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1、. . . . .电气学科大类 2010 级信号与控制综合实验课程实 验 报 告(基本实验一:信号与系统基本实验)姓名 学号 专业班号 同组1 学号 专业班号 指导教师 李开成 日 期 2012.12.6 实验成绩 评 阅 人 实验评分表基本实验实验编号名称/内容（此列由学生自己填写）实验分值评分实验一 常用信号的观察5实验二 零输入，零状态及全响应5实验五 无源与有源滤波器10实验六 低通，高通，带通，带阻滤波器间的变换10实验七 信号的采样与恢复实验15实验八 调制与解调实验15设计性实验实验名称/内容实验分值评分创新性实验实验名称/内容实验分值评分波形的变换与仿真教师评价意见总分学习参考
2、. . . . .目 录实验一 常用信号的观察.实验二 零输入，零状态及全响应.实验五 无源与有源滤波器.实验六 低通，高通，带通，带阻滤波器间的变换实验七 信号的采样与恢复实验.实验八 调制与解调实验.实验一 常用信号的观察一 任务及目标1 ）实验目的1.了解常用信号的波形和特点。2.了解相应信号的参数。3.学习函数发生器和示波器的使用。4.学习示波器波形采集wavestar软件的使用。2 ）实验内容1 观察常用的信号，如：正弦波，方波，三角波，锯齿波及一些组合函数波形。2 用示波器测量信号，读取信号的幅度和频率。二 总体方案设计描述信号的方法有多种，可以是数学表达式（时间的函数），也可以是
3、函数图形（即为信号的波形）。对于各种信号可以分为周期信号和非周期信号；连续信号和离散信号等。普通示波器可以观察周期信号；具有暂态拍摄功能的示波器可以观察到非周期信号的波形。目前常用的数字式示波器可以非常方便的观察周期信号以及非周期信号的波形。三 方案实现和具体设计1 接通函数发生器的电源。2 调节函数发生器选择不同的频率，用示波器观察输出波形的变化。四 实验设计与实验结果方波 VP-P=2V，T=50ms 锯齿波VP-P=2V，T=100ms正弦波 y=sin(20x) 三角波VP-P=2V，T=100ms 结果分析与讨论实验总结：通过本次实验，我学会了信号发生器的使用，学会了产生正弦波，方波
4、，锯齿波，三角波的方法，加深了对各种波的性质的认识，通过改变个参数的大小，可以得到不同大小和形状的波形。另外，我学会了使用wavestar采集波形，对示波器的使用更加熟悉。实验二 零输入，零状态及完全响应一 任务及目标1） 实验目的1通过实验，进一步了解系统的零输入响应、零状态响应和完全响应的原理。2学习实验电路方案的设计方法本实验中采用用模拟电路实现线性系统零输入响应、零状态响应和完全响应的实验方案。2） 实验内容1连接一个能观测零输入响应、零状态响应和完全响应的电路图（参考图2-1）。2分别观测该电路的零输入响应、零状态响应和完全响应的动态曲线。二 总体方案设计零输入响应、零状态响应和完全
5、响应的实验电路如图2-1所示。图2-1 零输入响应、零状态响应和完全响应的实验电路图合上图2-1中的开关，则由电路可得 (1)，则上式变为 (2)对上式取拉式变换得： 所以 (3)式(3)中，若E1等于0，则等号右方只有第二项，即为零输入响应，即由初始条件激励下的输出响应；若初始条件为零（），则等式右边只有第一项，即为零状态响应，它描述了初始条件为零（）时，电路在输入E1作用下的输出响应，显然它们之和为电路的完全响应。若，断开/合上开关K1或K2即可得到如图2-2所示的这三种的响应过程曲线。图2-2零输入响应、零状态响应和完全响应曲线其中：零输入响应 零状态响应 完全响应三 方案实现和具体设计
6、如图即为实验所得零输入响应，零状态响应与全输入响应图：实验步骤为：1， 实验模块如附2所示，将开关接到如图所示位置，待电容充满电后将k2接到电阻R2线路上，即得如图所示的零输入响应。2， 将开关接到如图所示位置，待电容充满电以后将k1接到15v的电路，即得如图所示的全响应。3， 将k1接到15v的电路，将k2接到R2线路，待电容放完电后再将开关k2接到电容电路，即得如图所示零状态响应。附2信号与系统基本实验模块实验电路板2(零输入、零状态及完全响应实验)的电路原理图及参数结果分析与讨论实验总结: 通过这次试验，我对电路理论所学习的三种响应状态有了更深的理解，在实验过程中，具体的操作步骤很重要，
7、这能加快实验的完成的速度。实验思考题:系统零输入响应的稳定性与零状态响应的稳定性是否相同？答：不相同。理由如下：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。所以零输入响应是只和电路结构有关，只要电路自身是稳定的，零输入响应就是稳定的。零状态响应与起始储能无关，与输入激励有关。在不同的输入信号下，电路会表征出不同的响应。所以零状态响应的稳定性不仅和电路结构有关，还与输入的信号有关。实验五 无源与有源滤波器一 任务及目标1）、实验目的1了解无源和有源滤波器的种类、基本结构及其特性；2分析和对比无源和有源滤波器的滤波特性；3掌握无源和有源滤波器参数的设计方法。2）、实
8、验内容 1测试无源和有源LPF(低通滤波器)的幅频特性； 2测试无源和有源HPF(高通滤波器)的幅频特性； 3测试无源和有源BPF(带通滤波器)的幅频特性； 4测试无源和有源BEF(带阻滤波器)的幅频特性。二 总体方案设计1滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络，它允许某些频率（通常是某个频率范围）的信号通过，而其它频率的信号幅值均要受到衰减或抑制。这些网络可以由RLC元件或RC元件构成的无源滤波器，也可由RC元件和有源器件构成的有源滤波器。根据幅频特性所表示的通过或阻止信号频率范围的不同，滤波器可分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、和带阻滤波器（
9、BEF）四种。图5-1分别为四种滤波器的实际幅频特性的示意图。图5-1 四种滤波器的幅频特性2四种滤波器的传递函数和实验模拟电路如图5-2所示： (b) 有源低通滤波器(a) 无源低通滤波器 (c) 无源高通滤波器(d) 有源高通滤波器 (e) 无源带通滤波器(f) 有源带通滤波器图5-2 四种滤波器的实验电路(g) 有源带阻滤波器(h) 无源带阻滤波器3滤波器的网络函数H（j），又称为频率响应，它可用下式表示式中A()为滤波器的幅频特性，为滤波器的相频特性。它们均可通过实验的方法来测量。三 方案实现和具体设计1将设计搭建的实验电路板或基本实验模块电路板5接通电源，用示波器从总体上先观察各类滤
10、波器的滤波特性。2实验时，在保持滤波器输入正弦波信号幅值（Ui）不变的情况下，逐渐改变其频率，用示波器或交流数字电压表（f200KHz），测量滤波器输出端的电压U0。当改变信号源频率时，都应观测一下Ui是否保持稳定，数据如有改变应及时调整。3按照以上步骤，分别测试无源、有源LPF、HPF、BPF、BEF的幅频特性。四 实验设计与实验结果本实验的输入电压为5.12v频率100200300500601800100015002700无源低通5.124.964.6443.683.262.721.881频率8001000120015002000300043005000600010000无源高通0.841
11、.081.321.642.122.923.683.964.24.76频率50060070010001200150020003000450060007500无源带通0.91.041.241.561.721.741.71.581.361.241频率2.1750500600800100012001500200025003000500080001000012000无源带阻3.684.321.761.410.760.60.240.721.21.62.683.483.684.84频率50100300500700100015002000400060008000有源低通4.964.884.84.564.13.472.491.790.650.340.2有源高通0.250.260.270.631.121.82.83.524.434.55.01有源带通0.50.811.822.73.143.433.73.63.012.532.32有源带阻5.125.084.784.33.61.950.421.323.784.85.02结果分析与讨论实验总结：通过本实验，我明白了做实验前一定要先算好实验的滤波器的参数在进行测量，在滤波器频率变化较快的地方要多测量几组数据便于画出滤波器的特性图。在记录数据时要按照一定的规律来记录，这样实验变得更加有条
