《信号与线性系统实验报告.docVIP

实验一 连续系统时域响应分析（硬件实验） 一、实验目的 熟悉系统的零输入响应与零状态响应的工作原理。 掌握系统的零输入响应与零状态响应特性的观察方法。 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。 掌握有关信号时域的测量方法。 二、实验内容 用示波器观察系统的零输入响应波形。 用示波器观察系统的零状态响应波形。 用示波器观察系统的全响应波形。 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。 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 信号与系统实验箱 一台 信号系统实验平台 零输入响应与零状态响应模块（DYT3000-64） 一块 阶跃响应与冲激响应模块（DYT3000-64） 一块 20MHz双踪示波器 一台 连接线 若干 四、实验原理 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)。 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。 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： 当电阻时，称过阻尼状态； 当电阻时，称临界阻尼状态； 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＝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。 阶跃响应的波形观察： 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。 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，用示波器观察三种状态的阶跃响应输出波形并分析对应的电路参数。 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 连接跳线J101，将信号源单元产生的VPP＝20