实验9 连续时间系统的模拟.docx

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实验9连续时间系统的模拟

实验9连续时间系统的模拟

一、实验目的

1.了解基本运算器——加法器、标量乘法器和积分器的电路结构和运算功能；

2.掌握用基本运算单元模拟连续时间系统的方法。

二、实验原理说明

1.线性系统的模拟

系统的模拟就是用由基本运算单元组成的模拟装置来模拟实际的系统。

这些实际系统可以是电的或非电的物理量系统，也可以是社会、经济和军事等非物理量系统。

模拟装置可以与实际系统的内容完全不同，但是两者的微分方程完全相同，输入、输出关系即传输函数也完全相同。

模拟装置的激励和响应是电物理量，而实际系统的激励和响应不一定是电物理量，但它们之间的关系是一一对应的。

所以，可以通过对模拟装置的研究来分析实际系统，最终达到一定条件下确定最佳参数目的。

2.三种基本运算电路

（1）、比例放大器，如图9-1。

图9-1比例放大器电路连接示意图

（2）、加法器，如图9-2。

图9-2加法器电路连接示意图___________________________________________________________________________________

uo=-

（u1+u2）=-（u1+u2）（R1=R2）

（3）、积分器，如图9-3。

图9-3积分器电路连接示意图

3.一阶系统的模拟

图9-4（a）。

它是最简单RC电路，设流过R·C的电

流为i（t）：

则有

根据容C上电压与电流关系

因此

上式亦可写成

这是最典型的一阶微分方程。

由于图9-4（a）的RC电路输入与输出信号之间关系可用一阶微方程来描述，故常称为一阶RC电路。

上述典型的微分方程我们可以改变形式，写成如下表示式：

（1）式是和

（2）式的数学关系正好用图9-4的（b）、（c）表示，图（b）和图（c）在数学关系上是等效的。

应用比例放大，加法器和积分器电路

（2）式可用图2-4（d）所示的电路表示：

它是最简单的一阶模拟电路。

（a）

（b）

（c）

（d）

图9-4一阶系统的模拟

三、实验内容

在实验基本运算单元与连续系统的模拟模块中，有两个运算放大器。

分别通过三个插孔与其输入输出端相连。

进行实验时，可根据需要选择不同阻值的电阻。

实验模块上有4个电阻、6个精密电位器可供选择。

电位器的阻值根据需要进行调节。

（一）、基本运算器——加法器的观测

同学们自己动手连接如图9-6所示实验电路。

1、开关设置和电路连接：

P702--P914--P101。

J702：

“正弦”，K701：

“函数”，

S702：

使频率为：

1KHz，调W701输出幅度为：

1V。

P915和P702分别与u1和u2端相连，调节W902可改变P915输出信号的幅度。

用示波器观测u0端信号幅度。

是否为两输入信号幅度之和。

（二）、基本运算器——比例放大器的观测

同学们自己动手连接如图9-7所示实验电路

1、开关设置和电路连接：

（1）、P702--P101；

（2）、J702：

“脉冲”、K701：

“脉冲”；

（3）、S702：

使频率为：

1KHz、调W701使输出为：

1V；

（4）、将信号源产生的脉冲信号送入输入端ui，示波器同时观察输入、出波形并比较。

（三）、基本运算器——积分器的观测

同学们自己动手连接如图9—8所示实验电路。

1、开关设置和电路连接：

同上

（1）、信号发生器产生幅度为1V，频率f=1KHz的方波送入输入端，示波器同时观察输入、输出波形并比较。

图9—7比例放大器实验电路图

图9—6加法器实验电路图

图9—8积分器实验电路图

（四）、一阶RC电路的模拟

如图9-4（a）为已知的一阶RC电路。

图9-4（d）是它的一阶模拟电路。

同学们自己动手连接如图9-4（d）所示实验电路。

信号发生器产生幅度为1V，频率f=1KHz的方波送

一阶模拟电路输入端，用示波器观测输出电压波形，

验证其模拟情况。

四、实验报告要求

1.准确绘制各基本运算器输入输出波形，标出峰-峰电压及周期；

2.绘制一阶模拟电路阶跃响应，标出峰-峰电压及周期。

五、实验设备

双踪示波器、信号系统实验箱格1台

六、实测实验波形

（一）、基本运算器——加法器的观察

1、加法器输入信号波形

加法器输入信号：

U1、U21KHZ1V

2、加法器的输入、出波形

（1）、U1、U21KHZ1V

（2）、P702—P914--P101J702:

正弦K701:

函数

（3）、P915—U1P702—U2

（4）、示波器观察：

U0波形和周期

上图输出信号U0峰-峰值：

2V周期：

2MS

下图输入信号U1峰-峰值：

1V周期：

2MS

3、比例放大器的输入、出波形

（1）、U1、U2：

1KHZ1V

（2）、P702—P914、P101J702:

脉冲K701:

脉冲

（3）、P915—U1

（4）、示波器观察：

比较U1和U0的波形及周期

上图输出信号U0峰-峰值：

1V周期：

2MS

下图输入信号U1峰-峰值：

1V周期：

2MS

4、积分器的输入、出波形

（1）、U1、U2：

1KHZ1V

（2）、P702—U1--P914--P101J702:

脉冲K701:

脉冲

（3）、P915—U1

（4）、示波器观察：

比较U1和U0的波形及周期

上图输出信号U0峰-峰值：

1V周期：

2MS

下图输入信号U1峰-峰值：

0.6V周期：

2MS

注：

当输出出现震荡时（峰值可达到18V），调节R1为3.5k时才可出现正常的输出图形

5、一阶RC电路模拟

电路连接见：

图9-4

（1）、U1、U2：

1KHZ1V

（2）、P702—U1--P914--P101J702:

脉冲K701:

脉冲

（3）、P915—U1

（4）、示波器观察：

U0的波形