《信号与系统》课程教学资源（实验指导）硬件实验四 二阶电路的瞬态响应

信号与系统实验指导书 实验四二阶电路的瞬态响应 一实验目的： 1、观察和测定LC串联电路的阶跃响应和冲激响应，并研究电路参数对响应波形的影响 2、观察LC并联谐振电路对高频脉冲激励的响应，并研究电路参数对响应波形的影响。 二实验原理说明： 1、RLC串联电路的阶跃响应和冲激响应的观察。 图4-1 LC串联电路响应实验电路 电路如上图所示，其阶跃响应和冲激响应可以有三种情况。 过阻尼情况， R2C 欠阻尼情况， 临界情况。 因此对于不同R,其电路响应波形是不同的。因为冲激信号是阶跃信号的导数，所以对线 性时不变电路，冲激响应也是阶跃响应的导数。 为了便于用示波器观察响应波形，实验中用周期方波代替阶跃信号。而用周期方波通过 微分电路后得到的尖顶脉冲代替冲激信号。 2、高频脉冲作用于LC并联谐振回路的响应

信号与系统实验指导书 -1- 实验四 二阶电路的瞬态响应 一 实验目的： 1、观察和测定 RLC 串联电路的阶跃响应和冲激响应，并研究电路参数对响应波形的影响。 2、观察 RLC 并联谐振电路对高频脉冲激励的响应，并研究电路参数对响应波形的影响。 二 实验原理说明： 1、RLC 串联电路的阶跃响应和冲激响应的观察。 电路如上图所示，其阶跃响应和冲激响应可以有三种情况。 C L R  2 过阻尼情况， C L R  2 欠阻尼情况， C L R  2 临界情况。 因此对于不同 R,其电路响应波形是不同的。因为冲激信号是阶跃信号的导数，所以对线 性时不变电路，冲激响应也是阶跃响应的导数。 为了便于用示波器观察响应波形，实验中用周期方波代替阶跃信号。而用周期方波通过 微分电路后得到的尖顶脉冲代替冲激信号。 2、高频脉冲作用于 RLC 并联谐振回路的响应

信号与系统实验指导书 it) 图42LC并联电路响应实验电路 观察如上图所示电路在加上脉宽为τ。的高频脉冲冲激励电流时，其输出电压的响应波 形随电路元件参数不同而不同。 ()当回路对激励信号载频调谐时，在高频脉冲宽度t。内，即0<t<t。时间内响应电压 的振幅将按指数规律由零逐步增长至稳定值：当第一个高频脉冲己经终止而第二个高频脉冲 尚未到来的时间内，即τ。<<T时间内响应电压的振幅将按指数规律逐渐衰减至零·可见响 应电压不能随激励电流作振幅的突变，其振幅的建立和衰诚都需要一定的时间。如果回路的 Q值值太高（即R太大），则振幅的建立和衰减经历的时间过长，就可能和下一个脉冲相连， 使断续信号变为连续信号，从而使传送的信息产生错误。 (2)当回路对激励信号失谐时，响应电压振幅在建立过程中，先随时间增长，然后围绕 其稳定值上下振荡，并逐渐趋午稳态值。 三实验步骤： 1、观测RLC串联电路阶跃响应 按图4-1搭接线路，取L=100mH,C=1000pF,用示波器观察输入T=100us的方波，对于 不同R值时，电容器两端的电压波形。 2、观测RLC串联电路冲激响应 c R 几 二至示汝器 图4-3LC串联电路冲激响应实验电路 在RLC串联电路之前，设计一个RIC1组成微分电路（注意时间常数要远远小于方波周 期，即t≤T,使周期阶跃信号源变成周期冲激信号源。取方波周期T=100us,L=100mH C=I000pE,用示波器观察不同R值时RLC串联电路电容两端电压波形。 -2

信号与系统实验指导书 -2- 观察如上图所示电路在加上脉宽为 0  的高频脉冲冲激励电流时，其输出电压的响应波 形随电路元件参数不同而不同。 (1) 当回路对激励信号载频调谐时，在高频脉冲宽度 0  内，即 0<t< 0  时间内响应电压 的振幅将按指数规律由零逐步增长至稳定值；当第一个高频脉冲己经终止而第二个高频脉冲 尚未到来的时间内，即 0  <t<T 时间内响应电压的振幅将按指数规律逐渐衰减至零·可见响 应电压不能随激励电流作振幅的突变，其振幅的建立和衰减都需要一定的时间。如果回路的 Q 值值太高（即 R 太大），则振幅的建立和衰减经历的时间过长，就可能和下一个脉冲相连， 使断续信号变为连续信号，从而使传送的信息产生错误。 (2) 当回路对激励信号失谐时，响应电压振幅在建立过程中，先随时间增长，然后围绕 其稳定值上下振荡，并逐渐趋午稳态值。 三 实验步骤： 1、观测 RLC 串联电路阶跃响应 按图 4-1 搭接线路，取 L=100mH, C=1000pF,用示波器观察输入 T=100us 的方波，对于 不同 R 值时，电容器两端的电压波形。 2、观测 RLC 串联电路冲激响应 在 RLC 串联电路之前，设计一个 RIC1 组成微分电路（注意时间常数要远远小于方波周 期，即   T ，使周期阶跃信号源变成周期冲激信号源。取方波周期 T=100us, L=100mH, C=1000pF,用示波器观察不同 R 值时 RLC 串联电路电容两端电压波形

信号与系统实验指导书 3、高频脉冲信号作用于LC并联谐振电路的响应 Rl U几 3/c 至示波 图4-4 LC并联电路响应实验电路 如图连线，在RLC并联谐振电路前串接R1电路使高频脉冲波电压源变成电流源，L取 一般收音机用的中周电感〔550uH左右)，C取180pF。示波器观察和描绘输入电压和不同R 值的响应波形，采用调L或给C再并联电容的方法使回路失谐。观察和描绘响应电压波形。 四预习练习： 1、复习有关瞬态分析的理论，理解并掌握二阶电路的阶跃响应、冲激响应和高频脉冲响应。 2、定性画出本实验中不同电路参数的瞬态响应波形。 五实验器材： 1、信号与系统实验箱 2、示波器 六实验报告： 1、描绘不同时间常数的输入和输出波形（要用同样的时间轴画出阶跃响应和冲激响应的波 形，以便验证其微分关系)。 2、分析实验结果，说明电路参数改变对二阶电路瞬态响应的影响

信号与系统实验指导书 -3- 3、高频脉冲信号作用于 RLC 并联谐振电路的响应 如图连线，在 RLC 并联谐振电路前串接 R1 电路使高频脉冲波电压源变成电流源，L 取 一般收音机用的中周电感〔550uH 左右），C 取 180pF。示波器观察和描绘输入电压和不同 R 值的响应波形，采用调 L 或给 C 再并联电容的方法使回路失谐。观察和描绘响应电压波形。 四 预习练习： 1、复习有关瞬态分析的理论，理解并掌握二阶电路的阶跃响应、冲激响应和高频脉冲响应。 2、定性画出本实验中不同电路参数的瞬态响应波形。 五 实验器材： 1、信号与系统实验箱 2、示波器 六 实验报告： 1、描绘不同时间常数的输入和输出波形（要用同样的时间轴画出阶跃响应和冲激响应的波 形，以便验证其微分关系）。 2、分析实验结果，说明电路参数改变对二阶电路瞬态响应的影响