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1、12010 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 张丰伟 学 号 U201011871 专业班号 1004 同组者 彭永晶 学 号 U201011868 专业班号 1004 指导教师 李开成 日 期 实验成绩 评 阅 人 电气学科大类2实验评分表实验编号名称/内容 实验分值 评 分零输入、零状态及完全响应 5信号的无失真传输 5基本实验实验名称/内容 实验分值 评 分无源与有源滤波器 10低通、高通、带通、带阻滤波器变换 10信号的采样与恢复 15设计性实验调制与解调实验 15实验名称/内容 实验分值 评 分信号的产生、收集、处理、变换和基于 MATL
2、AB 的分析040创新性实验教师评价意见 总 分3目 录正文实验一：零输入、零状态及完全响应6实验任务与目的6总体方案设计 6方案实现和具体设计 6实验设计与实验结果 6结果分析与讨论7实验二：信号的无失真传输8实验任务与目的 8总体方案设计 8方案实现和具体设计 8实验设计与实验结果 8结果分析与讨论 11实验三：无源与有源滤波器 11实验任务与目的 11总体方案设计 11方案实现和具体设计 12实验设计与实验结果 12结果分析与讨论 15实验四：LPF、HPF、BPF、BEF 间的变换16实验任务与目的164总体方案设计16方案实现和具体设计 16实验设计与实验结果 16结果分析与讨论18
3、实验五：信号的采样与恢复实验18实验任务与目的18总体方案设计18方案实现和具体设计 19实验设计与实验结果19结果分析与讨论24实验六：调制与解调实验24实验任务与目的24总体方案设计24方案实现和具体设计 25实验设计与实验结果 26 结果分析与讨论27实验七：方波信号的产生、分解、合成及转化28实验任务与目的28总体方案设计28方案实现和具体设计 29实验设计与实验结果 29结果分析与讨论335实验结论33心得与自我评价34参考文献356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 完全响应实验一 零输入、零状态及完全响应一、实验任务和目标学习掌握零输入响
4、应、零状态响应和完全响应的原理，设计一个能观测三者的电路图，用示波器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，同时提高设计实验电路的能力。2总体方案设计(实验教程 P2930，下同)一阶系统的零输入响应，零状态响应及完全响应的简单实验电路如图所示。合上 S1，由电路可得 ，则11)(EtUdtCRcctoRCtc eeEtU)0(1()三方案实现和具体设计（P30）1.连接数字示波器、实验电路板和函数发生器，接通各部分电源。2.通过两个开关 S1 和 S2 的闭合/断开来设置电路工作状态（零输入/零状态/完全） ，用示波器观察输出（电容电压）的零输入响应、零状态响应和完全响应，记
5、录波形和当前响应时的各开关的状态。四、实验设计与实验结果1闭合 S1，断开 S2，S3，电容充电，得到零状态响应曲线。7图 2-4 零状态响应曲线 2闭合开关 S1，断开 S2，S3，电容充电到 15V 后，断开开关 S1，闭合S3,电容放电，得到零输入响应曲线。图 2-3 零输入响应曲线 3闭合开关 S2，电容充电至 5V，断开 S2，闭合 S1，得到完全响应曲线。图 2-5 完全响应曲线 五、结果分析与讨论实验所测波形与理论波形较为一致，基本符合预期。此次实验通过改变电路上的开关组合状态，构成所需的输出电路，输出相应的响应波形，并在数字8示波器上显示出来，并读出电压等参数。由图可看出，零状
6、态、零输入、全响应都是指数规律增长或衰减。通过本次试验，我们进一步熟悉了产生零状态响应、零输入响应和全响应的电路，对三种响应有了直观的认识，并加深了对零输入响应、零状态响应和完全响应原理的理解，了解了三种响应的响应曲线以及这三种响应之间的联系。 思考题1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？为什么？不相同。零输入响应与输入激励无关，其过程只和电路结构有关，只要电路结构自身是稳定的，零输入响应就是稳定的；零状态响应只与输入激励有关，与起始储能无关，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。实验二 信号的无失真传输1任务
7、和目标通过实验进一步了解信号无失真传输基本原理。熟悉信号无失真系统的结构与特性，掌握按试验原理或频率响应要求设计无失真系统或电路的方法。2总体方案设计一般情况下，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。信号的无失真传输是指通过系统后输出信号的波形与输入信号的波形完全相同，仅有幅值上的差异和产生一定的延迟时间的传输。令输入信号为
8、X(t)，则输出为 Y(t)=kX(t-t0)，取傅立叶变换得频率响应特性为 ，即幅频特性为非零常数，相频特性是角00)()( tjtjeHkjXYjH频率的线性函数。3方案实现和具体设计用函数信号发生器产生输入信号，用示波器观察输出及输入信号，并比较波形的失真4实验设计与实验结果1.设计一个无源或有源的无失真传输系统2.令幅值固定，频率可变的正弦信号作为输入信号，测量输出信号的幅值和相位。 （CH2 为输入信号，CH1 为输出信号）输入信号 10kHz 时，不失真9输入信号 50kHz 时，不失真输入信号 65kHz 时，不失真输入信号 80kHz 时，失真10输入信号 120kHz 时，失
9、真3.在一定频率下，改变电路参数，观察电路输出波形的失真情况，分析失真度，并加以总结输入信号频率为 50kHz 时，调节电位器115结果分析与讨论实际的线性系统，其幅频与相频特性都不可能完全满足不失真传输条件。当系统对信号中各频率分量产生不同程度的衰减，使信号的幅度频谱改变时，会造成幅度失真；当系统对信号中各频率分量产生的相移与频率不成正比时，会使信号的相位频谱改变，造成相位失真。改变电路的参数，会导致传输函数变化，频率响应变化，电路对不同频率信号的失真改变。在实验中，实验板对实验的影响很大，有的 50kHz 不失真，有的 10kHz 就明显失真了。但是通过人眼观察很难判定是否失真。6思考题1
10、.无失真传输时信号仍然会有幅值上的变化，那么输出信号波形与输入信号波形相同的主要原因是什么？ 波形相同，但波形所在的坐标轴的数值或单位不同。根据尼奎斯特采样定理，信道的带宽应该大于信息的码元速率的两倍以上才能进行无失真传输。若增益为采样信号周期 T，则输出信号与输入信号幅值相等；若增益不为 T，则此时输出信号与输入信号幅值不同，但波形相同。2.信号的无失真传输系统与全通滤波器有何不同？ 无失真传输指的是幅度有固定的衰减，有固定的时延，相位是频率的常数倍。一般在要求传输的频段上基本满足要求就可以了。全通滤波器不衰减任何频率的信号，而对相位没有要求，会改变输入信号的相位。实验三 无源滤波器与有源滤
11、波器一、实验任务和目标了解无源和有源 LPF(低通滤波器)、无源和有源 HPF(高通滤波器)、无源和有源 BPF(带通滤波器)、无源和有源 BEF(带阻滤波器)基本结构及其特性，通过设计电路，测量这些滤波器的幅频特性，分析比较无源和有源滤波器的滤波特性。掌握无源和有源滤波器参数的设计方法。二、总体方案设计(实验教程 P3637)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12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
12、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（BEF）四种。三、方案实现和具体设计（实验教程 P36）1将实验模块电路板接通电源，用示波器从总体上先观察各类滤波器的滤波特性。2实 验 时 ， 在 保 持 滤 波 器 输 入 正 弦 波 信 号 幅 值 （ Vi） 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 （ f 200KHz） ，测量滤波器输出端的电压V0 。当改变信号源频率时，应观测一下 Vi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
13、别测试无源和有源 LPF、HPF、BPF、BEF 的幅频特性。四、实验设计与实验结果1. 低通滤波器 LPF有源低通 无源低通f/Hz vi vo vo/vi f/Hz vi vo vo/vi100 2.2 2.08 0.945454545 100 2.16 2.04 0.944444444500 2.12 1.9 0.896226415 200 2.12 1.96 0.9245283021000 2.08 1.5 0.721153846 500 2.12 1.6 0.7547169812000 2.12 0.82 0.386792453 700 2.12 1.32 0.6226415094000 2.12 0.3 0.141509434 1000 2.12 1.08 0.5094339625000 2.08 0.196 0.094230769 1500 2.12 0.704 0.3320754728000 2.12 0.12 0.056603774 2000 2.12 0.6 0.28301886810000 2.08 0.054 0.025961538 3000 2.12 0.32 0.15094339615000 2.12 0.02
