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1、《信號與系統(tǒng)》實驗指導書張靜亞周學禮常熟理工學院物理與電子工程學院2009年2月-21-實驗一常用信號的產(chǎn)生及一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)一、實驗目的1.了解常用信號的波形和特點。2.了解相應(yīng)信號的參數(shù)。3.熟悉一階系統(tǒng)的無源和有源模擬電路；4．研究一階系統(tǒng)時間常數(shù)T的變化對系統(tǒng)性能的影響；5．研究一階系統(tǒng)的零點對系統(tǒng)的響應(yīng)及頻率特性的影響。二、實驗設(shè)備1．TKSX-1E型信號與系統(tǒng)實驗平臺2.計算機1臺3.TKUSB-1型多功能USB數(shù)據(jù)采集卡三、實驗內(nèi)容1．學習使用實驗系統(tǒng)的函數(shù)信號發(fā)生器模塊，并產(chǎn)生如下信號： (1)正弦信號f1(t)，頻率
2、為100Hz，幅度為1；正弦信號f2(t)，頻率為10kHz，幅度為2；(2)方波信號f3(t)，周期為1ms，幅度為1；(3)鋸齒波信號f4(t)，周期為0.1ms，幅度為2.5；2．學會使用虛擬示波器，通過虛擬示波器觀察以上四個波形，讀取信號的幅度和頻率，并用坐標紙上記錄信號的波形。3.采用實驗系統(tǒng)的數(shù)字頻率計對以上周期信號進行頻率測試，并將測試結(jié)果與虛擬示波器的讀取值進行比較。4．構(gòu)建無零點一階系統(tǒng)（無源、有源），測量系統(tǒng)單位階躍響應(yīng),并用坐標紙上記錄信號的波形。5．構(gòu)建有零點一階系統(tǒng)（無源、有源），測量系統(tǒng)單位階躍響應(yīng),并用坐標
3、紙上記錄信號的波形。-21-四、實驗原理1．描述信號的方法有多種，可以是數(shù)學表達式（時間的函數(shù)），也可以是函數(shù)圖形（即為信號的波形）。對于各種信號可以分為周期信號和非周期信號；連續(xù)信號和離散信號等。2.無零點的一階系統(tǒng)無零點一階系統(tǒng)的有源和無源模擬電路圖如圖1－1的(a)和(b)所示。它們的傳遞函數(shù)均為(a)(b)圖1－1無零點一階系統(tǒng)有源、無源電路圖3．有零點的一階系統(tǒng)(
4、Z
5、<
6、P
7、)圖1－2的(a)和(b)分別為有零點一階系統(tǒng)的有源和無源模擬電路圖，他們的傳遞函數(shù)為： (a)(b)圖1－2有零點(
8、Z
9、<
10、P
11、)一階系統(tǒng)有源、無源
12、電路圖4．有零點的一階系統(tǒng)(
13、Z
14、>
15、P
16、)圖1－3的(a)和(b)分別為有零點一階系統(tǒng)的有源和無源模擬電路圖，他們的傳遞函數(shù)為：-21-（a）（b）圖1－3有零點(
17、Z
18、<
19、P
20、)一階系統(tǒng)有源、無源電路圖五、實驗步驟（一）常用信號觀察1．打開實驗系統(tǒng)電源，打開函數(shù)信號發(fā)生器模塊的電源。2.連接多功能USB數(shù)據(jù)采集卡，打開虛擬示波器應(yīng)用程序USB2086.EXE。3．在函數(shù)信號發(fā)生器模塊中選擇波形，產(chǎn)生實驗內(nèi)容要求的四個信號，通過虛擬示波器觀察以上四個波形，讀取信號的幅度和頻率，并用坐標紙上記錄信號的波形。（二）一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)1.利
21、用實驗臺上相關(guān)的單元組成圖1－1(a)（或(b)）所示的一階系統(tǒng)模擬電路，系統(tǒng)輸出端接示波器其中一通道。2.“階躍信號發(fā)生器”模塊的“輸出端1”與電路的輸入端相連，電路的輸出端接示波器另一通道。將“階躍信號發(fā)生器”的輸出調(diào)到“正輸出”，按下“階躍信號發(fā)生器”的按鈕，調(diào)節(jié)“階躍信號發(fā)生器”的可調(diào)電位器，使之輸出電壓幅值為1V。3.觀測系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，并由曲線實測一階系統(tǒng)的時間常數(shù)T。4．將“函數(shù)信號發(fā)生器”選在“方波”，頻率為“f1”，調(diào)節(jié)幅度電位器和頻率電位器使輸出信號幅度為1V、頻率為20Hz。5．將“函數(shù)信號發(fā)生器”的輸出端接到單元
22、電路的輸入端，將示波器接到電路的輸出端，觀察波形。六、實驗報告1．根據(jù)實驗測量的數(shù)據(jù)，繪制各個信號的波形圖，并寫出相應(yīng)的數(shù)學函數(shù)表達式。2.根據(jù)測得的一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線，測出其時間常數(shù)；七、實驗思考題-21-簡述根據(jù)一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線確定系統(tǒng)的時間常數(shù)T的兩種常用的方法。實驗二系統(tǒng)的零輸入、零狀態(tài)及完全響應(yīng)一、實驗目的1．通過實驗，進一步了解系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的原理。2．掌握用簡單的R-C一階電路觀測零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的實驗方法。二、實驗設(shè)備1．TKSX-1E型信號與系統(tǒng)實驗平臺2.計算機1臺3.T
23、KUSB-1型多功能USB數(shù)據(jù)采集卡三、實驗內(nèi)容1．設(shè)計一個能觀測零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的電路圖（參考圖2-1）。2．分別觀測該電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的動態(tài)曲線。四、實驗原理1.零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的模擬電路如圖2－1所示。圖2-1零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的電路圖2.合上圖2-1中的開關(guān)K1、K3，則由回路可得iR+Uc＝E(1)∵i＝C，則上式改為(2)-21-對上式取拉氏變換得：RCUC（S）-RCUC（0）+UC（S）＝∴，其中(3)式(3)等號右方的第二項為零輸入響應(yīng)，即由初始條件激
24、勵下的輸出響應(yīng)；第一項為零狀態(tài)響應(yīng)，它描述了初始條件為零（Uc（0）=0）時，電路在輸入E=15V作用下的輸出響應(yīng)，顯然它們之和為電路的完全響應(yīng)，圖2-2所示的曲線表示這三種的響應(yīng)過程。?圖2-2零輸入響應(yīng)
