2实验二 阶跃响应与冲激响应

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。

TP906

P915 P914 信号源 W902 L1 C903 10mH 10KΩ 0.1μ 方波信号

图2-1 (a) 阶跃响应电路连接示意图

产生冲激信号

TP913 TP906

P912 信号源 L1 W902 C1 C2 10KΩ 10mH R1 0.1μ 方波信号 1KΩ

1 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

现将阶跃响应的动态指标定义如下：

1 1 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。 ymaxy()100%最大超调量δ： δpy y(t)ymaxy(∞)ymaxy(∞)5%trtpts 图2-1 (c) 阶跃响应动态指标示意图 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，实验用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.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P702与P914；P702与P101。（P101为毫伏表信号输入插孔）。 ② J702置于“脉冲”，拨动开关K701选择函数输出；

③ 按动S701按钮,使频率f=500Hz，调节W701幅度旋钮，使信号幅度为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） ④ 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。

⑤ TP702为输入信号波形的测量点，可把示波器的CH2接于TP702上，便于波形比较。

表2—1

状 态 参数测量 欠 阻 尼 状 态 R< 临 界 状 态 过 阻 尼 状 态 R> 参数测量 tr= ts= δ= R= tr= 波形观察 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。 实验电路如图2—1（b）所示。

①连接P702与P912，P702与P101。（频率与幅度不变）；

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—2中。

表2—2

欠阻尼状态 临界状态 过阻尼状态 激励波形 响应波形 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