滤波器频率响应特性仿真实验.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流滤波器频率响应特性仿真实验.精品文档.实验九 基于LabVIEW的滤波器频率响应特性仿真实验滤波器频率响应特性实验通常有点频法与扫频法两种。点频法简单而易于实现，但数据记录与处理比较麻烦，通常是列表进行数据记录，再根据列表数据粗略绘制幅频响应特性曲线。扫频法直接输入扫频正弦波信号，可以更加直观的观察到滤波输出信号随输入信号频率变化而变化的连续过程。但是在实验箱上要得到扫频正弦信号源比较困难，通常是利用单片机低频锯齿波信号对函数信号发生器产生的正弦信号进行频率控制而实现扫频。电路原理复杂、设备成本高，而且必须分段扫频，调节过程复杂，输出信号幅度难以控制。基于LabVIEW的滤波器频率响应特性仿真实验能很好的解决扫频信号源的问题，实现扫频法测量滤波器的频率响应特性，同时该仿真实验同样可以实现点频法测量频向特性。一、实验目的1、通过基于LabVIEW的滤波器频率响应特性仿真实验，进一步学习和掌握LabVIEW软件的使用与编程方法与技巧。2、学习扫虚拟频信号源的设计。2、学会扫频法测量滤波器的频率响应特性。4、通过实验，进一步区分不同滤波器的滤波原理。二、实验原理1、滤波器基本原理参见实验八的实验原理之图5-31、5-32。2、滤波器频率响应特性仿真实验程序设计基本原理 滤波器皮褛响应特性测试实验通常有点频法与扫频法两种方法，采用基于LabVIEW的仿真实验既可以采用点频法，也可以采用扫频法。点频法使用普通的频率与幅度可调的虚拟正弦波信号源，扫频法则设计专用虚拟扫频信号源作为实验的输入信号。点频法与扫频法仿真实验程序设计的原理框图分别如图5-35和图5-36所示：图5-35 点频法仿真实验程序设计原理框图图5-36 扫频法仿真实验程序设计原理框图点频法仿真实验程序原理框图如图5-35所示，实验程序中滤波器可以任意更换，比如换做低通、高通、带通、带阻等等。正弦波信号发生器的的幅度与频率可调，增加实验时的灵活性。同时频率可调也正是点频法实验必须的条件。在滤波器输出端必须进行幅度测量与波形显示。扫频法仿真实验程序原理框图如图5-36所示，与点频法相比，信号源部分直接换为扫频信号源，在滤波器输出端除进行必要的波形显示以外，还可以直接显示滤波器的频率响应特性曲线。三、实验仪器或实验条件学生用微机一台，LabVIEW仿真软件。四、实验内容与实验方法如图5-37所示为采用正弦信号作为输入信号的滤波器频率响应特性测试仿真实验程序的示例程序，该程序适合点频法。正弦信号的幅度与频率可调。在滤波器部分，滤波器的类型可以根据实验内容需要进行更换，滤波器的阶数、上下截止频率等参数可以有设计者根据需要任意设定。在程序输出端需要对滤波后的正弦波形与输入的正弦波形进行对比观察，同时还需要对对输出波形的幅度进行测量。图5-37 点频法实验程序图如图5-38所示为扫频法测量滤波器频率响应特性的实验程序框图，该程序可以直接得到某种滤波器的频率响应特性曲线。不用象点频法那样，必须单点测试并用表格记录实验数据，并通过数据画出滤波器频率响应特性曲线。图5-38 扫频法实验程序图扫频法实验程序的前面板如图5-39所示，采用扫频信号输入，对比测试输入输出信号的幅度值变化，由程序自行计算，可以直接得到滤波器的频率响应特性曲线，如图5-39的第三组波形图即为低通滤波器的频率响应特性曲线，图形直观而且准确。图5-39 正弦信号作为输入信号的实验程序前面板与程序框图五、数据记录与处理1、对各种无源滤波器的幅频响应进行测量并按表5-13进行记录2、按照记录表中的数据描点连线按图5-40画出各种滤波器的幅频特性曲线表5-13 XXX滤波器幅频特性测试数据记录表频率w|U0(w)|Ui(w)|A(w)图5-40 XXX滤波器幅频特性曲线3、若按扫频法完成实验过程，直接截图得到各种滤波器的幅频特性曲线。六、实验注意事项1、实验过程中注意输入信号的频率范围一定要尽可能覆盖滤波器的上下截止频率，不然会出现滤波器特性的错误判断。2、仿真实验程序中，上下截止频率的设置要恰当，下截止频率不能大于上截止频率。3、点频法实验过程进行数据记录时，在截止频率附近数据点要相对集中。4、扫频法的扫频信号源的扫频截止频率应该与对应滤波器的截止频率相匹配，否则不能得到完整的频率响应特性。七、思考题1、滤波器的阶数与滤波特性有什么联系？2、实际应用中，滤波器的阶数越高越好吗？3、滤波器的的截止频率与滤波性能有关系吗？4、什么叫滤波器的通带与阻带？