实验一 零输入响应零状态响应一、实验目的1、掌握电路的零输入响应。2、掌握电路的零状态响应。3、学会电路的零状态响应与零输入响应的观察方法。二、实验内容1、观察零输入响应的过程。2、观察零状态响应的过程。三、实验仪器1、信号与系统实验箱一台（主板）。2、系统时域与频域分析模块一块。3、20MHz示波器一台。四、实验原理1、零输入响应与零状态响应：零输入响应：没有外加激励的作用，只有起始状态（起始时刻系统储能）所产生的响应。零状态响应：不考虑起始时刻系统储能的作用（起始状态等于零）。2、典型电路分析：电路的响应一般可分解为零输入响应和零状态响应。首先考察一个实例：在下图中由RC组成一电路，电容两端有起始电压Vc(0-),激励源为e(t)。R+ e (t) C Vc(0-) Vc(t)_ 图2-1-1 RC电路_则系统响应电容两端电压： 上式中第一项称之为零输入响应，与输入激励无关，零输入响应是以初始电压值开始，以指数规律进行衰减。第二项与起始储能无关，只与输入激励有关，被称为零状态响应。在不同的输入信号下，电路会表征出不同的响应。五、实验步骤1、把系统时域与频域分析模块（在实验桌右下柜子中）插在主板上，用导线（在实验桌抽屉中）接通此模块“电源接入”和主板上的电源（要求+-5V，+-12V和GND全部接），并打开实验箱总电源，再打开主板和此模块的电源开关。2、系统的零输入响应特性观察（1）接通主板上的电源，同时按下此模块上两个电源开关，将“时域抽样定理”模块中的抽样脉冲信号输出端通过导线引入到“零输入零状态响应”的输入端。以下实验都可改变以上的参数进行相关的操作。l SK1000用于选择频段（第一次观察用低频）。l “频率调节”用于在频段内的频率调节，“脉宽调节”用于脉冲宽度的调节（第一次观察用默认设置）。（2）用示波器的两个探头（也在实验桌抽屉中），一个接输入脉冲信号作同步（CH1），一个用于观察输出信号的波形（CH2），当脉冲进入低电平阶段时，相当于此时激励去掉，即在低电平时所观察到的波形即为零输入信号。（3）改变本实验的开关SK900的位置，观察到的是不同情况下的零输入响应，进行相应的比较。3、系统的零状态响应特性观察 （1）观察的方法与上述相同，不过当脉冲进入高电平阶段时，相当于此时加上激励，即此时零状态响应应在脉冲的高电平进行。（2）改变本实验的开关SK900的位置，观察到的是不同系统下的零输入响应，进行相应的比较。六、实验结果 1、用两个坐标轴，分别绘制出零输入和零状态的输出波形。要求列明不同取值的SK1000采用的频段、开关SK900的位置代表接入的电阻值（反转实验模块，看接的电阻），并标识出波形的峰峰值、频率大小。 2、图2-1-1所示电路中，根据实验提供的实验元件，计算系统的零状态和零输入过程。通过绘制出的波形以及记录的数据，和理论计算的结果进行比较。七、实验测试点的说明 1、测试点分别为： “输入”（孔和测试钩）：阶跃信号的输入端。 “输出”：零输入和领状态的输出端。 “GND”：与实验箱的地相连。2、调节点分别为：“S9”：此模块的电源开关。3、色环电阻的识别方法 电阻色环转换为阻值对照表色环电阻，是用个色环来表示阻值，前二环代表有效值，第三环代表乘上的次方数，用 个色环表示误差。色环电阻一般是金属膜电阻，为更好地表示精度，用个色环表示阻值，另一个色环表示误差。下表是色环电阻的颜色-数值对照表： 色环第一环第二环第三环第四环（乘法）（误差环）黑001棕1110+/- 1%红22100+-2%橙331000黄4410000绿55100000+/- 0.5%兰661000000+/- 0.2%紫7710000000+/- 0.1%灰88100000000白991000000000+5-20%金+-5%银+-10%无色环+-20%一、电阻阻值的色环表示法颜色和数字的对应关系，按照下面的方法容易记忆：黑0 棕1 红2 橙3 黄4 绿5 蓝6 紫7 灰8 白9 此外，还有金、银两个颜色要特别记忆，它们在色环电阻中,处在不同的位置具有不同的数字含义，这是需要特别注意的。对此，我们放在后面介绍。“四色环”读数规则：所谓“四色环电阻”就是指用四条色环表示阻值的电阻。从左向右数，第一，二环表示两位有效数字，第三环表示数字后面添加“0”的个数。所谓“从左向右”，我们是指把电阻象图中所画的样子放置四条色环中，有三条相互之间的距离靠得比较近，而第四环距离稍微大一点。请看下面例子：红2 紫7 棕1 金5第一环：红代表2；第二环：紫代表7；第三环：棕代表1。但是第三环的“1”并不是“有效数字”，而是表示在前面两个有效数字后面添加“零”的个数。这个电阻的阻值应该是270。 那么，第四环又是什么意思？第四环表示电阻的“精度”，也就是阻值的误差。金色代表误差5，银色代表误差10。对270而言，5的误差，意味着这个电阻实际最小的阻值是270*（10.05）265.5；最大不会超过270*（10.05）283.5。在识别四色环电阻时，有两个情况要特别注意：1、当第三环是黑色的时候，这个黑环代表0的个数，几个0？是0个“0”，也就是“没有0”。如： 红2 红2 黑0个0 金5 阻值是：22 而绝不是220！2、金色和银色也会出现在第三环中：前面我们已经提到，第四环是表示误差的色环,用金、银两种颜色分别表示不同的精度；而第三环表示“添加零的个数”，那么当第三环出现金色或银色的时候，又怎么理解“添加零的个数”呢？做法如下：第三环金色：把小数点向前移动1位；第三环银色：把小数点向前移动2位。例：1、色环排列：橙灰金 金 ，阻值是3.82、色环排列：绿黄银 金 ，阻值是：0.54；因为这种电阻的阻值太小了，在一般电路中几乎不用，所以在普通的电阻系列中是没有的。3、当第二环是黑色时，第三环颜色所代表的则是整数，即几，几十，几百 k等，这是读数时的特殊情况，要注意。例如第三环是红色，则其阻值即是整几k的。 对于4色环电阻，其阻值计算方法位： 阻值=（第1色环数值*10+第2色环数值）*第3位色环代表之所乘数 对于5色环电阻，其阻值计算方法位： 阻值=（第1色环数值*100+第2色环数值*10+第3位色环数值）*第4位色环代表之所乘数 识别哪是五环电阻的第一环的方法： 四环电阻的偏差环一般是金或银，一般不会识别错误，而五环电阻则不然，其偏差环有与第一环（有效数字环）相同的颜色，如果读反，识读结果将完全错误。那么，怎样正确识别第一环呢？现介绍如下：#T%tA1、偏差环距其它环较远。B A;V8r_pl4z6V.jo2、偏差环较宽。3、第一环距端部较近 3、第一环距端部较近。4、有效数字环无金、银色。（解释：若从某端环数起第1、2环有金或银色，则另一端环是第一环。）5、偏差环无橙、黄色。（解释：若某端环是橙或黄色，则一定是第一环。）gL SGMN%bome6、试读：一般成品电阻器的阻值不大于22M，若试读大于22M，说明读反。实验二 无失真传输系统一、实验目的1、了解无失真传输的概念。2、了解无失真传输的条件。二、实验内容1、观察信号在失真系统中的波形。2、观察信号在无失真系统中的波形。三、实验仪器1、信号与系统实验箱一台（主板）； 2、系统复域与频域的分析模块一块。 3、20M双踪示波器一台。四、实验原理1、一般情况下，系统的响应波形和激励波形不相同，信号在传输过程中将产生失真。线性系统引起的信号失真有两方面因素造成，一是系统对信号中各频率分量幅度产生不同程度的衰减，使响应各频率分量的相对幅度产生变化，引起幅度失真。另一是系统对各频率分量产生的相移不与频率成正比，使响应的各频率分量在时间轴上的相对位置产生变化，引起相位失真。 线性系统的幅度失真与相位失真都不产生新的频率分量。而对于非线性系统则由于其非线性特性对于所传输信号产生非线性失真，非线性失真可能产生新的频率分量。 所谓无失真是指响应信号与激励信号相比，只是大小与出现的时间不同，而无波形上的变化。设激励信号为，响应信号为，无失真传输的条件是 （41）式中是一常数，为滞后时间。满足此条件时，波形是波形经时间的滞后，虽然，幅度方面有系数倍的变化，但波形形状不变。2、对实现无失真传输，对系统函数应提出怎样的要求？ 设与的傅立叶变换式分别为。借助傅立叶变换的延时定理，从式41可以写出 （42）此外还有 （43）所以，为满足无失真传输应有 （44）（44）就是对于系统的频率响应特性提出的无失真传输条件。欲使信号在通过线性系统时不产生任何失真，必须在信号的全部频带内，要求系统频率响应的幅度特性是一常数，相位特性是一通过原点的直线。 K OO图2-4-1 无失真传输系统的幅度和相位特性3、本实验箱设计的电路图：（采用示波器的衰减电路）图2-4-2 示波器衰减电路 计算如下： （45） 如果 则 是常数， （46） 式（46）满足无失真传输条件。五、实验步骤1、把“系统复域与频域分析模块”插在主板上，用导线接通此模块“电源接入”和主板上的电源（看清标识，防止接错，带保护电路），并打开实验箱和此模块的相应电源开关。 2、打开函数信号发生器的电源开关，使其输出一方波信号，频率为1，峰峰值为，将其接入到此实验模块的输入端，用示波器的两个探头观察，一个接入到输入端，一个接入到输出端，以输入信号作输出同步进行观察。 3、观察信号是否失真，即信号的形状是否发生了变化，如果发生了变化，可以调节电位器“失真调节”，可调节到输出与输入信号的形状一致，只是信号的幅度发生了变化（一般变为原来的两倍）。4、改变信号源，采用的信号源可以从函数信号发生器引入，也可以从常用信号分类与观察引入各种信