信号与系统实验指导书信号与系统实验指导书.docx

实验一 一阶电路的零输入响应、零 状态响应及完全响应一 实验目的1 用示波器观察一阶电路的零输入响应，零状态响应及完全响应。2 理解并掌握一阶电路各响应的物理意义。二 原理说明 一阶连续时间系统如图所示图1-1 一阶连续系统实验电路其模型可用微分方程 表示微分方程的解反映了该系统的响应，其中零输入响应由方程的齐次解得到，零状态响应应由方程的全解得到。完全响应应由方程的齐次解和全解得到，即可由零输入响应和零状态响应得到。三 预习练习课前认真阅读教材中微分方程模型的零输入响应，零状态响应的求解过程，并深刻体会。四 实验步骤与内容1 如图搭接线路图3-2 一阶电路响应实验电路图1-2 实验接线图2 V1（0）=12V，V2（0）=5V（1） K1置于a，K2置于c,待光点回到起始位置后，将K2由c扳向d，观察并记录零输入响应。（2） K1置于b，K2置于d，待光点回到起始位置后，将K2由d拨向c，观察并记录零状态响应。（3） K1置于a,K2置于c，待光点回到起始位置后，将K1由a拨向b，观察并记录完全响应。图1-3 响应波形一将V1与V2互换即取V1（0）=5V，V2（0）=12V，重复上述步骤。图1-4 响应波形二五 实验器材1 信号与系统实验箱2 示波器六 实验报告1 在同一坐标下记录观察到的零输入、零状态及完全响应波形。2 分析实验结果。说明观察波形与理论分析波形差异的原因。实验二 二阶电路的瞬态响应一 实验目的1 观察和测定RLC串联电路的阶跃响应和冲激响应，并研究电路参数对响应波形的影响。2 观察RLC并联谐振电路对高频脉冲激励的响应，并研究电路参数对响应波形的影响。二 实验原理说明1 RLC串联电路的阶跃响应和冲激响应的观察。R=1K,L=100mH,C=0.01uF图2-1 RLC串联电路响应实验电路电路如上图所示，其阶跃响应和冲激响应可以有三种情况。时为过阻尼情况，时为欠阻尼情况，时为临界情况。因此对于不同R，其电路响应波形是不同的。因为冲激信号是阶跃信号的导数，所以对线性时不变电路，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顶脉冲代替冲激信号。2 高频脉冲作用于RLC并联谐振回路的响应。图2-2 PLC并联电路响应实验电路观察如上图所示电路在加上脉宽为的高频脉冲冲激励电流时，其输出电压的响应波形随电路元件参数不同而不同。⑴当回路对激励信号载频调谐时，在高频脉冲宽度内，即0＜t＜时间内响应电压的振幅将按指数规律由零逐步增长至稳定值；当第一个高频脉冲已经终止而第二个高频脉冲尚未到来的时间内，即＜t＜T时间内响应电压的振幅将按指数规律逐渐衰减至零。可见响应电压不能随激励电流作振幅的突变，其振幅的建立和衰减都需要一定的时间。如果回路的Q值值太高（即R太大），则振幅的建立和衰减经历的时间过长，就可能和下一个脉冲相连，使断续信号变为连续信号，从而使传送的信息产生错误。⑵当回路对激励信号失谐时，响应电压振幅在建立过程中，先随时间增长，然后围绕其稳定值上下振荡，并逐渐趋于稳态值。三 实验步骤1 观测RLC串联电路阶跃响应按图2-1搭接线路，取L=100mH，C=0.01uF，用示波器观察输入T大于1ms的方波，对于不同R值时，电容器两端的电压波形。2 观测RLC串联电路冲激响应R1=100KΩ，C1=0.01uF,R分别取510Ω和2kΩ。图2-3 RLC串联电路冲激响应实验电路在RLC串联电路之前，设计一个R1C1组成微分电路（注意时间常数要远远小于方波周期，即《T,可取R1=510Ω,C1=0.01uF》，使周期阶跃信号源变成周期冲激信号源。取方波周期T=8ms，L=100mH，C=0.01uF，用示波器观察不同R值时RLC串联电路电容两端电压波形。四 预习练习复习有关瞬态分析的理论，理解并掌握二阶电路的阶跃响应、冲激响应和高频脉冲响应。定性画出本实验中不同电路参数的瞬态响应波形。五 实验器材信号与系统实验箱示波器六 实验报告描绘不同时间常数的输入和输出波形（要用同样的时间轴画出阶跃响应和冲激响应的波形，以便验证其微分关系）。分析实验结果，说明电路参数改变对二阶电路瞬态响应的影响。实验三方波信号的分解一 实验目的观察方波信号的分解二 原理说明1 任何电信号都是由各种不同频率、幅度和初相的正弦波迭加而成的。对周期信号由它的付里叶级数展开式 （为基波频率）可知，各次谐波为基波频率的整数倍。而非周期信号包含了从零到无穷大的所有频率成分，每一频率成分的幅度均趋向无限小，但相对大小是不同的。