實(shí)驗(yàn)3電路的一階瞬態(tài)響應(yīng)

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1、實(shí)驗(yàn)三電路的一階瞬態(tài)響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、觀察對(duì)稱方波通過(guò)線性系統(tǒng)后波形的失真，了解線性系統(tǒng)頻率特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀?、測(cè)試線性系統(tǒng)的時(shí)域特性—階躍響應(yīng)。二、實(shí)驗(yàn)原理：1、本實(shí)驗(yàn)所采用的激勵(lì)信號(hào)為對(duì)稱方波，此信號(hào)具有極豐富的頻率分量，當(dāng)這樣的信號(hào)通過(guò)線性系統(tǒng)時(shí)，若系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性不滿足無(wú)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(hào)與輸入信號(hào)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(huì)不同。(1)、對(duì)稱方波通過(guò)微分電路(高通濾波器)微分電路如圖3-1所示，該電路的時(shí)常數(shù)為T(mén)=RC，若輸入的方波的脈寬τ遠(yuǎn)大于電路的時(shí)常數(shù)T，則輸出的波形為

2、尖脈沖；若方波的脈寬τ遠(yuǎn)小于電路的時(shí)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(shí)質(zhì)上是一個(gè)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(dāng)方波通過(guò)高通率波器時(shí)，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(duì)稱方波通過(guò)積分電路(低通濾波器)積分電路如圖3-2所示，該電路的時(shí)常數(shù)為T(mén)=RC，若輸入的方波的脈寬τ遠(yuǎn)大于電路的時(shí)常數(shù)T，則輸出的波形近似方波；若方波的脈寬τ遠(yuǎn)小于電路

3、的時(shí)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(shí)質(zhì)上是一個(gè)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(dāng)方波通過(guò)低通濾波器時(shí)，高次諧波分量將受到衰減，因而輸出信號(hào)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(duì)稱方波通過(guò)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(dāng)對(duì)

4、稱矩形脈沖(方波)通過(guò)低通濾波器時(shí)，頻率高于fc的諧波分量將被截止(或衰減)到達(dá)不了輸出端，只有ffc；則能通過(guò)的只有f1，即輸出端為正弦信號(hào)；②若方波的三次諧波分量f3fc，則能通過(guò)的只有f1，f3，即輸出端信號(hào)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(cè)階躍響應(yīng)則是指單位階躍信號(hào)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(lái)描述系統(tǒng)的時(shí)域特性。由于普通示波器無(wú)法捕捉到t=0時(shí)刻的瞬間跳變，所以我們用方波作為激勵(lì)信號(hào)；只要方波的重復(fù)周期T1足夠大(T1>>階躍響應(yīng)建立的時(shí)間tr)，則方波前半周的信號(hào)就可以看成是階躍信號(hào)，若將此方波通過(guò)系統(tǒng)其響應(yīng)的前半周就可以認(rèn)為是階躍響應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)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(dāng)方波加至串聯(lián)諧振電路時(shí)，將引起電路的諧振，振蕩的頻率為：此時(shí)只要滿足方波的頻率，就可以把響應(yīng)的前半周認(rèn)為是階躍響應(yīng)。三、實(shí)驗(yàn)電路(見(jiàn)下頁(yè))：四、實(shí)驗(yàn)前

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

7、0pfR425.1KΩR3360ΩL3210mH五、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)板的A、B兩點(diǎn)，示波器接實(shí)驗(yàn)板上的輸出端CD兩點(diǎn)。1、將電路接成微分電路，觀察并記錄波形：將實(shí)驗(yàn)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(jì)算時(shí)間常數(shù)T=RC的值，并與方波的脈寬τ進(jìn)行比較說(shuō)明時(shí)間常數(shù)T的變化對(duì)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(shí)驗(yàn)電路中的K2置于2，K3置