實(shí)驗(yàn)3電路的一階瞬態(tài)響應(yīng)

1、1實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)三 電路的一階瞬態(tài)響應(yīng)電路的一階瞬態(tài)響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模阂?、?shí)驗(yàn)?zāi)康模? 1、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、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?；系統(tǒng)頻率特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀? 2、測(cè)試線性系統(tǒng)的時(shí)域特性、測(cè)試線性系統(tǒng)的時(shí)域特性階躍響應(yīng)。階躍響應(yīng)。二、實(shí)驗(yàn)原理：二、實(shí)驗(yàn)原理： 1 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、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)當(dāng)這樣的信號(hào)通過(guò)線性系統(tǒng)時(shí)，若系統(tǒng)的若系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性不滿足頻率響應(yīng)特性不滿足無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件

2、無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件，那么方波中的某些那么方波中的某些頻率分量必然被抑制頻率分量必然被抑制，造成輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的不同造成輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的不同( (失失真真) )；系統(tǒng)的頻率；系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性不同被抑制的頻率亦會(huì)不同響應(yīng)特性不同被抑制的頻率亦會(huì)不同。2 (1) (1)、對(duì)稱方波通過(guò)微分電路、對(duì)稱方波通過(guò)微分電路( (高通濾波器高通濾波器) ) 微分電路如圖微分電路如圖3-13-1所示，該電路的時(shí)常數(shù)為所示，該電路的時(shí)常數(shù)為T=RC T=RC ，若，若輸入的方波的脈寬輸入的方波的脈寬遠(yuǎn)大于電路的時(shí)常數(shù)遠(yuǎn)大于電路的時(shí)常數(shù)T T，則輸出的波形，則輸出的波形為尖脈沖；若方波的脈寬為尖脈沖；若方波的

3、脈寬遠(yuǎn)小于電路的時(shí)常數(shù)遠(yuǎn)小于電路的時(shí)常數(shù)T T，則輸出，則輸出的波形近似方波如圖的波形近似方波如圖3-13-1所示所示。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：系統(tǒng)函數(shù)為：H(s)=SH(s)=S( (S+1/RC)S+1/RC)C CR R3 T36T圖圖3-1 3-1 微分電路微分電路3其截止頻率為：其截止頻率為：c c1/1/RCRC 當(dāng)方波通過(guò)高通率波器時(shí)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基波及低次諧波分量將受到衰減衰減，從而產(chǎn)生平頂失真從而產(chǎn)生平頂失真；而且而且RCRC越小越小( (截止頻率越大截止

4、頻率越大) )失真失真越大越大，即波形越尖即波形越尖；反之波形失真較小反之波形失真較小，波形較平坦。波形較平坦。(2)(2)、對(duì)稱方波通過(guò)積分電路、對(duì)稱方波通過(guò)積分電路( (低通濾波器低通濾波器) ) 積分電路如圖積分電路如圖3-23-2所示，該電路的時(shí)常數(shù)為所示，該電路的時(shí)常數(shù)為T=RC T=RC ，若，若輸入的方波的脈寬輸入的方波的脈寬遠(yuǎn)大于電路的時(shí)常數(shù)遠(yuǎn)大于電路的時(shí)常數(shù)T T，則輸出的波形，則輸出的波形近似方波；若方波的脈寬近似方波；若方波的脈寬遠(yuǎn)小于電路的時(shí)常數(shù)遠(yuǎn)小于電路的時(shí)常數(shù)T T，則輸出，則輸出的精度大大降低，波形接近三角波如圖的精度大大降低，波形接近三角波如圖3-23-2所示所

5、示。R RC C3 3T T(35)T圖圖3-2 3-2 積分電路積分電路4 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：器，其系統(tǒng)函數(shù)為：H(s)=(1/RC)H(s)=(1/RC)( (S+1/RC)S+1/RC)其截止頻率為：其截止頻率為：c c1/1/RCRC 當(dāng)方波通過(guò)低通濾波器時(shí)當(dāng)方波通過(guò)低通濾波器時(shí)，高高次諧波分量將受到衰減次諧波分量將受到衰減，因而輸出信號(hào)中只有低頻分量因而輸出信號(hào)中只有低頻分量，因此輸出波形的前沿變傾因此輸出波形的前沿變傾斜斜；而且而且RCRC越大越大( (截止頻率越小截止頻率越小) )，前

6、沿傾斜前沿傾斜越大越大，即波形失即波形失真越大真越大；反之波形失真較小反之波形失真較小，波形較接近方波。波形較接近方波。(3)(3)、對(duì)稱方波通過(guò)、對(duì)稱方波通過(guò)LCLC低通低通濾波器濾波器 LCLC低通濾波器的電路如圖低通濾波器的電路如圖3-33-3所示所示。 L1L2CR圖圖3-3 LC3-3 LC低通濾波器低通濾波器5LCLC低通濾波器的截止頻率為低通濾波器的截止頻率為：當(dāng)對(duì)稱矩形脈沖當(dāng)對(duì)稱矩形脈沖( (方波方波) )通過(guò)低通濾波器時(shí)通過(guò)低通濾波器時(shí)，頻率高于頻率高于fcfc的的諧波分量將被截止諧波分量將被截止( (或衰減或衰減) )到達(dá)不了輸出端到達(dá)不了輸出端，只有只有ffc的低的低頻分

7、量可以到達(dá)輸出端頻分量可以到達(dá)輸出端，所以當(dāng)不同頻率的方波通過(guò)此濾波所以當(dāng)不同頻率的方波通過(guò)此濾波器時(shí)器時(shí)，能通過(guò)的頻率分量將不同能通過(guò)的頻率分量將不同；方波的頻率越高方波的頻率越高，通過(guò)的通過(guò)的頻率分量越少即失真越大頻率分量越少即失真越大。若方波的基波分量若方波的基波分量f1fc ；則能；則能通過(guò)的只有通過(guò)的只有f1，即輸出端為正弦信號(hào)；，即輸出端為正弦信號(hào)；若方波的三次諧波分量若方波的三次諧波分量f3fc ，則能通過(guò)的只有，則能通過(guò)的只有f1，f3，即輸出端信號(hào)為基次和三，即輸出端信號(hào)為基次和三次諧波的合成波形；次諧波的合成波形；若方波的頻率若方波的頻率f階階躍響應(yīng)建立的時(shí)間躍響應(yīng)建立的時(shí)

8、間tr) ，則方波前半周的信號(hào)就可以看成是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。所示。 圖圖3-4 3-4 串聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路LCR7 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：的頻率為：此時(shí)只要滿足方波的頻率此時(shí)只要滿足方波的頻率 ，就可以把響應(yīng)的前半周，就可以把響應(yīng)的前半周認(rèn)為是階躍響應(yīng)認(rèn)為是階躍響應(yīng)。三三、實(shí)驗(yàn)電路

9、實(shí)驗(yàn)電路(見(jiàn)下頁(yè)見(jiàn)下頁(yè)) ：四四、實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)內(nèi)容：、實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)內(nèi)容： 1 1、計(jì)算微分電路的截止頻率（、計(jì)算微分電路的截止頻率（R=10KHZ,C=1000PF),R=10KHZ,C=1000PF),并畫并畫出幅拼特性曲線；出幅拼特性曲線； 2 2、計(jì)算積分電路的截止頻率（、計(jì)算積分電路的截止頻率（R=20KHZ,C=1000PF),R=20KHZ,C=1000PF),并畫并畫出幅拼特性曲線；出幅拼特性曲線； 3 3、計(jì)算、計(jì)算LCLC低通濾波器低通濾波器的截止頻率（的截止頻率（L=10mH,C=0.1L=10mH,C=0.1F)F)； 4 4、計(jì)算圖、計(jì)算圖3-43-4所示串聯(lián)諧振電路的階躍

10、響應(yīng)，并畫圖。所示串聯(lián)諧振電路的階躍響應(yīng)，并畫圖。01LC108電路圖：電路圖：12345678123456C11 100pfABK1K2K312CDC12 1000pfC13 0.1fR21 5KR22 10KR23 20KL31 10mHL4 2.2mHC2 1000pfR1 10KC3 0.1fC41 200pfC42 200pfR41 8.1KC43 200pfR42 5.1KR3 360L32 10mH9五、五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟： 將函數(shù)發(fā)生器的將函數(shù)發(fā)生器的CH1CH1輸出波形調(diào)為方波，頻率調(diào)為輸出波形調(diào)為方波，頻率調(diào)為10KHz10KHz，幅度調(diào)為，幅度調(diào)為Vpp=5

11、vVpp=5v，并將此方波接實(shí)驗(yàn)板的，并將此方波接實(shí)驗(yàn)板的A A、B B兩兩點(diǎn)點(diǎn)，示波器接實(shí)驗(yàn)板上的輸出端示波器接實(shí)驗(yàn)板上的輸出端CDCD兩點(diǎn)兩點(diǎn)。 1 1、將電路接成微分電路，觀察并記錄波形：、將電路接成微分電路，觀察并記錄波形： 將實(shí)驗(yàn)電路中的將實(shí)驗(yàn)電路中的K2K2置于置于1 1，K3K3置于置于1 1， K1K1分別置于分別置于1 1，2 2，3 3，觀察并記錄波形；計(jì)算時(shí)間常數(shù)觀察并記錄波形；計(jì)算時(shí)間常數(shù)T=RCT=RC的值的值，并與方波并與方波的脈寬的脈寬進(jìn)行比較說(shuō)明進(jìn)行比較說(shuō)明時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)T T的變化對(duì)輸出波形的影的變化對(duì)輸出波形的影響響。并從頻域的角度并從頻域的角度( (系統(tǒng)

12、的頻率特性系統(tǒng)的頻率特性) )分析輸出波形產(chǎn)生平分析輸出波形產(chǎn)生平頂失真的原因頂失真的原因。 2 2、將電路接成積分電路，觀察并記錄波形：、將電路接成積分電路，觀察并記錄波形： 將實(shí)驗(yàn)電路中的將實(shí)驗(yàn)電路中的K2K2置于置于2 2，K3K3置于置于1 1， K1K1分別置于分別置于4 4，5 5，6 6，觀察并記錄波形；計(jì)算時(shí)間常數(shù)觀察并記錄波形；計(jì)算時(shí)間常數(shù)T=RCT=RC的值的值，并與方并與方波的脈寬波的脈寬進(jìn)行比較進(jìn)行比較，說(shuō)明說(shuō)明時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)T T的變化對(duì)輸出波形的的變化對(duì)輸出波形的影響影響。并從頻域的角度并從頻域的角度( (系統(tǒng)的頻率特性系統(tǒng)的頻率特性) )分析輸出波形產(chǎn)生分析輸出

13、波形產(chǎn)生平頂失真的原因平頂失真的原因。10 3 3、將電路接成、將電路接成LCLC低通濾波器，觀察并記錄波形低通濾波器，觀察并記錄波形： 將實(shí)驗(yàn)電路中的將實(shí)驗(yàn)電路中的K1K1置于置于7 7，K2K2置于置于3 3， K3K3置于置于2 2，觀察并觀察并記錄波形；然后改變信號(hào)源的頻率記錄波形；然后改變信號(hào)源的頻率f f使之分別滿足下面三個(gè)使之分別滿足下面三個(gè)條件條件ffc3fffc3f，3ffc5f3ffc5f，ffc (fc=7.1KHz) ffc (fc=7.1KHz) ；分分別記錄三種情況下的輸出波形，并從頻域角度進(jìn)行解釋別記錄三種情況下的輸出波形，并從頻域角度進(jìn)行解釋。 4 4、將電路接成串聯(lián)諧振回路，觀察階躍響應(yīng)波形并記錄、將電路接成串聯(lián)諧振回路，觀察階躍響應(yīng)波形并記錄 首先將信號(hào)源的頻率調(diào)回首先將信號(hào)源的頻率調(diào)回10KHz10KHz，K1K1置于置于8 8，K3K3置于置于1 1，K2K2分別置于