電路的一階瞬態(tài)響應(yīng)

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(dāng)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 (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遠大于電路的時常數(shù)T，則輸出的波形為尖脈沖；若方波的脈

2、寬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)CR3 T36T圖3-1 微分電路2其截止頻率為：c1/RC 當(dāng)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；若方波的脈寬遠小于電路的時常數(shù)T，則輸出的精度大大降低，波形接近三角波如圖3-

3、2所示。RC3T(35)T圖3-2 積分電路3 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：c1/RC 當(dāng)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3-3 LC低通濾波器4LC低通濾波器的截止頻率為：當(dāng)對稱矩形脈沖(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

4、了輸出端，只有ffc的低頻分量可以到達輸出端，所以當(dāng)不同頻率的方波通過此濾波器時，能通過的頻率分量將不同；方波的頻率越高，通過的頻率分量越少即失真越大。若方波的基波分量f1fc ；則能通過的只有f1，即輸出端為正弦信號；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；若方波的頻率f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(rèn)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LCR6 當(dāng)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

5、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、實驗電路(見下頁) ：四、實驗前預(yù)習(xí)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=0.1F)； 4、計算圖3-4所示串聯(lián)諧振電路的階躍響應(yīng)，并畫圖。7電路圖：12345678123456C11 100pfABK1K2K312CDC12 1000pfC13 0.1fR21 5KR22 10KR23 20KL31 10mHL4 2.2mHC2 1000p

6、fR1 10KC3 0.1fC41 200pfC42 200pfR41 8.1KC43 200pfR42 5.1KR3 360L32 10mH8五、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

7、成積分電路，觀察并記錄波形： 將實驗電路中的K2置于2，K3置于1， K1分別置于4，5，6，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。9 3、將電路接成LC低通濾波器，觀察并記錄波形： 將實驗電路中的K1置于7，K2置于3， K3置于2，觀察并記錄波形；然后改變信號源的頻率f使之分別滿足下面三個條件ffc3f，3ffc5f，ffc (fc=7.1KHz) ；分別記錄三種情況下的輸出波形，并從頻域角度進行解釋。 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 首先將信號源的頻率調(diào)回10KHz，K1置于8，K3置于1，K