Matlab课程设计方案Matlab的RC串联电路频率响应特性分析.docx
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Matlab课程设计方案Matlab的RC串联电路频率响应特性分析
课程设计任务书
学生姓名：
专业班级：
指导教师：
工作单位：
题目：
Matlab应用课程设计
—基于Matlab的RC串联电路频率响应特性分析
初始条件：
1.Matlab6.5以上版本软件；
2.先修课程：
电路原理等；
3.R=2JC=O.5F。
要求完成的主要任务：
（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写
等具体要求）
1、在RC串联电路中，求该电路的频率响应H,（j）=Uc（j■）和
U°j）
H2（「）二土g，并绘出其特性曲线；
2Uo（j■）
2、画出程序设计框图，编写程序代码，上机运行调试程序，记录实验结果
（含计算结果和图表等），并对实验结果进行分析和总结；
3、课程设计说明书按学校统一规范来撰写，具体包括：
⑴目录；⑵理论分析；
⑶程序设计；⑷程序运行结果及图表分析和总结；
⑸课程设计的心得体会（至少500字）；
⑹参考文献（不少于5篇）。
时间安排：
周一、周二查阅资料，了解设计内容；
周三、周四程序设计，上机调试程序；周五、整理实验结果，撰写课程设计说明书。
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
1.Matlab
介••••
•1
软
件
简
2.RC
串
联
电
路
频
率
响应
特性
分
析•••.
••2
3.
程
序
设
计••…
•3
4.程
析••••
序
运
行
结
果
及
结果
分
•5
5.
课
程
设
计
的
心
得
会••••
7
6.
参
考
文
献••••
••
•
•
••
•
•
••
••
•••
8
1.Matlab软件简介
1.1Matlab语言的历史
70年代后期，身为美国NewMexico大学计算机系系主任的CleveMoler发现学生用FORTRAN编写接口程序很费时间,于是他开始自己动手,利用业余时间为学生编写EISPACK和LINPACK的接口程序。
CleveMoler给这个接口程序取名为Matlab。
1984年，为了推广Matlab在数值计算中的应用，CleveMoler、JohonLittle等正式成立了Mathworks公司，从而把Matlab推向市场，并开始了对Matlab工具相等的开发设计。
1.2Matlab软件简况
Matlab是MatrixLaboratory的缩写，意为矩阵实验室。
它具有强大的矩阵处理功能和绘图功能，进还能进行文字处理，绘图，建模仿真等功能。
随着版本的不断升级，它在数值计算及符号计算功能上得到了进一步完善。
Matlab
已经发展成为多学科、多种工作平台的功能强大的大型软件。
在欧美等高校，Matlab已经成为线性代数、自动控制理论、概率论及数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教案工具。
1.3Matlab的特点
Matlab有以下一些特点：
Matlab的帮助功能很强大，自带有详细的帮助手册，基于HTML的完整的帮助功能，也可以用help命令来得到帮助信息。
程序语法与C语言类似，设计自由度大，方便我们编程。
例如在Matlab里，用户无需对变量预定义就可使用。
大量数学函数已经定义好，并且有很强的用户自定义函数的能力。
Matlab有高级的程序环境，但程序环境很简单易用，有与其它语言编写的程序结合和输入输出格式化数据的能力；Matlab既具有结构化的控制语句，又有面向对象编程的特性。
还有一个原因使Matlab受人们欢迎的，那就是Matlab源程序具有很大的开放性。
除了内部函数以外，所有Matlab的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。
Matlab有强大的的图形绘制功能。
在Matlab里，数据可视化的操作非常简单易用。
Matlab还有较强的编辑图形界面的能力。
可以用来声成图解和可视化的二维、三维图。
Matlab还拥有功能强大的各种工具箱。
其工具箱分为两类：
功能性工具箱和学科性工具箱。
功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与硬件实时交互功能。
功能性工具箱用于多种学科。
而学科性工具箱是专业性比较强的，如（control、signalproceessing、commumnication）toolbox等。
这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高，精，尖的研究，能极大地促进我们的学习研究工作。
虽然Matlab有很多优点，但它也有一些缺点，比如：
由于Matlab的程序不
用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。
2.RC串联电路频率响应特性分析
Uc
图2.1原理电路图方向
RC如图所示:
Uo
1
分阻抗：
Zr=RZc』
①
c
Ur
总阻抗：
Z=R+
频率响应：
H1=Uc/Uo=Zc/Z
H2=Ul/Uo=Zl/Z
丄
设s=j3贝UH1=sC—=--
丄十R1+sCRsC
sCR
1+sCR
H2=F
SCR
因此易得
Hi幅频响应
H1=
1（CR）2
Hi相频响应
"hi=-arctan（3CR）
H2幅频响应
H2=
1
1（Cr）2
、i
H2相频响应叮JH2=arctan（）
■■CR
H2①H1①H2为
这样就可以得到关于3的函数表达式，然后分别以Hi
纵坐标，以3为横坐标绘制幅频特性、相频响应曲线，通过观察曲线就可以研究频率响应特性。
3.程序设计
调用freqi
7^丄=.Utt?
J.-UItl.
函数计
算幅频特性
调用plot函
旨数绘制
相应曲线
输出曲线束~~[/
图3.1程序设计流程图
源程序
频率响应Hi的源程序:
R=2。
C=0.5ofz=1。
fm=[R*C1]。
w=0:
0.01:
25。
%电阻的值
%电容的值
%H1表达式分子的系数向量%H1分母的系数向量%设定频率的变化范围
ylabel（'abs（H）'）。
grid;
频率响应H2的源程序:
R=2。
％电阻的值
C=0.5。
％电容的值
fz=[R*C0]。
%H2表达式分子的系数向量fm=[R*C1]。
%H2分母的系数向量w=0:
0.01:
25。
％设定频率的变化范围g=freqs（fz,fm,w）。
％求其频率响应x=angle（g）。
％求相频响应y=abs（g）。
％求幅频响应subplot（2,1,1）,plot（w,x*180/pi）%画相频响应的曲线xlabel（'角频率-rad/s'）。
ylabel（'角度'）。
grid；
subplot（2,1,2）,
plot（w,y）%画幅频响应的曲线xlabel（'角频率-rad/s'）。
ylabel（'abs（H）'）。
grid;
4.程序运行结果及分析
4.1运行结果
o
5
15
25
图4.1H1的频率响应曲线
0510152025
图4.2H2的频率响应曲线
4.2结果分析
4.2.1频率响应H
Hi相频特性曲线分析：
由图可知，Hi相频特性是一条下降的曲线，说明相角随频率的增加而减小，其值总小于0。
当3趋近于0时，相角趋近于0,当3趋近于无穷时，相角趋近于-90°。
Hi幅频特性曲线分析：
由图可得，Hi的幅频特性曲线是一条下降的曲线，说明电压传输系数H的幅值随3的升高而减小，当3趋近于0时，幅值趋近于1,当3趋近于无穷时，幅值趋近于0,说明c越高时，C上的电压值越大，显示了该电路的低通特性。
4.2.2频率响应
H2相频特性曲线分析：
由图可知，H2的相频特性曲线是一条下降的曲线，说明H2的相角随频率的增加而减小，其值在0到90度之间。
当3趋近于0
时，相角趋近于90°,当3趋近于无穷时，相角趋近于0。
H2幅频特性曲线分析：
由图可得，H2的幅频特性曲线是一条上升的曲线，说明H2的幅值随频率的升高而升高，当3趋近于0时，幅值趋近于1,当3趋近于无穷时，幅值趋近于0,当3趋近于0时，幅值趋近于0,当3趋近于无穷时，幅值趋近于1,说明频率越高时，R上分得的电压越大，体现了该电路的高通性质。
5.课程设计心得体会
通过Matlab—周以来的学习研究，我对Matlab有了初步的认识，我掌握了Matlab的基本操作，并学会了用Matlab解决一些电路和数学上的问题，下面是我具体的一些体会
Matlab功能非常强大，几乎可以计算我们目前所遇到的任何问题，不仅可以计算数学问题，也可以用来解决电路等其他学科的各种问题。
而且我们可以自编函数，从而可以解决更多样的问题。
但以目前我们的知识，只能掌握Matlab的一小部分功能，在以后的学习中，我还需要继续学习Matlab的相关知
识。
Matlab虽然功能非常强大，但其操作却非常简单，它的语法类似于我们以前学过的C语言，使我很容易上手，而其语法比C语言更为自由，限制更少，
语法类似于自然语言，简洁而智能化，使我可以很容易的编写程序且不容易出错。
关于绘图的操作则比C语言简单得多，用几条简单的语句就可以绘出各种曲线、图形，使我们的学习研究变的非常方便。
本次课程设计握紧掌握了绘制二维曲线，我还需要进一步的学习。
我认为学习Matlab的关键在于函数，只要掌握了函数的用法，那么就能很快的编出程序。
而Matlab的难点也正是函数，因为Matlab拥有大量的函数，仅仅基本的函数就超过七百个，要是算上专业拓展函数那就更多，想在短时间内掌握这么多函数是很难的。
我认为应该多练多学，在解决问题的过程中学习并记住所用的函数，有不懂的就查资料，问同学，争取彻底搞懂所作的问题，并牢牢掌握，这样以后就可以独立解决类似问题。
在这次课程设计中，我学到了很多关于Matlab的知识，但这还远远不够，
我现在只掌握了一些基本的功能，而解决更高级问题我的知识还不够，我要在日后进一步学习，更好地掌握Matlab。
6.参考文献
[1]邱关源，罗先觉主编，电路，第五版，北京：
高等教育出版社，2006
[2]陈怀琛，吴大正，高西全主编，Matlab及在电子信息课程中的应用，第三版北京:
电子工业出版社，2006
[3]杨高波，元波编著，精通Matlab7.0混合编程，北京：
电子工业出版社，2006
[4]陈怀琛主编，Matlab及其在理工课程中的应用指南，西安：
西安电子科技大学出版社，2000
⑸陈怀琛，龚杰民主编，线性代数实践及Matlab入门，北京：
电子工业出版
设,2005
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
专业班级
课程设计题目：
课程设计答辩或质疑记录:
成绩评定依据:
指导教师签字：
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