实验二 阶跃响应与冲激响应(有数据)（1）.doc

PAGE PAGE 1 实验二 阶跃响应与冲激响应 一、实验目的 1、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； 2、掌握有关信号时域的测量分析方法。 二、实验仪器 1、信号源及频率计模块S2 1块 2、模块一S5 1块 3、数字万用表 1台 4、双踪示波器 1台 三、实验原理 以单位冲激信号作为激励，LTI连续系统产生的零状态响应称为单位冲激响应，简称冲激响应，记为。冲激响应示意图如图2-1： 图2-1冲激响应示意图 以单位阶跃信号作为激励，LTI连续系统产生的零状态响应称为单位阶跃响应，简称阶跃响应，记为 。阶跃响应示意图如图2-2： 图2-2阶跃响应示意图 阶跃激励与阶跃响应的关系简单地表示为： 或者 如图2-3所示为RLC串联电路的阶跃响应与冲激响应实验电路图，其响应有以下三种状态： 1、当电阻R＞2 EQ \R(, EQ \F(L,C) ) 时，称过阻尼状态； 2、当电阻R = 2 EQ \R(, EQ \F(L,C) ) 时，称临界状态； 3、当电阻R＜2 EQ \R(, EQ \F(L,C) ) 时，称欠阻尼状态。 图2-3(a) 阶跃响应电路连接示意图 图2-3(b) 冲激响应电路连接示意图 冲激信号是阶跃信号的导数，即，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。 四、实验内容 1、阶跃响应实验波形观察与参数测量 设激励信号为方波，频率为500Hz。 实验电路连接图如图2-3（a）所示。 ① 调整激励信号源为方波（即从S2模块中的P2端口引出方波信号）；调节频率调节旋钮ROL1，使频率计示数f=500Hz。 ②连接S2模块的方波信号输出端P2至S5模块中的P12。 ③示波器CH1接于TP14，调整W1，使电路分别工作于欠阻尼、临界和过阻尼三种状态，观察各种状态下的输出波形，用万用表测量与波形对应的P12和P13两点间的电阻值（测量时应断开电源），并将实验数据填入表格2-1中。 ④TP12为输入信号波形的测量点，可把示波器的CH2接于TP12上，便于波形比较。 欠阻尼状态 R=0.298 R=1.216 临界状态 R=2.23 过阻尼状态 R=3.20 R=4.75 注：描绘波形要使三种状态的X轴坐标（扫描时间）一致。 2、冲激响应的波形观察 冲激信号是由阶跃信号经过微分电路而得到。 实验电路如图2-3（b）所示。 ①将信号输入接于P10。（输入信号频率与幅度不变）； ②将示波器的CH1接于TP11，观察经微分后响应波形（等效为冲激激励信号）； ③连接P11与P12。 ④将示波器的CH2接于TP14，调整W1,使电路分别工作于欠阻尼、临界和过阻尼三种状态。 ⑤观察电路处于以上三种状态时激励信号与响应信号的波形，并填于表2-2中。 欠阻尼状态 R=164.5 R=534 临界状态 R=1.974 过阻尼状态 R=3.36 R=4.18 表中的激励信号波形为测量点TP11处观测到的波形（冲激激励信号）。响应信号波形为TP14处观察到的波形。 理论值与实际值得比较 理论值： 通过测量得电容 C=0.104uF 已知 L=10mH 有公式 R = 2 EQ \R(, EQ \F(L,C) ) 得 实际值： 五、小结 从该实验中，让我懂得了示波器的用法，把理论与实践结合起来，更加熟悉掌握有关信号时域的测量方法。零输入响应,没有外加激励信号的作用，只由起始状态（起始时刻系统储能）所产生的响应。 零状态响应,不考虑原始时刻系统储能的作用（起始状态等于零），由系统的外加激励信号产生的响应。 阶跃响应，系统在单位阶跃信号作用下的零状态响应，称为单位阶跃响应，简称阶跃响应。 冲激响应单位冲激信号作用下，系统的响应为冲激响应。