實驗3電路的一階瞬態(tài)響應(yīng)

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1、實驗三電路的一階瞬態(tài)響應(yīng)一、實驗?zāi)康模?、觀察對稱方波通過線性系統(tǒng)后波形的失真，了解線性系統(tǒng)頻率特性對信號傳輸?shù)挠绊懀?、測試線性系統(tǒng)的時域特性—階躍響應(yīng)。二、實驗原理：1、本實驗所采用的激勵信號為對稱方波，此信號具有極豐富的頻率分量，當這樣的信號通過線性系統(tǒng)時，若系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性不滿足無失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件，那么方波中的某些頻率分量必然被抑制，造成輸出信號與輸入信號的不同(失真)；系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性不同被抑制的頻率亦會不同。(1)、對稱方波通過微分電路(高通濾波器)微分電路如圖3-1所示，該電路的時常數(shù)為T=RC，若輸入的方波的脈寬τ遠大于電路的時常數(shù)T，則輸出的波形為

2、尖脈沖；若方波的脈寬τ遠小于電路的時常數(shù)T，則輸出的波形近似方波如圖3-1所示。從頻域角度分析，微分電路實質(zhì)上是一個高通濾波器，其系統(tǒng)函數(shù)為：H(s)=S／(S+1/RC)CRττ＜3Tτ＞3~6T圖3-1微分電路其截止頻率為：ωc＝1/RC當方波通過高通率波器時，基波及低次諧波分量將受到衰減，從而產(chǎn)生平頂失真；而且RC越小(截止頻率越大)失真越大，即波形越尖；反之波形失真較小，波形較平坦。(2)、對稱方波通過積分電路(低通濾波器)積分電路如圖3-2所示，該電路的時常數(shù)為T=RC，若輸入的方波的脈寬τ遠大于電路的時常數(shù)T，則輸出的波形近似方波；若方波的脈寬τ遠小于電路

3、的時常數(shù)T，則輸出的精度大大降低，波形接近三角波如圖3-2所示。RCτ＜3Tτ＞(3~5)T圖3-2積分電路同樣從頻域角度分析，積分電路實質(zhì)上是一個低通濾波器，其系統(tǒng)函數(shù)為：H(s)=(1/RC)／(S+1/RC)其截止頻率為：ωc＝1/RC當方波通過低通濾波器時，高次諧波分量將受到衰減，因而輸出信號中只有低頻分量，因此輸出波形的前沿變傾斜；而且RC越大(截止頻率越小)，前沿傾斜越大，即波形失真越大；反之波形失真較小，波形較接近方波。(3)、對稱方波通過LC低通濾波器LC低通濾波器的電路如圖3-3所示。L1L2CR圖3-3LC低通濾波器LC低通濾波器的截止頻率為：當對

4、稱矩形脈沖(方波)通過低通濾波器時，頻率高于fc的諧波分量將被截止(或衰減)到達不了輸出端，只有ffc；則能通過的只有f1，即輸出端為正弦信號；②若方波的三次諧波分量f3fc，則能通過的只有f1，f3，即輸出端信號為基次和三次諧波的合成波形；③若方波的頻率f<

5、2、階躍響應(yīng)的觀測階躍響應(yīng)則是指單位階躍信號作用下系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)。我們用沖激響應(yīng)和階躍響應(yīng)來描述系統(tǒng)的時域特性。由于普通示波器無法捕捉到t=0時刻的瞬間跳變，所以我們用方波作為激勵信號；只要方波的重復(fù)周期T1足夠大(T1>>階躍響應(yīng)建立的時間tr)，則方波前半周的信號就可以看成是階躍信號，若將此方波通過系統(tǒng)其響應(yīng)的前半周就可以認為是階躍響應(yīng)。本實驗的線性系統(tǒng)為一串聯(lián)諧振系統(tǒng)，如圖3-4所示。圖3-4串聯(lián)諧振電路LCR當方波加至串聯(lián)諧振電路時，將引起電路的諧振，振蕩的頻率為：此時只要滿足方波的頻率，就可以把響應(yīng)的前半周認為是階躍響應(yīng)。三、實驗電路(見下頁)：四、實驗前

6、預(yù)習內(nèi)容：1、計算微分電路的截止頻率（R=10KHZ,C=1000PF),并畫出幅拼特性曲線；2、計算積分電路的截止頻率（R=20KHZ,C=1000PF),并畫出幅拼特性曲線；3、計算LC低通濾波器的截止頻率（L=10mH,C=0.1μF)；4、計算圖3-4所示串聯(lián)諧振電路的階躍響應(yīng)，并畫圖。電路圖：12345678123456C11100pfABK1K2K312CDC121000pfC130.1μfR215KΩR2210KΩR2320KΩL3110mHL42.2mHC21000pfR110KΩC30.1μfC41200pfC42200pfR418.1KΩC4320

7、0pfR425.1KΩR3360ΩL3210mH五、實驗內(nèi)容及步驟：將函數(shù)發(fā)生器的CH1輸出波形調(diào)為方波，頻率調(diào)為10KHz，幅度調(diào)為Vpp=5v，并將此方波接實驗板的A、B兩點，示波器接實驗板上的輸出端CD兩點。1、將電路接成微分電路，觀察并記錄波形：將實驗電路中的K2置于1，K3置于1，K1分別置于1，2，3，觀察并記錄波形；計算時間常數(shù)T=RC的值，并與方波的脈寬τ進行比較說明時間常數(shù)T的變化對輸出波形的影響。并從頻域的角度(系統(tǒng)的頻率特性)分析輸出波形產(chǎn)生平頂失真的原因。2、將電路接成積分電路，觀察并記錄波形：將實驗電路中的K2置于2，K3置