信号与线性系统实验报告.doc

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1、实验一连续系统时域响应分析（硬件实验）一、实验目的1．熟悉系统的零输入响应与零状态响应的工作原理。2．掌握系统的零输入响应与零状态响应特性的观察方法。3．观察和测量RLC串联电路的阶跃响应与冲激响应的波形和有关参数，并研究其电路元件参数变化对响应状态的影响。4．掌握有关信号时域的测量方法。二、实验内容1．用示波器观察系统的零输入响应波形。2．用示波器观察系统的零状态响应波形。3．用示波器观察系统的全响应波形。4．用示波器观察欠阻尼、临界阻尼和过阻尼状态的阶跃响应波形。5．用示波器观察欠阻尼、临界阻尼和过阻尼状态的冲激响应波形三、实验仪器1．信号与系统

2、实验箱一台2．信号系统实验平台3．零输入响应与零状态响应模块（DYT3000-64）一块4．阶跃响应与冲激响应模块（DYT3000-64）一块5．20MHz双踪示波器一台6．连接线若干四、实验原理1．系统的零输入响应和零状态响应系统的响应可分解为零输入响应和零状态响应。在图1-1中由RC组成一阶RC系统，电容两端有起始电压Vc(0-)，激励源为e(t)。Re(t)Vc(0－)Vc(t)+-图1-1一阶RC系统则系统的响应：（1-1）上式中第一项称之为零输入响应，与输入激励无关，零输入响应是以初始电压值开始，以指数规律进行衰减。第二项与起始储能无关，只

3、与输入激励有关，被称为零状态响应。在不同的输入信号下，电路会表征出不同的响应。系统的零输入响应与零状态响应电路原理图如图1-2所示。实验中为了便于示波器观察，用周期方波作为激励信号，并且使RC电路的时间常数略小于方波信号的半周期时间。电容的充、放电过程分别对应一阶RC系统的零状态响应和零输入响应，通过加法器后得到系统的全响应。1．系统的阶跃响应和冲激响应RLC串联电路的阶跃响应与冲激响应电路原理图如图1-3所示，其响应有以下三种状态：1）当电阻时，称过阻尼状态；2）当电阻时，称临界阻尼状态；3）当电阻时，称欠阻尼状态。冲激信号是阶跃信号的导数，所以对

4、线性时不变系统冲激响应也是阶跃响应的导数。为了便于用示波器观察响应波形，实验中用周期方波代替阶跃信号，而用周期方波通过微分电路后得到的尖脉冲代替冲激信号，冲激脉冲的占空比可通过电位计W102调节。五、实验步骤1、本部分实验使用信号源单元和零输入响应与零状态响应模块。1）熟悉零输入响应与零状态响应的工作原理。接好电源线，将零输入响应与零状态响应模块（如图1-5左侧所示）插入信号系统实验箱（如图1-4所示）插槽中，打开实验箱电源开关，通电检查模块灯亮，实验箱开始正常工作。2）系统零输入响应与零状态响应特性观察（1）：①将信号源单元产生Vpp=20V，f0

5、＝1kHz，占空比约为50%的方波信号送入激励信号输入点SQU_IN。此时U202各个引脚均悬空。②只将U202的4，11短接（即，10K与1K并联），或只将6，9（即，10K与3K联并）短接，用示波器观察一阶RC系统的零输入响应与零状态响应输出点OUT1的波形。3）系统零输入响应与零状态响应特性观察（2）：①将信号源单元产生Vpp=20V，f0＝1kHz，占空比约为50%的方波信号送入激励信号输入点SQU_IN。②只将U202的1，14短接（即，10K与3K并联），或只将3，12短接（即，10K与1K并联），用示波器观察一阶RC系统的零输入响应与零

6、状态响应输出点OUT2的波形。注：上述第2）步和第3）步只做其中之一即可方波系统零输入与零状态相应2、本部分实验使用信号源单元和阶跃响应与冲激响应单元。1）熟悉阶跃响应与冲激响应的工作原理。接好电源线，将阶跃响应与冲激响应模块（如图1-6右侧所示）插入信号系统实验平台插槽中，打开实验箱电源开关，通电检查模块灯亮，实验箱开始正常工作。2）阶跃响应的波形观察：①断开跳线J101，将信号源单元产生的VPP＝20V，f0＝1kHz，占空比约为50%的方波信号送入激励信号输入点STEP_IN。②调节电位计W101，使电路分别工作在欠阻尼、临界阻尼和过阻尼状态，

7、用示波器观察三种状态的阶跃响应输出波形并分析对应的电路参数。③二阶系统欠阻尼阶跃响应二阶系统欠阻尼阶跃响应二阶系统临界阻尼阶跃响应二阶系统过阻尼阶跃响应①连接跳线J101，将信号源单元产生的VPP＝20V，f0＝1kHz，占空比约为50%的方波信号送入激励信号输入点IMPULSE_IN。②用示波器观察STEP_IN测试点方波信号经微分后的响应波形（等效为冲激激励信号）。③调节电位计W102，改变冲激脉冲信号的占空比，使脉冲信号更接近冲激信号。④调节电位计W101，使电路分别工作在欠阻尼、临界阻尼和过阻尼状态，用示波器观察Response_out点三种

8、状态的冲激响应输出波形并分析对应的电路参数。冲击信号冲激信号的欠阻尼冲激临界阻尼冲激过阻尼七、实验考题1．试