主頁 > 技術文章 > 連續(xù)時間系統(tǒng)的模擬--信號與系統(tǒng)實驗箱 2021-12-06

連續(xù)時間系統(tǒng)的模擬--信號與系統(tǒng)實驗箱

一、實驗目的
1.了解基本運算器—加法器、標量乘法器和積分器的電路結構和運算功能；
2.掌握用基本運算單元模擬連續(xù)時間系統(tǒng)的方法。
二、實驗原理說明
1.線性系統(tǒng)的模擬
系統(tǒng)的模擬就是用由基本運算單元組成的模擬裝置來模擬實際的系統(tǒng)。這些實際系統(tǒng)可以是電的或非電的物理量系統(tǒng)，也可以是社會、經濟和軍事等非物理量系統(tǒng)。模擬裝置可以與實際系統(tǒng)的內容完全不同，但是兩者的微分方程完全相同，輸入、輸出關系即傳輸函數也完全相同。模擬裝置的激勵和響應是電物理量，而實際系統(tǒng)的激勵和響應不一定是電物理量，但它們之間的關系是一一對應的。所以，可以通過對模擬裝置的研究來分析實際系統(tǒng)，最終達到在一定條件下確定最佳參數的目的。
2.三種基本運算電路
a.比例放大器，如圖2-1。
U0＝

·U1

圖2-1比例放大器電路連接示意圖
b.加法器，如圖2-2。
Uo=—

（U1+U2）= —（U1+U2）（R1=R2）

圖2-2加法器電路連接示意圖
c、積分器，如圖2-3。
U0＝

圖2-3積分器電路連接示意圖
3.一階系統(tǒng)的模擬
如圖2-4（a）。它是一階RC電路，可用以下方程描述：

其模擬框圖如圖2-4（b）（c）。其一階系統(tǒng)模擬實驗電路如圖2-4（d）。

圖2-4一階系統(tǒng)的模擬

圖2-4一階系統(tǒng)的模擬
三、實驗內容
在實驗平臺的二次開發(fā)區(qū)搭接電路。IN+為運放單元的同相輸入端，IN-為運放單元的反相輸入端；OUT為運放單元的輸出端。
進行實驗時，可根據需要選擇不同阻值的電阻。二次開發(fā)區(qū)實驗模塊（第一章的第二節(jié)中圖2-1二次開發(fā)區(qū)布局圖）上有12個可供選擇的電阻，分別是：1KΩ、510Ω、3.3KΩ、5.1KΩ各二個，10KΩ 4個，4個可供選擇的電容：0.1uF（104）、0.01uF（103）各二個。
運放單元的電路圖如圖2-5所示。

圖2-5運放單元的電路圖
1.基本運算器——加法器的觀測
①同學們自己動手連接如圖2-6所示實驗電路。
②將2V、3V電壓接至電路U1、U2端。（可自己搭接分壓電路，2V和3V電壓信號同時輸入加法器，或者一路輸入信號源產生的信號，一路直接輸入一個5V信號。）
③用萬表測量U0端電壓。是否為輸入的兩路電壓之和。
2.基本運算器——比例放大器的觀測
①同學們自已動手連接如圖2-7所示實驗電路。
②將函數發(fā)生器產生的幅度A=1V，頻率f =1KHz的方波送入輸入端，用示波器同時觀察輸入、輸出波形并比較。
3.基本運算器——積分器的觀測
①同學們自己動手連接如圖2-8所示實驗電路。
②函數發(fā)生器產生的幅度A=1V，頻率f =1KHz的方波送入輸入端，用示波器同時觀察輸入、輸出波形并比較。

圖2-6加法器實驗電路圖圖2-7比例放大器實驗電路圖

圖2-8積分器實驗電路圖
4.一階RC電路的模擬
如圖2-4（a）為已知的一階RC電路。圖2-4（d）是它的一階模擬電路。
函數發(fā)生器產生的幅值A=1V，頻率f=1KHz的方波送入輸入端，用示波器觀測輸出電壓波形，驗證其模擬情況。
四、實驗報告要求
1.準確繪制各基本運算器輸入、輸出波形，標出峰-峰電壓及周期；
2.繪制一階模擬電路的階躍響應，標出峰-峰電壓及周期。
五、實驗設備
1.雙蹤示波器1臺
2.函數信號發(fā)生器1臺
3.毫伏表1臺
4.信號與系統(tǒng)實驗箱1臺
六、實驗模塊布局圖
見第一章的第二節(jié)中圖2-1二次開發(fā)區(qū)布局圖。

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