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冲激响应实验报告
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冲激响应实验报告
篇一:
冲激响应与阶跃响应实验报告
实验2冲激响应与阶跃响应
一、实验目的
1.观察和测量RLc串联电路的阶跃响应与冲激响应的波形和有关参数,并研究其电路元件参数变化对响应状态的影响;
2.掌握有关信号时域的测量方法。
二、实验原理说明
实验如图1-1所示为RLc串联电路的阶跃响应与冲激响应的电路连接图,图2-1(a)为阶跃响应电路连接示意图;图2-1(b)为冲激响应电路连接示意图。
c20.1μ
图2-1(a)阶跃响应电路连接示意图
图2-1(b)冲激响应电路连接示意图
其响应有以下三种状态:
(1)当电阻R>2
(2)当电阻R=2(3)当电阻R<2
L
时,称过阻尼状态;c
L
时,称临界状态;c
L
时,称欠阻尼状态。
c
c20.1μ
现将阶跃响应的动态指标定义如下:
上升时间tr:
y(t)从0到第一次达到稳态值y(∞)所需的时间。
峰值时间tp:
y(t)从0上升到ymax所需的时间。
波通过微分电路后得到的尖顶脉冲代替冲激信号。
三、实验内容
1.阶跃响应波形观察与参数测量
设激励信号为方波,其幅度为1.5V,频率为500hz。
实验电路连接图如图2-1(a)所示。
①连接p04与p914。
②调节信号源,使p04输出f=500hz,占空比为50%的脉冲信号,幅度调节为1.5V;(注意:
实验中,在调整信号源的输出信号的参数时,需连接上负载后调节)
③示波器ch1接于Tp906,调整w902,使电路分别工作于欠阻尼、临界和过阻尼三种状态,并将实验数据填入表格2-1中。
1.欠阻尼状态
2.临界状态
3,过阻尼状态
注:
描绘波形要使三种状态的x轴坐标(扫描时间)一致。
2.冲激响应的波形观察
冲激信号是由阶跃信号经过微分电路而得到。
激励信号为方波,其幅度为1.5V,频率为2K。
实验电路如图2-1(b)所示。
①连接p04与p912;
②将示波器的ch1接于Tp913,观察经微分后响应波形(等效为冲激激励信号);③连接p913与p914;
④将示波器的ch2接于Tp906,调整w902,使电路分别工作于欠阻尼、临界和过阻尼三种状态;
⑤观察Tp906端(:
冲激响应实验报告)三种状态波形,并填于表2-2中。
表2-2
1.欠阻尼状态
篇二:
冲击响应实验报告
冲激响应研究性实验实验报告
姓名:
学号:
摘要:
根据实验室现有的实验模块用多种方法研究冲击响应。
要求测量冲击响
应的电流和电压波形,并尽可能地逼近理论波形。
必须对实验波形进行理论解释,以证明确实产生了冲击响应。
关键词:
冲激响应;研究性实验;自主性实验;实验设计
一、实验理论及准备
获得冲激响应有以下2个方案:
1.单脉冲近似,强迫跃变
Rc电路的冲激响应可分为3个阶段:
uc(0?
)=0;t=0时由ic(0)=∞给电容电压赋初值uc(0+);在t≥0+,由uc(0+)放电作零输入响应。
是否出现t=0时的无穷大电流为关键的判断依据。
δ(t)函数是单脉冲函数pΔ(t)的极限,即?
(t)?
limp?
(t),单脉冲函数的
?
?
0
宽度为Δ,高度为1/Δ。
电路受冲激电源Isδ(t)作用产生冲激响应。
因实验中无法得到Isδ(t),不妨用IspΔ(t)来近似。
可用按钮控制脉冲宽度Δ,实验中最小Δ可达20ms。
对于图1所示电路,利用电源给电容快速充电以模拟冲激响应信号,其中Is=10mA、R0=R=2KΩ,c=1000μF。
实验模拟冲激响应的困难是充电电流不足,故可采用两个方法提高充电电流:
一是提高电源
c
激励;二是提高充电速度。
实验表明前者不能提供无穷大电流,不能从根本上解决问题,故有限高度的单脉冲激励无法产生冲激响应;而后者可以通过减小R0使零状态响应的时间常数减小,充电速度加快,特别地当
图1强迫跃变和冲激响应电路
R0很小时,可以在极短时间内使uc完成充电,其
波形几乎垂直。
通过上述分析,实验中取R0=0,则接通电路的瞬间电路将发生强迫跃变,电容支路出现无穷大电流,在其中接入一个小电阻r以测量电流来判断。
2.冲激源的微分信号近似
由于?
(t)?
d?
(t)dt
,ε(t)为阶跃函数,故在t=0处导数不存在,也即导数
为无穷大。
可用Rc微分电路对阶跃信号进行求导得到冲激信号,再用冲激信号作为冲激激励接入Rc电路得到冲激响应。
据此原理将需要把冲激源的微分信号接入测量电路,同时又要避免两级电路之间的影响。
于是考虑使用受控源模块,利用其输入电阻高的特性以降低影响。
如图2,由前级R0输出微分波形uR0(t)作为冲激电压源,应取τ0很小,使uR0(t)波形的拖尾尽量短。
实验过程在后级电路中产生冲激响应后需要让电容c放电,因此后级电路必须采用Rc串联电路,则当μuR0(t)=0时恰好构成Rc放电回路(若采用Vccs受控源则需要Rc并联电路)。
c
对于前级Rc微分电路,可以证明在
t
?
t0
≥
0+时有
uR0(t)?
use
是激励usε(t)?
(t),
的阶跃响应(与零状态响应相同),并不是激励的导数usδ(t)。
由于uc0(t)+uR0(t)=usε(t),可以
从t=0?
开始分几个时段对uR0(t)
进行分析。
从0?
~0+,因为根据换路定则,有uc0(0+)=uc0(0?
)=0,故uR0(0+)=us,uR0(t)发生了跃变,类似于usδ(t);从0+~τ0,由于τ0很小,uR0(t)几乎垂直下降,波形与usδ(t)近似;从τ0~3τ0,uR0(t)作负e指数衰减,与usδ(t)完全不同,但幅度很小;在t>3τ0后因uR0(t)≈0,才在形式上有
uR0(t)?
?
0
duc0(t)dt
?
?
0
dus?
(t)dt
?
?
0us?
(t)。
故就整体而言,uR0(t)的行为略与
图2采用Rc微分电路和受控源的冲激响应电路
usδ(t)近似,或可用来代替冲激电源以在后级Rc电路中产生冲激响应。
对后级Rc电路在?
uR0(t)?
?
use?
t?
(t)激励下的响应进行研究。
根据复杂激
励下一阶非齐次微分方程的求法,不难得到
uc(t)?
?
u
?
0
s
?
?
?
0
(e
?
t?
e
?
t0
)?
(t)(t?
0?
)
可见在激励从uR0(0?
)=0跃变到uR0(0+)=μus时,uc并不跃变,仍有uc(0?
)=uc(0+)=0,这与冲激响应有本质区别。
而且uc(t)还有极值,极值位置
tm?
?
?
0?
?
?
0
ln
?
?
0
。
由此可见,用幅度不大的微分信号作为冲激激励,虽然没有大电流,本
质上各响应都不属于冲激响应,仅曲线形状与冲激响应相似;但理论和实验均证实,提高微分信号幅度和适当减小τ0,各响应均朝着真正的冲激响应过渡,这正是其重要性所在,因此用本方案得到的响应来近似冲激响应是合适的。
二、实验过程及分析
1.单脉冲近似
如图连接电路,
分别取R0=1kΩ,300Ω,100Ω,10Ω,测量
R0=1KΩ
c
R0=300Ω
R0=100ΩR0=10Ω
参数:
us=5VR=2kΩc=1000Μf
简单分析可以知道,电容实际上发生了零状态响应的一部分,而非冲激响应。
由于充电时间不足截取得前部充电波形,因其斜率较大而看起来接近于冲激响应。
而当R0逐渐变小使电路的时间常数τ0变短,趋近真正的冲激响应。
当R0=0时,测得图像如下,可以认为电路中已发生了冲激响应。
us=5VR0=0Ω
在电容支路接入一个30Ω的小电阻并测量其电压来表示电流,分别在5V和3V激励下得到以下图形:
?
ch2
电电流压
?
ch1
us=5V
R0=0Ωus=3VR0=0Ω
由图可以看出,支路电流相对的非常大,图形也很贴近冲激响应理论形状。
2.冲激源微分信号近似
如图连接电路,应注意受控源输入端、输出端与示波器三者的地端连接在一起,避
c
免局部短路。
us=4VR0=R=2KΩc0=10ΜFc=1000μ
F
由于前级电路中电源us断开后电路开路,故每次接通电路后应手动为电容c0放电。
测得输入、输出回路图像如下:
从输出波形看,电容电压波形接近冲激响应,电流亦相对较大,可以认为产生了冲激响应。
输出回路信号波形
?
?
ch1:
uc(t)
ch2:
ur(t)\ic(t)
输入回路信号波形
?
?
ch1:
us(t)ch2:
uR(t)
三、实验问题与解决
实验遇到的问题以及采取的措施:
篇三:
冲激响应实验报告
信号与系统实验报告
学院:
电子信息与电气工程学院
班级:
13级电信班学号:
20XX1060104姓名:
李重阳
实验二冲激响应
一、实验目的
1.观察和测量RLc串联电路的阶跃响应的波形和有关参数,并研究其电路元件参数变化对响应状态的影响;
2.掌握有关信号时域的测量方法。
二、实验原理说明
实验如图2-1所示为RLc串联电路的冲激响应的电路连接图。
图2-1冲激响应电路连接示意图
其响应有以下三种状态:
(1)当电阻R>2
(2)当电阻R=2(3)当电阻R<2
L
时,称过阻尼状态;c
L
时,称临界状态;c
L
时,称欠阻尼状态。
c
c20.1μ
现将阶跃响应的动态指标定义如下:
上升时间tr:
y(t)从0到第一次达到稳态值y(∞)所需的时间。
峰值时间tp:
y(t)从0上升到ymax所需的时间。
调节时间ts:
y(t)的振荡包络线进入到稳态值的?
5%误差范围所需的时间。
最大超调量δ:
δ
p?
ymax?
y(?
)
y?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
100%
1
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。
三、实验内容
1.冲激响应的波形观察
冲激信号是由阶跃信号经过微分电路而得到。
激励信号为方波,其幅度为1.5V,频率为2K。
实验电路如图2-1所示。
①连接p04与p912;
②将示波器的ch1接于Tp913,观察经微分后响应波形(等效为冲激激励信号);③连接p913与p914;
④将示波器的ch2接于Tp906,调整w902,使电路分别工作于欠阻尼、临界和过
阻尼三种状态;
⑤观察Tp906端三种状态波形,并填于表2-1中表2-1:
2
1.欠阻尼状态
2.临界状态
3.过阻尼状态
表中的激励波形为在测量点Tp913观测到的波形(冲激激励信号)。
四、实验报告要求
1.描绘同样时间轴阶跃响应与冲激响应的输入、输出电压波形时,要标明信号幅度A、周期T、方波脉宽T1以及微分电路的τ值。
2.分析实验结果,说明电路参数变化对状态的影响。
五、实验设备
1.双踪示波器1台2.信号系统实验箱1台
3
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- 冲激 响应 实验 报告