实验一 连续系统时域响应分析实验报告

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、实验内容与原理内容：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。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)。R+Vc(0+Vc(0)－Vc(t)-1-1RC系统则系统的响应：t 1 t

1(t)V(t)eRCC

V(0) c RC0

e

e()d （1-1）tc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eRCVc

(0)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1-2RCRC图1-2零输入响应与零状态响应电路原理图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：LC当电阻RLC

时，称过阻尼状态；当电阻RLC当电阻RLC

时，称临界阻尼状态；LCLC图1-3阶跃响应与冲激响应原理图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。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一块阶跃响应与冲激响应模块一块20MHz双踪示波器 一台连接线 若干四、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。系统零输入响应与零状态响应特性：①将信号源单元产生Vpp=10V，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）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。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。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插作。阶跃响应的波形观察：PP ①断开跳线J101，将信号源单元产生的V ＝10V，f＝1kHz，占空比约为50%的波信号送入激励信号输入点STEP_INPP ②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。冲激响应的波形观察：PP ①连接跳线J101，将信号源单元产生的V ＝10V，f＝1kHz，占空比约为50%的波信号送入激励信号输入点IMPULSE_INPP ②用示波器观察STEP_IN测试点方波信号经微分后的响应波形（等效为冲激激励信号）。③调节电位计W102，改变冲激脉冲信号的占空比，使脉冲信号更接近冲激信号。④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Response_out点三种状态的冲激响应输出波形并分析对应的电路参数。五、实验数据及结果分析：跃响应的波形。图1 激励信号波形图3系统的零输入响应阶跃响应的波形

图2 全响应图4 零状态响应图5 欠阻尼 图6 临界阻尼图7过阻尼 图8冲激激励响应冲激响应的波形图9 欠阻尼 图10 临界阻尼图11过阻尼分析实验结果，说明电路参数变化对响应波形的影响。LCRLC

时，波形为过阻尼状态；当电阻R2 时，波形为临界阻尼状态；当LCLCRLCLC

时，波形为欠阻尼状态。六、实验结论：七、实验思考题试分析系统的时间常数对零输入响应和零状态响应波形的影响。时间常数小，图像较陡，到达稳定状态的时间短；时间常数大，图像平缓，