频率特性测试电路

频率特性测试电路（通用8篇）

1.频率特性测试电路 篇一

实验报告

课程名称：

控制理论（乙）

指导老师：

韦巍老师的助教

成绩：_________________ 实验名称：

典型环节的电路模拟 实验类型：

控制理论实验

同组学生姓名：

则系统的转折频率为fT3.3二阶系统

1=1.66Hz 2T

由图3(Rx=100K)可得系统的传递函数和方框图为：

n15W(S)0.2S2S1S25S5S22nSn22

n5，52551.12（过阻尼）2

图3 典型二阶系统的方框图

其模拟电路图为

图4 典型二阶系统的电路图

其中Rx可调。这里可取100K(1)、10K(00.707)两个典型值。当 Rx=100K时的幅频近似图如图5所示。

图5 典型二阶系统的幅频特性(1)

3.4无源滞后—超前校正网络

其模拟电路图为

图6无源滞后—超前校正网络

其中R1=100K，R2=100K，C1=0.1UF，C2=1UF

其传递函数为

(1R2C2S)(1R1C1S)(T1S11)(T2S1)

GC(S)

(5-5)(1R2C2S)(1R1C1S)R1C2ST1T2S2(T1T2T12)S1式中

T1＝R1C1，T2＝R2C2，T12＝R1C2 将上式改为

G(S)(T1S1)(T2S1)

(5-6)(1S1)(2S1)对比式(5-5)、(5-6)得 τ1·τ2＝T1T2 τ1+τ2＝T1+T2+T12

由给定的R1、C1和R2、C2，求得T1＝0.01s，T2＝0.1s，T12＝0.1s。代入上述二式，解得τ1＝4.87×10-3s，τ2＝0.2051s。于是得

T112T22，这样式(5-6)又可改等为β

(T1S1)(T2S1)

(5-7)

T1(T2S1)(S1)G(S)其幅频的近似图如图7所示。

图7无源滞后—超前校正网络的幅频特性

四、实验设备

THBDC-2型 控制理论·计算机控制技术实验平台；PC机一台(含“THBDC-2”软件)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线。

五、实验步骤 5.1二阶系统

根据图5-7所示二阶系统的电路图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如图8所示。

（1）当RX100K时：具体步骤请参考惯性环节的相关操作，最后的终至频率2Hz即可。

（2）当RX10K时：具体步骤请参考惯性环节的相关操作，最后的终至频率5Hz即可。5.2无源滞后—超前校正网络

图8 典型二阶系统的电路图

根据图9无源滞后—超前校正网络的电路图，选择实验台上的U2通用电路单元设计并组建其模拟电路，如图10所示。

图10无源滞后—超前校正网络（电路参考单元为：U2）

具体步骤请参考惯性环节的相关操作，最后的终至频率100Hz即可。5.3根据实验存储的波形，完成实验报告。

六、数据分析与处理 6.1二阶系统

（1）当RX100K时，直接从软件获得折线图如下：

转折频率约4.7 Hz（2）当RX10K时，直接从软件获得折线图如下获得折线图如下：

谐振峰值4dB，与谐振频率6.15Hz。6.2无源滞后—超前校正网络 直接从软件获得折线图如下：

七、实验结果与分析 7.1二阶电路

（1）当RX100K时的二阶电路 电路图为：

开环传递函数：

G(S)用Matlab绘制理论波特图，其输入程序如下：

S（0.2S1)

得到的图形如下：

Bode Diagram200Magnitude(dB)Phase(deg)-20-40-60-80-90-135-18010-110010Frequency(rad/s)1102

实验值与理论值基本相符，在误差范围内。理论转折点频率应为5Hz。（2）RX10K时的二阶电路 电路图为：

此时开环传递函数为

G(S)用Matlab绘制其波特图输入程序如下：

0.1S（0.2S1)

得到的波特图如下：

Bode DiagramGm = Inf dB(at Inf rad/s), Pm = 60 deg(at 8.66 rad/s)100Magnitude(dB)Phase(deg)-10-20-30-40-500-45-90-135-18010-110010Frequency(rad/s)1102

实验值与理论值基本相符，在误差范围内。理论谐振值为3.59dB，理论谐振频率为6.146Hz。2.无源滞后—超前校正网络 其模拟电路图为

其中R1=100K，R2=100K，C1=0.1uF，C2=1uF 则其传递函数为

GC(S)(1R2C2S)(1R1C1S)(T1S11)(T2S1)

(1R2C2S)(1R1C1S)R1C2ST1T2S2(T1T2T12)S1式中

T1＝R1C1，T2＝R2C2，T12＝R1C2 将上式改为

G(S)对比式以上两式得

(T1S1)(T2S1)

(1S1)(2S1)τ1·τ2＝T1T2 τ1+τ2＝T1+T2+T12

由给定的R1、C1和R2、C2，求得T1＝0.01s，T2＝0.1s，T12＝0.1s。代入上述二式，解得τ1＝4.87×10-3s，τ2＝0.2051s。即

G(S)(0.01S1)(0.1S1)

(0.00487S1)(0.2051S1)用Matlab绘制此时的波特图，输入程序为：

得到的图形如下所示：

Bode DiagramGm = Inf , Pm =-178 deg(at 3.73e+03 rad/s)2Magnitude(dB)Phase(deg)0-2-4-620100-10-2010-***4Frequency(rad/s)

理论值与实验值基本相符，在误差允许范围内。算得曲线对应的两个转折点频率应为10Hz与100Hz。7.3 误差分析

实验实测的BODE图与利用Matlab绘制的BODE图存在一定的误差，可能原因有：（1）实验搭建的模拟电路元件存在误差，导致传递函数与理论值不符，造成测量误差。（2）实验用信号发生器的频率测量存在误差。（3）信号采样过程中存在误差。（4）波特图读取采集点时存在误差。

八、实验思考题

8.1在实验中如何选择输入正弦信号的幅值？

答：先将频率调到很大，再是信号幅值应该调节信号发生器的信号增益按钮，令示波器的显示方式为信号－时间模式，然后观测输出信号，调节频率，观察在各个频段是否失真。

8.2用示波器测试相频特性时，若把信号发生器的正弦信号送入Y轴，被测系统的输出信号送至X轴，则根据椭圆光点的转动方向，如何确定相位的超前和滞后？

答：如果输入和输出信号交换输入的话，则判断超前和滞后的方法也要反过来，即顺时针时为滞后，逆时针时为超前。

8.3根据上位机测得的Bode图的幅频特性，就能确定系统（或环节）的相频特性，试问这在什么系统时才能实现？

答： 在稳定的系统能够确定系统（或环节）的相频特性。

2.频率特性测试电路 篇二

关键词：频率特性,滤波电路,移相电路,MATLAB,电路分析课程

频率特性是交流电路分析的重要内容。在目前的电路分析课程教学中, 相量法是正弦激励下电路稳态响应的基础分析方法[1]。相量法以响应与激励同频为前提条件, 其核心思想是以单一频率的正弦信号为激励, 通过旋转有向线段和正弦信号的映射关系, 将正弦量的加减, 微分、积分运算映射为复数的加减、乘法和除法运算, 从而避开复杂的三角运算, 简化正弦稳态响应的分析计算。虽然在相量分析中, 正弦量与相量的映射关系不涉及频率量, 但在电压电流的相量关系中, 频率是阻抗的重要参数, 决定着电路响应正弦量的幅值和相位。所以在相量分析基础上引导学生研究电路频率特性, 对帮助学生建立频率域概念, 深入认识电路物理实质是非常重要的。

但在教学过程中, 对于初次接触频域分析的学生来说, 仅仅通过教师抽象的理论分析理解和掌握这部分内容非常困难。因此, 我们在教学中设计了三个RC电路的仿真示例:一阶RC串联电路滤波分析、二阶RC串并联电路选频分析和RC桥式电路的移相分析, 展示电路幅频特性、相频特性及两者的关系, 加深学生对频率特性的感性认识, 提高教学效果。

本实验旨在加强学生对理论分析的理解, 而不只是对理论进行验证, 因此, 基于以上考虑, 我们选择MATLAB作为仿真工具。

1 一阶RC串联电路滤波特性分析

一阶RC串联电路 (如图1所示) , 以电容电压为响应时, 具有低通滤波特性, 在实际工程中有很多应用, 文献[2]采用RC电路的方法很好地解决了脉冲强磁场电源中的尖峰电压问题。

经过课程教学中针对一阶RC电路的时域暂态过程的讨论[1,3,4], 学生对一阶RC电路的时域特性已经非常了解, 且RC电路结构简单, 以之引导学生思考电路的频率特性, 他们容易理解。因此, 在实验1中选用一阶RC串联电路进行频域分析, 展示电路滤波特性。

以电容电压为输出, 基于相量法, 一阶RC串联电路的网络函数H (ω) 为:

其幅频特性为:

相频特性为:

在实验1中, 取R=1Ω, C=1 F, RC电路的幅频特性如图2a所示, 当ω=0时, |H (ω) |=1, 即响应电压Uo=US;当角频率ω逐渐增大时, 响应电压逐渐减小;而当角频率ω趋于无穷大时, 响应电压趋于零, 由此可知, RC电路能够实现低通滤波, 频率低的信号在通过电路时, 响应幅值衰减较小, 当信号频率越高时, 响应信号衰减越大。取半功率点为阈值, 即时, 对应频率为截止频率。

R C电路的相频特性如图2 b所示, 当ω=0时, φ (0) =0°, 输出电压与激励同相位;当角频率ω逐渐增大时, 输出电压相位滞后于激励电压;而当角频率ω趋于无穷大时, 输出电压滞后于激励电压90°。截止频率对应的滞后相移φ (ωC) =-45°。

在观察分析RC电路频率特性的基础上, 分别以为激励, 观察输出uo的波形, 比较Uo与US的差异, 观察RC电路对信号的改变 (如图3所示) 。

对比ω=0.9和ω=2的正弦激励下, 响应uo与激励的振幅和相位关系, 可知频率增大, 响应降低, 相位滞后增大。观察为激励的响应, 学习用RC电路实现低通滤波。

最后, 改变R和C参数, 重复实验, 掌握频率特性与电路参数的关系。

2 二阶RC串并联电路的选频特性分析

在文氏桥正弦波振荡电路中, 用RC串并联电路实现选频功能[5], 电路如图4所示。

电路的网络函数为:

幅频特性为:

相频特性为:

实验2中选取R=10Ω, C=1 F, 得到RC串并联网络的幅频特性和相频特性 (如图5所示) 。ω远离ω0时, 响应幅度减小, 相位差绝对值增大;靠近ω0时, 响应幅度增加, 相位差绝对值减小;等于ω0时, 响应幅度达到最大, 为激励的1/3, 且相位差为零。

正弦波振荡电路将在ω0处满足振荡条件, 形成正反馈, 产生频率为ω0的正弦波。

图6给出了不同频率时响应的相量变化轨迹, 从中可以看到, 在响应相位为0, 即于激励同相位时, 其振幅最大, 为激励的1/3, 当激励频率偏离ω0时, 相位差增加, 响应振幅减小;相位在 (-90°, 90°) 之间变化, 且等间隔频率与相位响应为非线性关系, 接近ω0时, 接近线性。

3 RC桥式电路的移相特性分析

在一些电子系统中, 需要对信号的相位进行控制, 一般通过移相电路实现[6,7]。以实验3中RC桥式移相电路为例 (如图7所示) , 使用相量分析法, 进行频率特性分析, 观察相移与频率关系。

电路的网络函数H () 为:

其幅频特性为:

其相频特性为:

实验3中选取R=1Ω, C=1 F, 得到RC桥式电路的频率特性 (如图8所示) 。

5 结束语

通过上述三个实验, 学生可以直观观察到RC电路对激励的频率响应以及电路参数对频率特性的影响。上述实验已用于课堂教学实践, 取得了良好的教学效果。

参考文献

[1]邱关源, 罗先觉.电路[M].北京:高等教育出版社, 2006.

[2]肖后秀, 丁洪发, 彭涛.脉冲强磁场电源尖峰电压的消除[J].电工技术学报, 2009, 24 (1) :14-17.

[3]朱桂萍, 于歆杰, 陆文娟.一阶RC电路时域分析和频域分析的对比[J].电气电子教学学报, 2007, 29 (3) :29-31.

[4]俎云霄, 李巍海, 张轶.应用Multisim进行无源RC电路的时频分析[J].电气电子教学学报, 2010, 32 (5) :70-72.

[5]华成英.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, 2001.

[6]谢萍, 邓军, 田小建.C波段反射型线性360°模拟移相器的设计[J].吉林大学学报:信息科学版, 2013 (2) :131-136.

3.频率特性测试电路 篇三

【关键词】测频；频率计；电路设计

1.相关理论概述

数字频率计采用数字电路制作成以十进制码来现实被测信号频率，对于周期性变化的信号频率能够实现有效的测量的一种仪器。它是教学、科研等工作中的基础测量仪器，在模拟电路和数字电路实验中有着重要的作用，其能够直接读出信号源所产生的不同频率范围的信号将会对实验产生很大的影响。频率计主要用在正弦波、矩形波等周期性信号频率值的测量等，它的拓展功能能够实现对信号周期及其脉冲宽度的测量，引起对信号源的接受敏捷度使得其称为试验箱中的重要组成部分。

信号频率测量方法按照工作原理可以分为无源测量、比较测量、示波测量及技术等测量方法。其中最常见的测量方法是电子计数器，在该种技术下，频率计实现单位时间内被测信号脉冲数的直接计数，并将其频率值以数字的形式显示。实现了对不同频率、精确度的测频需求，保障了测量结果的精确度和速度。

2.整形电路的设计

整形电路就像把模拟的信号转换成为二值信号，也就是使其成为只有高电平和低电平的离散信号。在电路设计时我们可以将电压比较器用作模拟电路及数字电路的接口电路，通过其把非矩形信号转换成矩形信号。在选择比较器时，我们要充分考虑影响信号接收和转换功能的各种因素。下图为其整体设计结构图：

首先，是信号传播可能存在的延迟及时时间。信号传播的延迟时间是比较器选择时所要考虑的重要参数，这种时间的延迟有当信号通过元器件时所产生的传输时间上的延迟和信号上升及下降的时间延迟，只有将延迟的时间降低到最小才能有效的缩短信号处理的时间。

其次，要充分考虑电源电压对比较器的影响。就传统而言，比较器一般需要正负 15 伏的双电源来进行供电或者需要达到36 伏的单电源进行供电，这种传统的比较器在一些工业控制中仍有使用的空间和发展前途但以不适应发展的主流。现在多数的比较器需要在限定的电压条件下进行工作，即在电池电压所能够运行的单电源单位内进行工作，因此对其提出了低电流和小封装等当面的要求，并且在实际的应用中比较器还应该具备一定的关断的功能。当具备上述条件是，比较器才能够在试验箱中得到有效的利用，保证频率计在不同电源电压条件下的正常工作。

再次，充分考虑功耗对比机器的影响。功耗的大小直接影响比较器使用寿命和工作效果，功耗越低时其比较器的耗损相对较低，使用使用寿命得到延长，然而功耗由于器件的运作速度相关，功耗降低的同时可能带来运作速度的降低，因此，在比较器选择时，充分考虑功耗与元器件寿命及其运作速度的关系，寻得一种最优组合。

最后，不可忽视门限电压对比较器的影响。外围器件的设置可以用来实现对门限电大的测量，门限电压的大小与电路抗干扰能力呈现一种正比例的关系但与其敏感度成反比例关系。当我们通过对门限电压的测量并通过一定的公式计算，根据实际工作的需要来确定门限电压的具体值。

当我们充分考虑上述影响因素时，便会有针对性的选择相应的新品用于单元电路的设计，从而实现信号在电路中的顺利传输，避免芯片烧坏等现象的发生。

3.计数电路的设计

实现对信号的整形后我们便要关注一些低频信号由于其上升速度等原因可能产生的计数影响，因此在电路设计时应该根据信号的特点来完善计数电路的设计。低频信号上升缓慢或者高频信号叠加于其中时会使得计数电路将该种抖动作为输入脉冲予以计数，从而产生计数上的误差。避免该种现象的发生，我们可以通过低通滤波器的使用来处理低频信号传输中可能产生的抖动，并经过滤波器滤除叠加的高频信号。而反相器的使用可以实现在滤波前把高频信号和低频信号予以分开，即仅使低频信号经过反相器实现滤波得到比较规则的矩形信号而高频信号则不经过该过程。经滤波后的矩形信号输入到单片机中，在单片机选择时，低电压、高性能是我们考虑的重要方面，同时还要选择体积较小功能相对较强的单片器，实现迅速有效的技术。单片机计数器的精确度和终端结构的类型都会影响计数结果，通过精密比较器的植入和振荡器电路的设置，实现频率计的精度和存储等方面的要求。在单片机选择时还应该考虑技术进步革新对于存储器程序的选择和更新的可能，并且考虑单片机大小对于整个电路系统的影响，保证程序写入的便利性。下图为其计数模块设计图：

此外，对于计数电路的设计还要考虑信号频率高低的不同对计数器可能产生的影响，实现单片机对不同信号频率进行分频处理。经过整形后的信号进入选定规格的反相器后，对不同频级的信号进行分级处理，单片机频率自动分辨处理能力的选择能够有效的降低一些频级信号的分辨和处理，保证计数器工作的效率和速度。同时计数器的显示值的大小根据信号的频值进行实现随机变动，实现对不分频信号、高频机低频信号的有效计数。

4.显示电路的设计

显示电路是数字频率计电路设计的重要组成部分，它负责将整形电路及计数电路处理的数据显示出来。在该电路设计时我们要考虑的因素便是显示材料的选择及数据显示的方式。LED 数码管的类型会对数据的现实产生一定的影响，而该种材质的数据显示方式又分为动态和静态两种。就两种现实方式的优缺点而言，静态现实具备较高的亮度，为我们及时准确的读取数值提供了视觉便利，且其接口编程相对容易，但是该种显示方式会占用较多的口线，显示的位数直接关系到锁存器的数量，这直接带来所用器件数量繁多和连线的庞杂 ；而动态显示相交而言能够避免上述一些缺点。在动态显示使用时，先确定未选实现选定未选的段码的显示，经过一定的延时再实现对下一选定为送段码显示，并依此循环。下图为其显示模块图：

其具体的工作流程可以解释为，单片机中不同的构建作为译码器实现信号的输入，由译码器的输出来确定数码管的选择位。将每个数码管的公共端与一个接有高电平的 PNP 三极管的集电极相连，同时将三极管的基极和译码器的输出端相连接，这样可以通过对软件编程来设置单片机中的不用位置构建，从而设计译码器的输入端，其输出端设为低电平且只设一位，从而使与其连接的三界关处于一种饱和的状态，实现对计数器数据的动态显示。实现显示器电路中各元件的有机连接后，还要注重送段码的相关问题，使得相应位数的送段码可以通过一定串行口在数码管上进行显示。

5.结束语

除上述电路设计外，电子频率计的设计还要注重电源、滤波等电路的设计，只有将各种影响其工作的单元电路的设计不断的精细化和完善时，才能有效的保证其工作的效率和在实验和工业中的使用效果。

【参考文献】

[1]沈亚钧.基于单片机的数字频率计设计[J].山西电子技术，2012（05）.

[2]杨帆.数字频率计的设计与实现[J].科技广场，2011（09）.

[3]武卫华，郑诗程.基于SoPC的嵌入式数字频率计设计与实现[J].电子测量与仪器学报，2010（02）.

4.频率特性测试电路 篇四

基于模块化层次化的.建模技术,建立液氧/煤油补燃发动机的线性小扰动频率特性仿真模型.在建模过程中,重点考虑了绝热流动假设和熵波影响下的气路模型.依据交流流体网络理论,运用传递函数法分析了该型发动机的低频频率特性,为研究液体火箭的纵向耦合振动(POGO)及发动机动力学提供帮助.

作 者：李斌 杜大华 张贵田 张继桐 LI Bin DU Da-hua ZHANG Gui-tian ZHANG ji-tong 作者单位：李斌,张贵田,LI Bin,ZHANG Gui-tian(西北工业大学航天学院,西安,710072)

杜大华,张继桐,DU Da-hua,ZHANG ji-tong(西安航天动力研究所,西安,710100)

5.集成门电路功能测试实验报告 篇五

２、常用逻辑门电路逻辑功能及其测试方法。

3、硬件电路基础实验箱得结构、基本功能与使用方法。

二、

实验目得 测试集成门电路得功能 三、实验器件 集成电路板、万用表 四、实验原理 TTL 与非门７4LS０0 得逻辑符号及逻辑电路:

双列直插式集成与非门电路CＴ74LS00：

数字电路得测试：

常对组合数字电路进行静态与动态测试，静态测试就是在输入端加固定得电平信

号，测试输出壮态,验证输入输出得逻辑关系.动态测试就是在输入端加周期性信号,测试输入输出波形,测量电路得频率响应。常对时序电路进行单拍与连续工作测试,验证其状态得转换就是正确。本实验验证集成门电路输入输出得逻辑关系，实验在由硬件电路基础实验箱与相关得测试仪器组成得物理平台上进行。

硬件电路基础实验箱广泛地应用于以集成电路为主要器件得数字电路实验中,它得主要组成部分有:（１)直流电源：提供固定直流电源（+5Ｖ,—5Ｖ)与可调电源(+3～１５Ｖ，-3～1５V).(2)信号源：单脉冲源(正负两种脉冲）；连续脉冲。

（３）

逻辑电平输出电路:通过改变逻辑电平开关状态输出两个电平信号：高电平“1”与低电平“0”。

（4）

逻辑电平显示电路：电平显示电路由发光二极管及其驱动电路组成，用来指示测试点得逻辑电平.（5)数码显示电路：动态数码显示电路与静态数码显示电路，静态数码显示电路由七段LEＤ数码管及其译码器组成。

(6）

元件库：元件库装有电位器、电阻、电容、二极管、按键开关等器件.(7)插座区与管座区：可插入集成电路，分立元件.集成门电路功能验证方法：

选定器件型号，查阅该器件手册或该器件外部引脚排列图,根据器件得封装，连接好实验电路，以测试 74ＬＳ00 与非门得功能为例:

正确连接好器件工作电源：７4LS00 得 1 4 脚与７脚分别接到实验平台得 5 V 直流

电源得“＋5 V“与“GNＤ”端处,TＴＬ数字集成电路得工作电压为 5 V（实验允许±5％得误差）。

连接被测门电路得输入信号:74ＬS０0 有四个二输入与非门，可选择其中一个二输入与非门进行实验,将输入端 A，B 分别连接到实验平台得“十六位逻辑电平输出” 电路得其中两个输出端（如Ｋ１、Ｋ 2 对应得输出端)。

连接被测门电路得出端：将与非门得输出端 Y 连接到“十六位逻辑电平显示”电路得其中一个输入端。

确定连线无误后，可以上电实验，并记录实验数据，分析结果。

通过开关改变被测与非门输入端Ａ,B 得逻辑值,对应输入端得 LED 指示灯亮时为 1,不亮时为 0。

观测输出端得逻辑值，对应输出端得指示灯ＬED 亮红色时为 1，亮绿色时为０。不亮表示输出端不就是标准得 TTＬ电平.K1、K 2 共有４种开关位置得组合,对应被测电路得四种输入逻辑状态 00,01,10，１1,可以改变 K1、K 2 开关得位置,观察电平显示 LED 得亮灭情况，以真值表得形式记录被测门电路得输入与输出逻辑状态。

观测逻辑值时，用万用表测量出对应得电压值,验正 TＴＬ电路逻辑值与电压值得关系.比较实测值与理论值，比较结果一致,说明被测门得功能就是正确得,门电路完好。如果实测值与理论值不一致，应检查集成电路得工作电压就是否正常,实验连线就是否正确,判断门电路就是否损坏.五、实验内容 1、基本门电路逻辑电路测试：

测试 74LS０8（与门）、74LＳ32（或门)、74LS04（非门)、7４LS00(与非门）、７４LS86（异或门）得功能。将被测芯片插入实验区得空插座,连接好测试线路，拨动开关，改变输入信号，观测输入输出端得逻辑值时，并用万用表测量出输出端对应得电压值，验正 TTＬ 电路得逻辑功能，记录实验数据。

输入 输出Ｙ 74LS08 ７4LS32 74LS04 74ＬS0０ 74LS86 A B Y U/V Ｙ Ｕ/V Ｙ Ｕ/Ｖ Y U/V Y Ｕ/V

2、

逻辑门得转换

利用 7４Ｓ０0 与非门组成非门，2 输入与门，2 输入或门电路,画出实验电路图，并测试其逻辑功能,验证结果。

非门: 电路图：

测试结果：

与门: 电路图：

测试结果：

或门: 电路图：

0 0 0 0、２１--－--— 1 3、５5 1 3、55 0 0、7７ 0 1 0 ０、２0 —--——-0 ０、1０ 1 3、54 1 3、５3 1 0 0 0、21--—-－--——-－-1 3、5４ １ 3、２2 1 1 1 3、４2 ——－ －—－--— —-－ ０ 0、15 1 ３、09 A Y ０ 1 1 0 Ａ Ｂ Ｙ 0 ０ ０ 0 1 ０ 1 0 0 1 １ 1

测试结果: ３、门电路得基本应用 测试用“ 异或门”与“与非门”组成得半加器逻辑 功能。

根据半加器得逻辑表达式可知，半加器得输出得与数 Ｓ 就是输入 A、B(二进制数）得“异或”，而进位数 Ｃ 就是 A、B 得相“与”,故半加器可用一个集成“异或门”与两个“与非门”组成，如图 1、3、3 所示。

(1）在实验箱上用“异(74ＬS８6）与“与非”门连 1、３、３所示逻辑电路。输入端Ａ、B 接“逻辑电平”开关，输出端 S、C 接“电平显示”发光二极管。

通过电平开关改变输入 A、B 得逻辑状态置位，观测输出端得逻辑状态，列表记录。

(2）通过电平开关改变输入 A、B 得逻辑状态置位，观测输出端得逻辑状态，列表记录.六、实验心得 此次实验原理不就是很复杂,但就是线路比较难连,实验所用到得关键器件也不太好找.理论知识挺容易得,但实际实行起来得确蛮纠结得，做了好多次总就是有问题，后来发现电线有一根就是坏掉得,做电路实验，还就是需要多些经验呐。

6.频率特性测试电路 篇六

2004．11 1． 以下选项中不是EDA工具（括号内为开发公司）的是

A．Star-Hspice(Avanti)

B．Star-Craft(Blizzard)C．Silicon-Ensemble(Cadence)

D．Design-Compiler(Synopsys)

2． 请写出图1所示的两种组合逻辑电路实现的功能，请问哪一种电路更好，为什么？

图1 组合逻辑电路

3． 如图2所示的动态电路中，第一级的输出直接接第二级的栅，会有什么问题，请问改进的方法（改进后实现的功能不变）？

VDDCLKCLKOUTInVDDCLKCLK图2 动态组合逻辑

4． 说明CMOS电路的Latch Up效应，请画出示意图并简要说明其产生原因。

5． 图3所示为2输入选择器。该电路由完全互补的静态CMOS构成，电源电压为VDD＝5V，图中的三个电容都为0.5pF，不考虑其他电容的影响。（1）设输入信号（S，A，B）相互独立，且它们为“1”的概率均为50％，求输出节点X，Y，Z发生0→1转换的概率（P0→1）。（2）如果输入信号的频率为50MHZ，求该电路的动态功耗。

图3 选择器

6．请画出图4所示版图对应的电路图 a． 试问NMOS与PMOS的尺寸，λ＝0.6μm。

b． 画出电压转移曲线，标出VOH,VOL,VM,VIH,VIL的位置并计算其值。

7.频率特性测试电路 篇七

频率特性测试系统是一种用来测量系统频率特性的测试系统, 在电子工程的各领域都被广泛地使用。以数字频率合成技术 (DDS) 为基础, 通过可编程的主控制器加上DDS芯片产生扫频信号源, 可以较好地克服纯模拟电路的种种缺点。这种方法兼具了DDS和嵌入式技术的优点, 具有芯片可编程、占用空间小、使用方便、成本低廉、测量准确迅速等特点。文献[2]利用两个DDS核实现扫频速率、扫频宽度以及扫频中心频率可调, 并可选择正弦、三角与梯形三种扫频方式。文献[3]利用AD8368设计了增益自动调整电路和可变增益放大电路, 继而实现输出正弦信号幅度值0.2~2V程控可调。

设计一种频率测试系统, 采用ATMEL公司的单片机AT89C51控制DDS频率合成器AD9850产生正弦波扫频信号;通过外围电路以及A/D等接口电路完成被测电路幅值和相位差的测量, 再由单片机计算;通过与上位机的通信, 完成被测网络频率特性的测试及数据的处理与显示。

1 系统总体设计方案

1.1 总体硬件设计

采用稳态测量法作为频率特性测量的方法, 系统由单片机、扫频信号模块、幅值检测模块、相位检测模块、A/D模块以及通信模块六部分组成, 如图1所示, 单片机采用ATMEL公司出品的AT89C51。

1.2 扫频信号源设计

扫频信号源采用直接数字频率合成, 与传统的频

率合成器相比, DDS成本低、功耗小、分辨精度高, 而且频率转换速度快, 完全能够满足设计中正弦波信号的要求。

DDS由参考时钟、相位累加器、正弦查询表、D/A转换器和低通滤波器 (LPF) 几个部分组成, 如图2所示。

假设参考频率源其频率为fclk, 相位累加器计数容量为2N, 正弦波波形存储器含有M个相位取样, 若频率控制字为K, 那么DDS系统输出信号的频率为:

则该频率的分辨率为:

由奈奎斯特定理可知, 输出频率最大值可达0.5fclk。但是在实际中由于低通滤波器性能的缘故, 实际输出频率最大值通常选用fclk的40%。通过以上数据分析, 根据设计需求, DDS信号发生器选用AD9850作为核心信号发生芯片。

AD9850内部具有一个FWS控制字, 该控制字可以储存外部数据总线的数据和控制字数据的寄存器。FWS控制字一般由5个8位寄存器所组成, 总和40位。这40位中有32位主要用来设定输出信号的频率, 5位用来设定输出信号的相位, 1位用于控制电源开关, 剩余2位是工厂预留的保留码。假设外部时钟频率fc为50MHz, 则频率控制字为:

设f0=100Hz, 则FSW=8589.935, 其频率分辨率为:

设定完时钟频率后, 根据设计要求, 将输出频率代入上式就能计算出FSW, 再通过单片机将FSW传送给芯片, 就能得到预期频率的正弦波。

2 检测电路设计

2.1 峰值检波

峰值检波是测量正弦信号的方法。峰值采集如图3所示。

峰值测量电路如图4所示。

2.2 相位差检测

相位差检测电路在低频段采用数字测量方法, 高频段采用模拟测量方法, 如图5所示。

被测电路的输入信号与输出信号分别通入整形电路, 并分别将其整形为矩形波, 再送入相移检测电路中。Ui与Uo分别为经过整形电路得到的输出与输入矩形波信号。D触发器可以用来判断超前、滞后, 其输出波形Ua输入到单片机P3.7, 由单片机检测其超前或滞后, 若Ua为高电平, 则在Ui与Uo的相位差前加“+”号, 反之, 在Iφ前加“-”号。

低频段时, Ub输入单片机P3.6进行测量。设定单片机中的定时/计数器工作于模式1, 此时GATE0为1, TR0为1, 只有输入高电平至INT0时, T0才会开始计数, 通过这种方式, 单片机能够测得正脉冲的宽度 (即机器周期数N) 。设异或门输出Ub的脉宽为ΔT, Δφ为Ui与Uo的相位差, T为Ui的周期, 若单片机的晶振频率f0为12MHz, 可以得到:

当输入与输出正弦波的相移与±180°越相近, 异或门输出的脉宽ΔT就与T越相近。由于单片机的定时/计数器工作于模式1, 且为16位, 因此其计数的最大数值Nmax为215。而一个周期T对应360°, 测量最小的ΔT的计数值Nmin应不小于360。因此, 最低、最高测量频率分别为:

高频段时, Ub输入低通滤波电路, 得出Uc, 因此可得Ui与Uo的相位差为:

单片机将根据输入频率f的不同, 选用相应的测量方法。在测量过程中, 可以采用多次测量取平均值的方法得出Δφ, 以此提高相位差数据精度, 降低误差。

3 测试结果

3.1 扫频模块测试

扫频信号由单片机控制DDS芯片输出正弦扫频信号, 可以为1~50k Hz之间任一频率。1k Hz、10k Hz步进扫频正弦信号分别如图6、7所示。

3.2 峰值检波电路测试

峰值检波电路测试结果如图8所示, 其输出电压与被测正弦波信号的最大值一致, 与理论计算和仿真结果相一致。

3.3 相位差检测电路测试

相位差测量电路测试结果如图9所示。图中显示有1、2、3三条方波, 其中方波1是输入与输出信号分别经过整形电路, 再通入异或门得到的图像;方波2是被测系统输入端正弦信号经过整形电路得到的图像, 方波3则是输出端正弦信号经过整形电路得到的图像。

3.4 被测电路的测量

被测电路采用二阶有源滤波电路, 如图10所示。将上述扫频正弦信号输入被测电路进行频率特性测试, 测得的频率特性如图11所示, 数据如表所1示。

二阶有源滤波电路作为被测电路, 通过其参数可计算得其频率特征为:

通带电压放大倍数为:

则电路的等效品质因数:

设-3db截止频率fp=K, fn=f, 则有:

解得K=1.057, fp≈561.04Hz

利用proteus得出其特性曲线, 如图12所示。

4 结语

实际数据与理论值计算及仿真数据相符合, 达到频率特性测试的基本要求。

摘要：介绍基于AD9850的频率特性测试系统的设计。该系统通过对被测系统输入正弦波扫频信号进行动态测量, 能够快速地得出它的频率特性。

关键词：频率特性测试系统,DDS,频率特性,单片机

参考文献

[1]杜养雷.ARM体系结构与编程[M].北京:清华学出版社, 2003:12-45

[2]崔永顺, 王暖让, 年丰.基于DDS的通用扫频源设计[J].宇航计测技术, 2008, 34 (1) :11-13

[3]陈威, 李太全, 余新华, 等.基于AD8368的DDS信号源输出信号幅值控制电路设计[J].无线电工程, 2015, 45 (2) :77-80

[4]潘凯, 朱名日, 姚鑫, 等.基于AD9850的正交信号源的设计[J].微型机与应用, 2014, 34 (11) :22-24

8.频率特性测试电路 篇八

多功能数字集成芯片检测识别查询系统具有芯片好坏检测，芯片型号识别，芯片替换查询的基本功能。具有支持用户对库中未涵盖芯片进行扩展，测试结果上位机界面直观显示，芯片pdf文档嵌在上位机软件内可直接查询，hex文件嵌在上位机软件内轻轻一按程序还原的扩展功能。该系统不仅蕴藏着可观的经济效益，还有巨大的社会效益，对普及电子知识尤其是数字电路知识有着明显的、直接的贡献。

详细介绍：

1.1作品研制背景在进行电子电路的业余设计制作或实验教学中，会使用很多的数字集成芯片，多数芯片是重复利用过的，其中掺杂了一些已经损坏的芯片，如果使用了损坏的芯片就不能够完成电路的调试，通过普通的仪表仪器又很难在短时间内检测出芯片的好坏，常用的检测仪器，如万用表、欧姆表等，可以检测电阻、电容、二极管、三极管等分立电子元器件的好坏，但要用它们来检测数字集成芯片则就力不从心了。据了解，...(查看更多)此类情况普遍存在于一些高校或高职类电子专业实践课程中，应用如此广泛的数字集成芯片，很需要一款设备可以直接检测它们的好坏。经查询，目前市场上存在一种可以对74系列、CD4000系列集成芯片进行检测的工程应用型测试仪，但是考虑到其价格较贵，而且设备体积庞大，主要用于工业生产检测领域，较难满足实验室使用。除此之外，此种设备只能对库中含有的芯片进行检测，而不支持用户进行库扩展。针对此种情况，我们设计了这款多功能数字集成芯片检测识别查询系统。1.2作品工作原理电路设置一个测试管座，管座设有为被测芯片供电的电源。将多数常用集成芯片的功能及相关信息储存在单片机存储器内。将要检测的集成芯片插到该管座上，将待测芯片的名称通过键盘输入给CPU，单片机通过对输出电流、输出电压直流参数进行测试，对真值表功能进行测试（同时完成“三态”（高阻状态）漏电流测试），以此来判断集成电路的好坏。在上位机软件中建立一个界面，用来进行未知组合逻辑芯片的扩展。用户将芯片的使能条件、电源和地、真值表填写到芯片扩展界面的表格中，然后存储到AT24C16A中，便于检测端脱机使用。上位机软件建立一个库，用来存放芯片的pdf资料，检测端连接电脑后便可查询相应芯片的资料。1.3作品功能多功能数字集成芯片检测识别查询系统在脱离电脑使用时具有 1．检测已知型号的芯片（包括常用时序逻辑芯片），判断其好坏； 2．识别未知型号的芯片，判断其型号； 3．替换芯片型号的查询的基本功能。检测端基本功能说明：芯片插入IC座中并检测端上电后，系统处于Ready状态，等待指令。指令可以是输入已知型号检测芯片好坏，如“功能”按键选74HC,“百位”选1，“十位”选3，“个位”选8，然后“执行”，这就是多功能数字集成芯片检测识别查询系统的检测功能。也可以直接按“执行”键，本系统会自动判断管脚数目，再搜索此管脚数的芯片的程序段并依次测试，直到可判断此芯片为“Good IC”或者列举完所有情况为止，这就是多功能数字集成芯片检测识别查询系统的识别功能。若库中有几款芯片的这真值表相同，芯片在识别时会显示几款型号，例如71HC138芯片插入IC座，按“执行”键后，会显示“74HC138”、“ 74HC137”、“Cd40138”、“Cd40137”，这就是多功能数字集成芯片检测识别查询系统的芯片替换查询功能。与电脑连接后，具有 1．支持用户对未有芯片进行扩展； 2．测试结果上位机界面直观显示； 3．芯片pdf文档嵌在上位机软件内，可直接查询； 4．hex文件嵌在上位机软件内，轻轻一按程序还原的扩展功能。检测端与电脑连接后具有的扩展功能说明：假设在库中不含74HC154（4线-16线译码器）芯片，该系统允许用户自己通过上位机软件将此芯片加到芯片库中，扩展芯片的信息存放在EEPROM中。用户扩展后的芯片库包含两部分，一是单片机程序中包含初始时的一千多种芯片的信息；二是EEPROM中用户扩展的芯片的信息。这就是支持用户对未有芯片进行扩展的功能。芯片检测的结果可以通过上位机界面直观的显示出来。该系统除了含有一个芯片库，还包含了一个芯片pdf文档库，方便用户查询芯片资料。为防止系统在使用中程序被损坏，上位机软件中还嵌入了单片机初始程序的hex文件，方便使用者复位单片机程序。1.4 作品各组成部分介绍 1.4.1上位机软件的设计上位机软件可与下位机（即检测端）连接使用，采用串口通信和USB口通信。1．检测端与上位机连接后，测试结果可以在上位机界面上直观显示。显示组合逻辑芯片的逻辑图，在图上标注出完好的部分和损坏的部分。便于使用者准确、快速查找芯片损坏的部位。现有一片74LS00四2输入与非门，检测后发现其1、2、3引脚控制的与非门已损坏，而其余三片与非门完好，搭电路时我们就可以用余下的与非门，从而减少不必要的浪费。2．提供芯片资料的查询功能。上位机软件把芯片库中所有芯片的pdf文档一一对应的封装到芯片文档库，并嵌在软件内。被检测芯片的文档可以由用户搜索调出，如同使用电子词典查阅单词一样，能够在短时间内根据输入的芯片型号为你查出该芯片的真值表及其逻辑表达式。若芯片完好被自动识别，芯片文档会在逻辑图界面上自动调出，用户自由选择是否显示。3．单片机初始固化的主程序可一键还原。上位机软件还内嵌了初始主程序的hex文件，便于使用者在单片机程序不慎损坏后，能够自行快速下装。为了使软件更加体现人性化，这一功能通过软件界面的“程序初始化”选项卡来实现。可谓轻轻一按，一切如新。4．使用者可以通过上位机软件扩展芯片库。对于库中不包含的芯片，上位机软件有“库扩展”选项卡，使用者可自行将芯片的真值表、使能条件及电源和地输入到“库扩展”界面的表格中。软件根据上述芯片资料，将必要的信息存放在电可擦写可编程只读存储器（EEPROM）AT24C16A中。检测此芯片时，单片机调用I2C读取函数读取EEPROM中的内容。扩展的芯片信息存放在EEPROM中，不仅掉电不丢失，而且无须改变单片机固化的主程序和原始的芯片库。1.4.2检测端设计 1．被检测芯片供电：检测端采用外置5V直流电源供电，可以连接试验箱上的5V电源，也可用5V电源适配器供电，也可通过方口线连接电脑使用。考虑到大部分数字芯片的电源+5V和地分别是芯片的最右上脚和最左下脚,故本系统在处理不同引脚数芯片(如14引脚或16引脚)的供电问题时是定VCC，不定GND（大部分芯片电源脚不是接5V就是接3.3V，接地管脚由程序控制给个低电平）。不同芯片的工作电源电压不同，数字芯片工作电源多为直流5V和3.3V，特殊的芯片要求电源电压在3.3v-5v之间，为了满足被测芯片对电源电压的要求，我们设计由LM317三端稳压管和数字电位器x9313来软件控制电压的产生，以使产生的电压尽量准确。2．被检测芯片逻辑电平的提供与读取：待测芯片各管脚电平不确定，任意管脚都可能是逻辑

1、逻辑0或为悬空状态。本系统采用为每个管脚连接1 个P沟道的MOS管和1 个N沟道的MOS管，分别作为该管脚的逻辑1开关和逻辑0开关。两个MOS 管配合工作实现对待测芯片管脚的电源、接地、悬空三种状态的控制。仪器采用P沟道MOS管2502和N沟道MOS管6401设计电路，两者都具有较好的导通和截止特性，能够有效的实现对待测芯片管脚的三种状态控制。本系统采用地址控制的方式读取电平,将要提供的逻辑电平锁存于两片八进制 3态非反转透明锁存器 74HC573上，然后再通过一个4.7K的电阻提供给芯片，读取时通过地址控制的方式读取，并利用三态输出的八组缓冲器和总线驱动器74HC244使电平稳定。3．检测结果的显示（显示电路）显示电路的显示部分由7段数码管或LCD1602液晶组成。数码管是LED显示器件，成本低，我们作品最先的显示部分就选择了它。数码管与LED点阵都是通过发光二极管的组合来显示内容的，相较于液晶显示器功率大，有“耗电之王”之称。显示数字芯片的型号，几片数码管就可以应付了。但是若想显示更多的信息，那就无能为力了。LCD1602 液晶是一种字符型的液晶显示屏 ,显示信息量明显大于数码管。虽然与数码管相比成本略高 ,但具有控制简单，节省I/O，耗电少,显示信息量大的特点 ,最关键的是可以连接于本系统的总线上。将来随着多功能数字集成芯片检测识别查询系统的升级和功能扩展，用户将会对该系统有更大的信息量上的要求。所以，随着本系统功能越来越强大，需要显示的信息越来越多，我们会采用LCD1602液晶作为本系统显示电路的主要显示器件。4．外部指令输入设计（按键选择电路设计）按键部分含六个基本按键，功能选择类按键：“复位”、“功能”、“执行”，数字选择按键：“百位”、“十位”、“个位”。复位按键：IC座中插入或更换芯片或想刷新一下重新检测时，须按下复位按键，让单片机程序重新开始执行。功能按键：选择检测芯片的所属系列和具体型号，选择芯片型号识别要输入的芯片管脚数。执行按键：将功能按键和数字选择按键敲入的芯片具体系列和型号的信息传送给单片机，要求单片机搜索此型号对应的程序段。百位：74HC138 3线8线译码器的“1”。十位：74HC138 3线8线译码器的“3”。个位：74HC138 3线8线译码器的“8”。5．电可擦写可编程只读存储器（EEPROM）AT24C16A存储电路此电路的功能是在检测端上存储用户扩展的芯片信息。将扩展的信息存储在EEPROM里而不是下装到单片机，这样做的好处是：○1不必改库，避免因芯片扩展频繁而造成程序损坏；○2信息存放在EEPROM中掉电不丢失，且检测端可脱离电脑检测此扩展的芯片；○3 AT24C16A有足够的ROM来存放芯片的信息（脱机运行用）。6．单片机与电脑串口通信和USB口通信设计串口通信：串口通信使用3根线完成：（1）发送，（2）接收，（3）地线。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。

RS-232针脚的功能：

TXD（pin 3）：串口数据输出(Transmit Data)

RXD（pin 2）：串口数据输入(Receive Data)