狀態(tài)濾波器動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br>1、 了解三種狀態(tài)濾波器設(shè)計(jì)的基本原理方法及濾波范圍。
2、 了解典型信號通過各種狀態(tài)濾波器后的響應(yīng)情況。
3、 了解各種狀態(tài)濾波器特性參數(shù)變化時(shí)，典型信號輸出的變化情況。
4、 以濾波器為例掌握二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測試的二種基本方法。
1） 階躍響應(yīng)法測量低通濾波器的時(shí)域特性指標(biāo)。
2） 正弦響應(yīng)法測量低通濾波器 帶通濾波器 高通濾波器 的特性曲線。
5、熟悉信號發(fā)生器、模擬和數(shù)字示波器、 濾波器動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)儀 、電機(jī)動(dòng)平衡實(shí)
驗(yàn)儀的使用方法。
二、實(shí)驗(yàn)原理
1、實(shí)驗(yàn)所用儀器簡介及連線圖
本實(shí)驗(yàn)所用儀器有濾波器特性實(shí)驗(yàn)儀、信號發(fā)生器、示波器和動(dòng)平衡測試儀，連線方式
如圖2.1 所示。

圖2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)連接圖

信號發(fā)生器可以產(chǎn)生方波信號和正弦信號，其頻率和幅度可以任意調(diào)節(jié)；
示波器用于顯示信號的波形；動(dòng)平衡儀用于測量正弦信號的幅值和相位；（ G V 為方波基準(zhǔn)信
號，相位為IN V 相對G V 的相位）
2、濾波器特性實(shí)驗(yàn)儀如圖2.2 所示。

跟蹤濾波器前的衰減器可以由衰減開關(guān)1 來選擇，0 位對應(yīng)×1，1 位對應(yīng)×1/2。2 位
對應(yīng)×1/4，3 位對應(yīng)×1/8。
Vout 為輸出插口，對于信號點(diǎn)可以由測點(diǎn)切換開關(guān)2 來選擇。0 位對應(yīng)VIN，1 位對應(yīng)VLP，
2 位對應(yīng)VBP，3 位對應(yīng)VHP。
VG 為VLn 經(jīng)過零觸發(fā)產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號。

由于狀態(tài)濾波器為一典型二階系統(tǒng)，且不同的濾波器有不同的濾波范圍。因而當(dāng)輸入信
號的類型、頻率改變時(shí)，其輸出響應(yīng)就會(huì)變化。因而三種狀態(tài)濾波器具有各自不同的測量范
圍。同時(shí)通頻帶也會(huì)隨著三種狀態(tài)濾波器的特性參數(shù)的變化而變化。
三、實(shí)驗(yàn)方法、內(nèi)容及步驟
1、利用示波器定性觀察典型信號通過各種狀態(tài)濾波器后的響應(yīng)情況。
1）按圖2.1 連線，狀態(tài)濾波器中心頻率調(diào)至60 = 4000 n f 轉(zhuǎn)/分
2）信號發(fā)生器分別發(fā)出方波信號和正弦信號，并不斷改變輸入信號的頻率（從
f = 5Hz ? ?120Hz每隔15Hz 改變一次）。
3）通過示波器定性觀察典型信號通過各種狀態(tài)濾波器后的響應(yīng)變化情況，并得出結(jié)論。
2、利用示波器定性觀察典型二階系統(tǒng)的固有頻率、阻尼率改變時(shí)，典型信號通過各種狀
態(tài)濾波器后的響應(yīng)變化情況。
按圖2.1 連線，狀態(tài)濾波器中心頻率調(diào)至60 = 2500 3500 4000 n f 轉(zhuǎn)/分時(shí)，阻尼率
分別調(diào)至ξ = 0.3 0.7 1.0 時(shí)分別觀察狀態(tài)濾波器的響應(yīng)變化情況，并得出結(jié)論。

4、正弦響應(yīng)法測試lp V ， bp V ， hp V 的頻響曲線。
信號源選擇正弦信號輸出給跟蹤濾波器，這時(shí)輸出lp V ， bp V 和hp V 也是正弦信號，但幅
值和初相角發(fā)生了變化。用平衡儀分別測試輸入正弦信號與三種濾波器輸出信號的幅值和相
角，由此可以計(jì)算濾波器在此頻率下的幅頻特性和相頻特性。如( ) sin(2 ) 0 x x t = x πft +φ ，
( ) sin(2 ) 0 y y t = y πft +φ ，測得0 x ， x
φ
0 y ， y
φ 則
0 0 A( f ) = y x y x φ ( f ) =φ ?φ （8）
改變頻率即可測得各頻率下的幅頻和相頻特性，從而畫出幅頻特性曲線和相頻特性曲
線，儀器連線如圖2.1 所示。
實(shí)驗(yàn)步驟：
（1） 動(dòng)平衡儀輸入通道數(shù)N=99。
（2） 狀態(tài)濾波器阻尼率調(diào)至ξ = 0.7 、中心頻率調(diào)至4000 轉(zhuǎn)/分。
（3） 信號發(fā)生器輸出正弦信號，頻率從60fn=500 轉(zhuǎn)/分——6500 轉(zhuǎn)/分。
（4） 利用動(dòng)平衡測試儀測出各個(gè)頻率正弦信號輸入下，三種狀態(tài)濾波器輸入、輸出
的幅值及相位，填寫表2.1 并畫圖。
注1：平衡儀測速顯示n 60 f 即轉(zhuǎn)/分。
注2：平衡儀相角取負(fù)。
注3：平衡儀為一測試系統(tǒng)，有自身的放大率和相移，但對(8)式成立不影響。
注4： y
φ 從360o 變?yōu)樾×亢髴?yīng)加360o 。
四、實(shí)驗(yàn)要求
1、階躍輸入響應(yīng)法測二階低通濾波器特性，如圖2.3 所示。

圖2.3 二階系統(tǒng)低通濾波器的階躍響應(yīng)曲線及特性參數(shù)

2、正弦輸入響應(yīng)法測LPF，BPF，HPF 的輸出響應(yīng)填寫表2.1，并畫出三種狀態(tài)濾波器的
幅頻特性和相頻特性曲線。
表2.1 正弦響應(yīng)法測試三種狀態(tài)濾波器特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 60f= 4000

圖2.4 三種狀態(tài)濾波器幅相頻特性曲線