什么时候才能开学呢?再不开学家庭关系真的要分崩离析了:(

推文题目是在朋友圈看到的留言:



以往在过每个假期的时候,

都是在假期开始时和快要结束时,

感受到假期的美好和珍贵。

一旦这假期变得遥遥无期了,

心里剩下的只有憋闷和恐慌了......




下面,还是跟今年春季学期上我的信号与系统课程的同学讲讲第二次作业中MATLAB实验题目的问题吧。

问题的缘起

在2020春季学期第二次作业中的MATLAB实验作业: 通过示波器数据进行正弦信号参数估计通过下面RC低通滤波电路,根据输入输出信号采集数值所得到的正弦信号参数估计,来计算电路网络参数。

测量RC电路

由于在实验中已经给定了R1的测量值,所以上面的实验是来测量电容C1的数值的。

根据电路原理,可以知道上述电路稳态输入输出正弦信号之间的关系如下:

因此,输入输出正弦信号的幅度之比为:

输入输出正弦信号的相位差为:


所以,只要能够测量出U,V两个正弦信号的幅度或者相位,频率,再加上已知电阻阻值R\1.,便可以计算出来待测电容的容值。

因此,如果根据同一组  参数,在上面公式中两个比例因子  和  应该相同,即:


但实际根据测量数据,经过正弦曲线拟合会发现,这两个数值相差很大:


MATLAB计算出的参数的问题

这也就使得通过相位和幅值比这两个方法最终估计出来的电容C的容值也相差近一倍。这是为什么呢?

最后还是猜测,可能在原始数据中存在错误。今天晚上在实验室再重新进行实验一次。


重新实验

1. 实验方式

在面包板上搭建RC低通滤波器的电路,并使用STNFORDDS345信号源加以激励,使用RIGOL DS6104获得输入输出的数据。

实验面包板上的实验电路

2. 实验参数设置

按照前面作业中的参数其中:电阻取值:R=1kΩ,电容:C=0.1μF

驱动信号:频率:400Hz, 幅值:2V

测量电容所使用的手持LCR表

3. 实验过程

(1)使用DS6104 采集方式设置为Normal,采集测到的波形:

使用Normal采集方式所获得的示波器的波形

在Normal数据采集中,实际数值是示波器采集多次之后将它们的数值的上限和下限进行显示,并不是一次采样的值。

因此将示波器的显示值重新设置为High Resolution,这样显示的数值就是在一次采集后波形数值了。

从下面的波形可以看出,信号波形“细”了。这实际上就是一次波形采样的数据对应的波形。

使用High Res采集方式所获得的示波器的波形

4. 采集数据以及数据分析

使用Python来完成数据中参数的估计,根据估计的参数重新绘制波形,它们与测量波形重叠。这说明估计的参数符合测量数据。

将估计的参数重新绘制波形

根据数据估计出来的输入输出正弦波的参数,写成表达式为:

由此可得到:


根据两个信号的相位差,可以计算出:



由此可见,根据相位因子计算出来的系数和使用幅值比例因子计算出的系数是相同的:

由此可见在保证同样的RC参数,以及输入频率下,这两个参数应该和理论分析相一致,是相同的。

结论

通过重新采集数据,验证了RC低通滤波器,使用相同的RC参数,在相同的激励信号的频率下,通过相位和幅值进行测试RC参数,最终所得到的数值应该是相同的。

至于为什么上周在布置作业中的数据有偏差,现在就不得而知了。

明天上午8:00 还有课,今天就先说到这儿。




公众号留言


大大,别砍如影随形组啊,直接这样在学校里面比,绕行学校一周,都不站场地的,多省事啊,还刺激。


这是我国赛回来的时候受猎犬出击启发改的,后来没想到真成新组别了,希望卓大大三思啊,不要砍这个组