信號頻率與相位分析實驗.doc

實驗四 信號頻率與相位分析一、實驗目的1 理解李沙育圖形顯示的原理；2 掌握用李沙育圖形測量信號頻率的方法；3 掌握用李沙育圖形測量信號相位差的方法；4 用示波器研究放大電路的相頻特性。二、實驗原理和內容UxttUy1 李沙育圖形圖4-1 fy/fx=2且相位差為0時的李沙育圖形掃描速度旋鈕置”X-Y”位置時，Y1通道變成x通道，在示波器的y通道(Y2)和x通道(Y1，與Y2通道對稱)分別加上頻率為fy和fx的正弦信號，則在熒光屏上顯示的圖形稱為李沙育(或李薩如)圖形。李沙育圖形的形狀主要取決于fy、fx的頻率比和相位差。例如，當fy/fx=1，且相位差為0時，屏幕上顯示一條對角線；當fy/fx=2，且相位差為0時，屏幕上顯示“”；當fy/fx=1，但相位差不為0時，屏幕上顯示一個橢圓。圖4-1所示為fy/fx=2且相位差為0時的李沙育圖形。2 李沙育圖形法測量未知信號的頻率x0xm掃描速度旋鈕置”X-Y”位置，被測信號加到Y2通道，用信號發(fā)生器輸出一個正弦信號加到X通道（Y1），Y1、Y2的偏轉靈敏度置相同位置，由小到大逐漸增加信號發(fā)生器輸出信號頻率，當屏幕上顯示一個穩(wěn)定的橢圓時，信號發(fā)生器指示的頻率即為被測未知信號的頻率。3 李沙育圖形法測量信號相位差設ux = Uxm sin(wt+q)，uy = Uym sinwt，分別加到x通道（Y1通道）和Y2通道，掃描速度旋鈕置”X-Y”位置，熒光屏上顯示的李沙育(或李薩如)圖形如圖5-2所示。則 （4-1）圖4-2李沙育圖形法測相位差4 放大電路的相頻特性研究放大電路的相頻特性是指輸出信號與輸入信號的相位差與信號頻率的關系。采用李沙育圖形法可以測量相位差。保持輸入信號幅度不變，改變輸入信號頻率，逐點測量各頻率對應的相位差，采用描點法作出相頻特性曲線。三、實驗器材1、信號發(fā)生器 1臺2、示波器 1臺3、實驗箱 1臺4、單管、多級、負反饋電路實驗板 1塊四、實驗步驟1 觀察李沙育圖形（1）fx與fy同頻同相時的李沙育圖形用信號發(fā)生器輸出一個1kHz、10mVp-p的正弦波，加到一個射極輸出器，同時加到示波器的Y1通道。射極輸出器的輸出信號加到Y2通道。正確調節(jié)有關旋鈕，屏幕上應看到一條斜線，其斜率即為射極輸出器的電壓放大倍數(shù)。（2）fx與fy同頻不同相時的李沙育圖形用信號發(fā)生器輸出一個100Hz、1Vp-p的正弦波，加到一個RC低通濾波器，同時加到示波器的Y1通道。RC低通濾波器的輸出信號加到Y2通道。正確調節(jié)有關旋鈕，屏幕上應看到一個橢圓。用信號發(fā)生器輸出一個100Hz、1Vp-p的正弦波，加到一個RC高通濾波器，同時加到示波器的Y1通道。RC低通濾波器的輸出信號加到Y2通道。正確調節(jié)有關旋鈕，屏幕上應看到一個橢圓。2 李沙育圖形法測量信號頻率把單管、多級、負反饋電路實驗板接入實驗相，搭接一個RC正弦波振蕩器，利用示波器觀察其輸出波形應無失真。（1）采用“周期法”測量RC正弦波振蕩器輸出信號的頻率。（2）采用“李沙育圖形法”測量RC正弦波振蕩器輸出信號的頻率。示波器有關旋鈕置“X-Y”圖示儀位置。將RC正弦波振蕩器輸出信號加到Y2通道，用一個標準信號發(fā)生器輸出一個幅度適當?shù)恼倚盘柤拥絏（Y1）通道。由小到大改變標準信號發(fā)生器的輸出頻率，當屏幕上出現(xiàn)一個穩(wěn)定的橢圓時，標準信號發(fā)生器的輸出頻率即為RC正弦波振蕩器輸出信號的頻率。（3）比較兩種方法各有何特點。答：前者比較直觀，直接在這圖形上測幾個周期得到頻率，后者要利用不斷調節(jié)信號發(fā)生器的頻率使得其得到一個穩(wěn)定的橢圓時才能測出頻率，較之前者麻煩一些，但更準確。3 李沙育圖形法觀測RC低通和高通濾波電路輸出信號與輸入信號的相位差用信號發(fā)生器輸出一個1kHz、1Vp-p的正弦波，加到一個RC低（高）通濾波器，同時加到示波器的Y1通道。RC低（高）通濾波器的輸出信號加到Y2通道。正確調節(jié)有關旋鈕，屏幕上應看到一個橢圓。根據圖4-2讀數(shù)，并根據式4-1計算相位差，填表4-1。表4-1 李沙育圖形法測相位差電路R（k）C（F）x0xm（計算）RC低通0.11020mV120mV 9.6RC高通1.5104mV 420mV0.64 射極輸出器相頻特性測量用信號發(fā)生器輸出一個1Vp-p的正弦波，加到一個射極輸出器，同時加到示波器的Y1通道。射極輸出器的輸出信號加到Y2通道。正確調節(jié)有關旋鈕，使屏幕上看到一個橢圓。根據圖4-2讀數(shù)，并根據式4-1計算相位差，填表4-2。表4-2射極輸出器相頻特性測量頻率（Hz）5101520501002M3M4M5M（mV）x0440320240200804012141822（mV）xm480480480480500500400320300250（計算）674230251051.82.53.55.1五預習與思考題1 李沙育圖形的顯示原理？答：掃描速度旋鈕置”X-Y”位置時，Y1通道變成x通道，在示波器的y通道(Y2)和x通道(Y1，與Y2通道對稱)分別加上頻率為fy和fx的正弦信號，則在熒光屏上顯示的圖形稱為李沙育(或李薩如)圖形。李沙育圖形的形狀主要取決于fy、fx的頻率比和相位差。例如，當fy/fx=1，且相位差為0時，屏幕上顯示一條對角線；當fy/fx=2，且相位差為0時，屏幕上顯示“”；當fy/fx=1，但相位差不為0時，屏幕上顯示一個橢圓。2 如何用李沙育圖形法測量頻率和相位？答：（1）測量頻率：示波器有關旋鈕置“X-Y”圖示儀位置。將待測信號加到Y2通道，用一個標準信號發(fā)生器輸出一個幅度適當?shù)男盘柤拥絏（Y1）通道。由小到大改變標準信號發(fā)生器的輸出頻率，當屏幕上出現(xiàn)一個穩(wěn)定的橢圓時，標準信號發(fā)生器的輸出頻率即為待測信號的頻率。（2）測量相位：設ux = Uxm sin(wt+q)，uy = Uym sinwt，分別加到x通道（Y1通道）和Y2通道，掃描速度旋鈕置”X-Y”位置，熒光屏上顯示的李沙育(或李薩如)圖形如圖4-2所示。則 3 如何用“逐點法”研究電路的相頻特性？答：放大電路的相頻特性是指輸出信號與輸入信號的相位差與信號頻率的關系。采用李沙育圖形法可以測量相位差。保持輸入信號幅度不變，改變輸入信號頻率，逐點測量各頻率對應的相位差，采用描點法作出相頻特性曲線。六、實驗心得