實驗1   階躍響應與沖激響應實驗

一、實驗目的

1.觀察和測量RLC串聯電路的階躍響應與沖激響應的波形和有關參數，并研究其電路元件參數變化對響應狀態的影響；

2.掌握有關信號時域的測量方法。

二、實驗原理說明

實驗如圖1-1所示為RLC串聯電路的階躍響應與沖激響應的電路連接圖，圖1-1（a）為階躍響應電路連接示意圖；圖1-1（b）為沖激響應電路連接示意圖。

（1） 當電阻R＞2  EQ \R(, EQ \F(L,C) ) 時，稱過阻尼狀態；

（2） 當電阻R = 2  EQ \R(, EQ \F(L,C) ) 時，稱臨界狀態；

（3） 當電阻R＜2  EQ \R(, EQ \F(L,C) ) 時，稱欠阻尼狀態。

現將階躍響應的動態指標定義如下：

上升時間 ：y(t)從0到第一次達到穩態值y（∞）所需的時間。

峰值時間 ：y(t)從0上升到 所需的時間。

調節時間 ：y(t)的振蕩包絡線進入到穩態值的 %誤差范圍所需的時間。

最大超調量δ：

 圖1-1 (c)   沖激響應動態指標示意圖

沖激信號是階躍信號的導數，所以對線性時不變電路沖激響應也是階躍響應的導數。為了便于用示波器觀察響應波形，實驗用中用周期方波代替階躍信號。而用周期方波通過微分電路后得到的尖頂脈沖代替沖激信號。三、實驗內容

1.階躍響應波形觀察與參數測量

設激勵信號為方波，其幅度為1.5V，頻率為500Hz。

實驗電路連接圖如圖1-1（a）所示。

 = 1 \* GB3 ① 連接P702與P914, P702與P101。(P101為毫伏表信號輸入插孔).

 = 2 \* GB3 ② J702置于“脈沖”，撥動開關K701選擇“脈沖”；

 = 3 \* GB3 ③ 按動S701按鈕,使頻率f=500Hz，調節W701幅度旋鈕，使信號幅度為1.5V。（注意：實驗中，在調整信號源的輸出信號的參數時，需連接上負載后調節）

④ 示波器CH1接于TP906，調整W902，使電路分別工作于欠阻尼、臨界和過阻尼三種狀態，并將實驗數據填入表格1—1中。

 = 5 \* GB3 ⑤ TP702為輸入信號波形的測量點，可把示波器的CH2接于TP702上，便于波形比較。

注：描繪波形要使三種狀態的X軸坐標（掃描時間）一致。

2.沖激響應的波形觀察

沖激信號是由階躍信號經過微分電路而得到。

實驗電路如圖1—1（b）所示。

 = 1 \* GB3 ①P702與P912, P702與P101；（頻率與幅度不變）

 = 2 \* GB3 ②將示波器的CH1接于TP913，觀察經微分后響應波形（等效為沖激激勵信號）；

 = 3 \* GB3 ③連接P913與P914

 = 4 \* GB3 ④將示波器的CH2接于TP906，調整W902,使電路分別工作于欠阻尼、臨界和過阻尼三種狀態

 = 5 \* GB3 ⑤觀察TP906端三種狀態波形，并填于表1—2中。

表中的激勵波形為在測量點TP913觀測到的波形（沖激激勵信號）。

四、實驗報告要求

1.描繪同樣時間軸階躍響應與沖激響應的輸入、輸出電壓波形時，要標明信號

幅度A、周期T、方波脈寬T1以及微分電路的τ值。

2.分析實驗結果，說明電路參數變化對狀態的影響。

五、實驗設備

1.雙蹤示波器              1臺

2.信號系統實驗箱          1臺

實驗2   連續時間系統的模擬 一、實驗目的

1.了解基本運算器——加法器、標量乘法器和積分器的電路結構和運算功能；

2.掌握用基本運算單元模擬連續時間系統的方法。

二、實驗原理說明

1.線性系統的模擬

系統的模擬就是用由基本運算單元組成的模擬裝置來模擬實際的系統。這些實際系統可以是電的或非電的物理量系統，也可以是社會、經濟和軍事等非物理量系統。模擬裝置可以與實際系統的內容完全不同，但是兩者的微分方程完全相同，輸入、輸出關系即傳輸函數也完全相同。模擬裝置的激勵和響應是電物理量，而實際系統的激勵和響應不一定是電物理量，但它們之間的關系是一一對應的。所以，可以通過對模擬裝置的研究來分析實際系統，最終達到一定條件下確定最佳參數的目的。

2. 三種基本運算電路

a.比例放大器，如圖2-1。

圖2-1   比例放大器電路連接示意圖

b. 加法器，如圖2-2。uo=- EQ \F(R2,R1) （u1+u2）=-（u1+u2）    （R1=R2）4.一階RC電路的模擬

如圖2-4（a）為已知的一階RC電路。圖2-4（d）是它的一階模擬電路。

 = 1 \* GB3 ①同學們自己動手連接如圖2-4（d）所示實驗電路。

 = 2 \* GB3 ②信號發生器產生幅度為1V，頻率f=1KHz的方波送入一階模擬電路輸入端，用示波器觀測輸出電壓波形，驗證其模擬情況。 
1.準確繪制各基本運算器輸入輸出波形，標出峰-峰電壓及周期；

2.繪制一階模擬電路階躍響應，標出峰-峰電壓及周期。