實驗階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)仿真

1、 實驗一 階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)一、實驗目的1. 觀察和測量RLC串聯(lián)電路的階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)的波形和有關(guān)參數(shù)，并研究其電路元件參數(shù)變化對響應(yīng)狀態(tài)的影響；2. 掌握有關(guān)信號時域的測量方法。二、實驗原理說明實驗如圖11所示為RLC串聯(lián)電路的階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)，其響應(yīng)有以下三種狀態(tài)：1. 當電阻時，稱過阻尼狀態(tài)；2. 當電阻時，稱臨界狀態(tài)；3. 當電阻時，稱欠阻尼狀態(tài)。 (a) 微分電路 (b) RLC被測電路圖1-1 實驗電路沖激信號是階躍信號的導數(shù)，所以對線性時不變電路沖激響應(yīng)也是階躍響應(yīng)的導數(shù)。為了便于用示波器觀察響應(yīng)波形，實驗用中用周期方波代替階躍信號。而用周期方波通過微分電路后得到的尖頂脈沖

2、代替沖激信號。三、實驗內(nèi)容1. 階躍響應(yīng)波形觀察與參數(shù)測量設(shè)激勵信號為方波，其幅度為2.0V有效值，頻率為500Hz。1）根據(jù)圖1-1所示，將信號發(fā)生器輸出端與RLC串聯(lián)電路的輸入端連接，如圖1-2所示。注意：考慮實際電路中內(nèi)阻的影響，在信號發(fā)生器一端接入一電阻。2）示波器A通道接于RLC電路的輸入端，通過示波器觀察調(diào)整激勵信號為周期方波，如圖1-2所示。注意：在調(diào)整信號發(fā)生器的輸出參數(shù)時，應(yīng)當連接上負載后，通過示波器觀察RLC電路的輸入端滿足激勵的要求進行調(diào)節(jié)。3） 將示波器B通道接于RLC電路的輸出端，如圖1-2所示。4） 由得，=632。即當時為臨界狀態(tài)；時為欠阻尼狀態(tài)；時為過阻尼狀態(tài)。

3、調(diào)整R1的參數(shù)值為欠阻尼、臨界和過阻尼三種狀態(tài)，并通過示波器的輸出端分別觀察電路工作于三個狀態(tài)時所對應(yīng)輸出波形，并將對應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)填入表格1-1中。注意：每一次元件參數(shù)調(diào)整后，都需要重新仿真開關(guān)。圖1-2 階躍響應(yīng)仿真測量電路2. 沖激響應(yīng)的波形觀察沖激信號是由階躍信號經(jīng)過微分電路而得到。方波信號的頻率與幅度不變，得到等效為沖激激勵信號。實驗電路如圖1-1所示。1）將信號發(fā)生器輸出端與微分電路輸入端連接。如圖1-3所示。注意：考慮實際電路中內(nèi)阻的影響，在信號發(fā)生器一端接入一電阻。2）將示波器A通道接于RLC電路的輸入端，通過示波器觀察調(diào)整激勵信號為周期沖激信號，如圖1-3所示。注意：在調(diào)整信號

4、發(fā)生器的輸出參數(shù)時，應(yīng)當連接上負載后，通過示波器觀察RLC電路的輸入端滿足激勵的要求進行調(diào)節(jié)。3）將示波器B通道接于RLC電路的輸出端，如圖1-3所示。4）根據(jù)調(diào)整R1的參數(shù)值，使電路分別工作于欠阻尼、臨界和過阻尼三種狀態(tài)，通過觀察示波器的輸出波形并將對應(yīng)的實驗波形填入表格1-2中。圖1-3 沖激響應(yīng)仿真測量電路表1-1狀 態(tài)參數(shù)測量欠 阻 尼 狀 態(tài)臨 界 狀 態(tài)過 阻 尼 狀 態(tài)參數(shù)測量< 532 歐 =85歐= 0.068 毫秒= 0.109 毫秒= 0.314 毫秒=28%= 532 歐= 300.236 毫秒注：實際實驗中需要考慮電源內(nèi)阻的影響> 532 歐=2000歐=

5、 1.000 毫秒RLC電路輸出波形觀察注：描繪波形要使三種狀態(tài)的X軸坐標（掃描時間）一致；各個測量參數(shù)的含義見附錄中的說明。表1-2欠阻尼狀態(tài)臨界狀態(tài)過阻尼狀態(tài)RLC電路輸入激勵波形RLC電路輸出響應(yīng)波形測試條件應(yīng)對應(yīng)表1-1的條件。實驗數(shù)據(jù)1.階躍響應(yīng)（1）欠阻尼狀態(tài) （2）臨界狀態(tài) （3）過阻尼狀態(tài) 2. 沖激響應(yīng)（1） 欠阻尼狀態(tài) （2）臨界狀態(tài) （3）過阻尼狀態(tài) 注意：在調(diào)節(jié)沖激響應(yīng)的臨界狀態(tài)時，應(yīng)先在階躍響應(yīng)的電路中調(diào)節(jié)出臨界狀態(tài)，保持電阻不變，改變輸出端和輸入端接線柱。四、實驗報告要求1. 描繪同樣時間軸階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)的輸入、輸出電壓波形時，要標明信號幅度A、周期T、方波脈寬

6、T1以及微分電路的值。2. 分析實驗結(jié)果，說明電路參數(shù)變化對狀態(tài)的影響。五、實驗設(shè)備1. 計算機 1臺2. Multisim軟件 1套3. 虛擬信號發(fā)生器 1臺4. 虛擬雙通道示波器 1臺六、思考題在沖激響應(yīng)測量中，直接用虛擬信號發(fā)生器代替圖1-3中由微分電路產(chǎn)生的沖激時，應(yīng)該如何設(shè)置虛擬信號發(fā)生器？調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，使其發(fā)出脈沖信號，占空比足夠小。7. 實驗總結(jié)1.通過這次試驗，學會了使用示波器測量波形的參數(shù)和對實驗箱的使用。2.RLC串聯(lián)電路階躍響應(yīng)和沖激響應(yīng)分別有三種狀態(tài)，當時為過阻尼狀態(tài)，當時為臨界狀態(tài)，當時為欠阻尼狀態(tài)。（注意：在調(diào)節(jié)R的參數(shù)時，應(yīng)考慮電源內(nèi)阻的影響）心得體會：這是第一次做信號實驗，老師要求仿真并驗收，所以非常認真的對這次實驗進行了仿真練習，在驗收也得到了老師的認可，在做實驗時也很快的完成了實驗，認識到在實驗前做仿真是非常有必要的。附錄：階躍響應(yīng)的動態(tài)