚度h=8.84mm.材料参数：45＃钢，弹性模量E＝210(GPa),密度＝7800(Kg/m3)横截面积：A＝4.33*10-4(m2),截面惯性矩：J＝312bh=2.82*10-9(m4)则梁的各阶固有频率即可计算出。2、实验简图图1悬臂梁实验简图图2简支梁实验简图实验仪器本次实验主要采用力锤、加速度传感器、YE6251数据采集仪、计算机等。图3和图4分别为悬臂梁和简支梁的实验装置图。图5为YE6251数据采集仪。图3悬臂梁实验装置图图4简支梁实验简图图5YE6251数据采集分析系统实验步骤1:在教学装置选择中，选择结构类型为悬臂梁，如果选择等份数为17，将需要测量17个测点。2:本试验可采用多点激励，单点响应的方式，如果是划分为17等份,请将拾振点放在第5点。3:请将力锤的锤头换成尼龙头,并将力通道的低通滤波器设置为1KHz,将拾振的加速度通道的低通滤波器设置为2KHz。4:用力锤对第1点激振，对应的激励为f1,响应为1，平均3次，对应的数据为第1批数据，以此类推，测量完全部测点。5:选择教学装置模态分析和振型动画显示，调入测量数据进行分析。6：在教学装置选择中，选择结构类型为简支梁，如果选择等份数为17，将需要测量17个测点。重复2—5的步骤，得到简支梁的试验数据和结果。