连续时间系统的模拟--信号与系统实验箱

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，最终达到在一定条件下确定最佳参数的目的。
2、三种基本运算电路
a、比例放大器，如图2-1。      
U0＝·U1

图2-1比例放大器电路连接示意图
b、加法器，如图2-2。
Uo=—（U1+U2）= —（U1+U2）（R1=R2）

图2-2加法器电路连接示意图
c、积分器，如图2-3。
U0＝

图2-3积分器电路连接示意图
3、一阶系统的模拟
如图2-4（a）。它是一阶RC电路，可用以下方程描述：

其模拟框图如图2-4（b）（c）。其一阶系统模拟实验电路如图2-4（d）。
 
 

 
图2-4一阶系统的模拟

图2-4一阶系统的模拟
三、实验内容
在实验平台的二次开发区搭接电路。IN+为运放单元的同相输入端，IN-为运放单元的反相输入端；OUT为运放单元的输出端。
进行实验时，可根据需要选择不同阻值的电阻。二次开发区实验模块（第一章的第二节中图2-1二次开发区布局图）上有12个可供选择的电阻，分别是：1KΩ、510Ω、3.3KΩ、5.1KΩ各二个，10KΩ 4个，4个可供选择的电容：0.1uF（104）、0.01uF（103）各二个。
运放单元的电路图如图2-5所示。

图2-5运放单元的电路图
1、基本运算器——加法器的观测
①同学们自己动手连接如图2-6所示实验电路。
②将2V、3V电压接至电路U1、U2端。（可自己搭接分压电路，2V和3V电压信号同时输入加法器，或者一路输入信号源产生的信号，一路直接输入一个5V信号。）
③用万表测量U0端电压。是否为输入的两路电压之和。
2、基本运算器——比例放大器的观测
①同学们自已动手连接如图2-7所示实验电路。
②将函数发生器产生的幅度A=1V，频率f =1KHz的方波送入输入端，用示波器同时观察输入、输出波形并比较。
3、基本运算器——积分器的观测
①同学们自己动手连接如图2-8所示实验电路。
②函数发生器产生的幅度A=1V，频率f =1KHz的方波送入输入端，用示波器同时观察输入、输出波形并比较。

图2-6加法器实验电路图        图2-7比例放大器实验电路图

图2-8积分器实验电路图
4、一阶RC电路的模拟
如图2-4（a）为已知的一阶RC电路。图2-4（d）是它的一阶模拟电路。
函数发生器产生的幅值A=1V，频率f=1KHz的方波送入输入端，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、绘制一阶模拟电路的阶跃响应，标出峰-峰电压及周期。
五、实验设备
1、双踪示波器1台
2、函数信号发生器1台
3、毫伏表1台
4、YUY-XH3信号与系统实验箱1台
六、实验模块布局图
见第一章的第二节中图2-1二次开发区布局图。