零输入响应及零状态响应(实验模版).doc

零输入响应零状态响应
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一、实验目的
掌握电路的零输入响应。
掌握电路的零状态响应。
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:
零输入相应：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)。

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Vc()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插在主板上，用导线接通此模块“电源接入”和主板的电源（看清标识，防止接错）。
2、系统的零输入响应特性观察
（1）接通主板上的电源，同时按下本模块的电源开关S1，将“函数信号发生器”模块中的输出（将“波形选择”拨到方波“频率调节”用于在频段内的频率调节，“占空比”用于脉冲宽度的调节，可以改变以上的参数进行相关的操作），通过导线引入到“零输入零状态响应”的输入端。
（2）用示波器的两个探头，一个接函数信号发生器输出作同步，一个用于观察输出信号的波形，即在低电平是观察到的波形即为零输入响应，在高电平所观察到的波形即为零状态响应。
（3）改变函数信号发生器的“频率调节”电位器，观察到的是不同系统下的零输入响应和零状态响应。
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K1的位置，观察到的是不同系统下的零状态响应，进行相应的比较。
3、对时间的常数的测量
1、将系统时域与频率时域分析模块插在试验箱平台上。
2、将模块上的电源插口与试验箱上的电源插口用导线相应连接
3、在试验箱上找到的“函数信号发生器模块”将S1201和S1202按下
4、按下零输入零状态模块的电源开关
5、用示波器测量函数信号发生器模块输出的是否是方波信号，是则将开关都向左端，并调节频率调节旋钮将频率调到最大。
6、将示波器上的测试钩与零输入零状态响应模块的输出端相接，零的一端接地，从示波器上读出信号的电压幅值V，并计算出的值（e=2.71828）
7、让值与纵轴相交，读出低电到该值得时间间隔即可2得到时间常数的大小。
8、由于电路不变，放电时间常数和充电时间常数相等。
9、将“零输入响应和零状态响应模块”上的转换开关K1拨向另一端，重复上述过程，读出另一RC电路的时间常数，填在下表格
V01
1
V01
1
1
0.7112
2
1.5