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1、2010 级 信号与控制综合实验课程 实实 验验 报报 告告 (基本实验一基本实验一: :信号与系统基本实验信号与系统基本实验) 姓姓名名学学号号专业班号专业班号电气电气 10 同组者同组者 1学学号号专业班号专业班号 电气电气 10 指导教师指导教师李开成李开成 日日期期2012 年年 12 月月 实验成绩实验成绩 评评 阅阅 人人 电气学科大类 2 综合实验和实验报告要求综合实验和实验报告要求 信号与控制综合实验，是集多门技术基础课程以及其它延伸课程理论于一体的 综合性实验课程，需要综合多门学科理论知识和实验方法来体现，因此，实验目的 不是简单的课程理论验证和练习，而是综合应用、研究开发、
2、设计创新。应采用尽 可能好的设计，使所设计的电路和系统达到要实现的功能，步骤和方案自行拟定， 实现对设计思路的实验验证。 完成多个实验项目的，应将实验内容整理综合后写成一份总报告，以利于锻炼 整理归纳和总结能力，在总报告中以第二级标题形式依次写下所完成的实验项目、 内容及实验设计过程。 实验报告按“题目、目录、正文（分所完成的各实验项目）、结论、心得与自 我评价、参考文献”6个部分撰写；正文主要包括以下几个内容：任务和目标、总体 方案设计（原理分析与方案设计特点，选择依据和确定） 、方案实现和具体设计（过 程）、实验设计与实验结果、结果分析与讨论。 （格式方面请注意：每个图应该有图号和图名，位
3、于图的下方，同一图号的分 图应在同一页，不要跨页；每个表应该有表号和表名，位于表的上方，表号表名与 表（数据）也应在同一页，不要跨页；建议各部分题目采用四号黑体、设计报告内 容文字采用小四号宋体） 注：报告中涉及实验指导书或教材内容，只需注明引用位置，不必在报告中再 加以阐述。不得不加引用标记地抄袭任何资料。 每一基本实验部分按计划学时100分成绩计算（100），需要完成60分的实验 项目；实验报告、设计部分和创新研究内容另外计分（分别为10、20和10）。 再按照学时比例与本课程其它部分实验综合成为总实验成绩。每一部分实验均为： 基本实验：060分，考核基本理论的掌握和基本操作技能、实验室道
4、德规范； 实验报告：010分，考核思考和总结表述能力； 完成设计性实验：020分，评价设计能力； 完成创新性实验：010分，鼓励创新。 实验报告装订线为左边。 本页可以不打印。 3 实验评分表 基本实验基本实验 实验编号名称实验编号名称/内容内容（此列由学生自己填 写） 实验分值实验分值评分评分 实验一常用信号的观察5 实验二零输入、零状态及完全响应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 设计性实验设计性实验 实验名称实验名称/内容内容实验分值实验分值评分评分 创新性实验创新性实验 实验名称实验
5、名称/内容内容实验分值实验分值评分评分 基于线性时不变系统的传递函数的探基于线性时不变系统的传递函数的探 究和究和 MATLAB 系统分析模型系统分析模型 40 教师评价意见教师评价意见总分总分 4 目目录录 第一部分第一部分正文正文6 实验一实验一常用信号观察常用信号观察6 一、实验目的：6 二、实验原理：6 三、实验内容：6 四、实验设备：6 五、实验步骤：6 六、实验结果：6 实验二实验二 零输入、零状态以及全响应零输入、零状态以及全响应9 一、实验目的：9 二、实验原理：9 三、实验内容：10 四、实验设备：10 五、实验步骤：10 六、实验结果：11 七、结果分析：12 八、思考题：
6、12 实验五实验五无源与有源滤波器无源与有源滤波器13 一、实验目的13 二、实验原理错误！未定义书签。错误！未定义书签。 三、实验设备：13 四、实验步骤：13 五、结果分析错误！未定义书签。错误！未定义书签。 实验六实验六 低通、高通、带通、带阻滤波器间的变换低通、高通、带通、带阻滤波器间的变换.18 一、实验目的18 二、实验原理18 三、实验设备错误！未定义书签。错误！未定义书签。 四、实验步骤19 五、实验结果19 六、实结果分析25 5 实验七实验七 信号的采样与恢复实验信号的采样与恢复实验26 一、实验目的26 二、实验原理26 三、实验设备26 四、实验步骤27 五、实验结果2
7、7 实验八：调制与解调实验实验八：调制与解调实验31 一、实验目的31 二、实验原理31 三、实验设备31 四、实验步骤32 五、实验结果32 实验实验九九：基于线性时不变系统的传递函数的探究和基于线性时不变系统的传递函数的探究和 MATLAB 系统分析模型系统分析模型. 34 一、实验目的34 二、实验原理34 三、实验步骤34 四、实验设备32 五、实验过程32 六、实验结果分析43 六、实验结果分析45 第二部分第二部分 实验总结实验总结46 第第三三部分部分 参考文献参考文献47 6 第一部分第一部分正文正文 实验一常用信号观察 一、实验目的：一、实验目的： 了解常用波形的波形和特点，
8、了解相应信号的参数的测量，学会使用示波器与 函数发生器，了解常用信号波形的输出与特点， 。掌握基本的误差观察和分析方法。 二、实验原理：二、实验原理： 描述信号的方法有很多可以是数学表达式 （时间的函数） ， 也可以是函数图形 （即 为信号的波形） 。 信号可以分为周期信号和非周期信号两种。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，常用的数字示波器 可以非常方便地观察周期信号及非周期信号的波形。 三、实验内容：三、实验内容： 1 观察常用的正弦波、方波、三角波、锯齿波等信号及一些组合函数的波形， 如 y=sin(nx)+cos(nx)。 2使用示波
9、器读取信号的频率与幅值。 四、实验设备：四、实验设备： 1函数信号发生器 2数字示波器。 五、实验步骤：五、实验步骤： 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和不同的波形， 用示波器观察输出波形的变 化。 六、实验结果：六、实验结果： 1.正弦波波形图 7 图图1-11-1正弦波波形图 2.三角波波形图 图图1-21-2 三角波波形图 3.方波波形图 8 图图1-31-3方波波形图 4.锯齿波波形图 图图 1-1-4 4锯齿波波形图 9 实验二 零输入、零状态以及全响应 一、实验目的：一、实验目的： 通过实验得出零状态响应、零输入响应以及全响应的波形曲线，并由此验证 三种响应
10、之间的关系。学习实验电路方案的设计方法，学习使用模拟电路实现系 统零输入、零状态和完全响应的实验方案。 二、实验原理：二、实验原理： 线性时不变系统的基本特性，可以用简单的时间响应特性来说明和观察。这 里要验证的就是最简单的时间响应特性零输入响应、零状态响应及完全响应。 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 2-1 所 示。 合上图 2-1 中的开关 1 k，则由电路可得 11 )()(EtURti c 因为 i(t)= dt tdU C c )( ，则式子变为 11 )( )( EtU dt tdU CR c c 得： RC t c RC t c eUeEtU )0(
11、)1 ()( 1 （1） ：若 1 E等于 0，则等式右边只有第二项，为零输入响应，即由初始条件 激励下的输出响应； （2） ：若初始条件为零，即)0( c U=0，则等式右边只有第一项，即为零状态 响应； （3） ：显然，零输入相应和零状态响应之和为电路的完全响应。 10 图图 2-12-1 零输入响应、零状态响应和完全响应的实验电路图 1 R 2 R 图图 2-2-2 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、实验内容：三、实验内容： 1连接一个能观测零输入、零状态和和完全响应的电路图。 2分别观察该电路的零输入、零状态和完全响应的动态曲线。 四、实验
12、设备：四、实验设备： 1、实验电路板； 2、直流稳压电源； 3、存储式数字示波器一台。 五、实验步骤：五、实验步骤： 1、关闭 K2 指向 R2，完成放电，以保证电容两端电压归零。 2、闭合 K2 指向 R1，K1 指向 5V，此时为电容两端充电，将 K2 闭合至 R2， 11 完成零输入响应，此时电容两端电压变化为零输入相应。记录此时的电容电压变 化。 3、重复 2 中的操作，但保持 K2 在 R1 处，断开 K1，将 K1 闭合至 15V 处， 此时电压输出为全响应。 4、将 K2 闭合至 R2，完成放电，再将 K2 闭合至 R1，由于之前 K1 接到 15V 电源处，所以，此时电容的输出
13、电压为零状态响应。 六、实验结果：六、实验结果： 图图 2-2-3 3 零状态响应 12 图图 2-2-4 4 零输入响应 图图 2-2-5 5 完全响应 七、结果分析：七、结果分析： 三张图大体反映了零状态响应、零输入响应、完全响应曲线状态。 从电路参数计算可得，此电路的理论时间常数=RC=30k*47=1.41s。 1.零输入响应的初始状态不为零，但其最终稳定状态为零； 2.零状态响应的初始状态为零，但其最终稳定状态不为零，并且此时的电压 等于电源电压 E。 3.完全响应的初始状态不为零，电容器两端的最终电压等于电源电压 E， 八、思考题：八、思考题： 1系统零输入响应的稳定性与零状态响应
14、的稳定性是否相同？为什么？ 答：系统零输入响应的稳定性与零状态响应的稳定性不相同。因为零输入响 应系统的初始储能不为零，其末状态由于电容器完全放电而为零，此时电路处于 稳定状态；对于零状态响应，系统的初始储能为零，有外界输入，当电容器充电 至两端的电压达到最大值时，达到稳定状态，此时系统的储能不为零，故它们的 稳定性不相同。 13 实验五无源与有源滤波器 一、一、实验目的实验目的 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（BEF）等 4 种 滤波器。图 5-1 分别为四种滤波器的实际频率特
15、性的示意图。 图图 5-15-1四种滤波器实际的幅频特性 三、实验设备：三、实验设备： 1信号与系统基本实验板 2双路输出直流稳压电源 3函数发生器 4数字示波器 四、实验步骤：四、实验步骤： 根据实验要求，设计实验电路，本次试验运用实验模版 5无源与有源录波 器的原理图及参数，以下为主要的实验步骤： 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波器的滤波特性。 14 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，测量滤波器输出端的电压 U0。 3按照以上步骤，分别测试无源、有源 LPF、HPF、BP
16、F、BEF 的幅频特性。 表表 5-2无源和有源低通滤波器幅频特性的数据记录 无 源 频 率 /Hz 10030060080090010002000250030004000 电 压 /V 5.04.84.243.63.22.61.71.20.7 有 源 频 率 /Hz 10030060080090010002000250030004000 电 压 /V 5.04.94.44.23.73.53.02.01.30.6 图图 5-25-2 无源和有源低通滤波器幅频特性曲线 15 表表 5-3 无源和有源高通滤波器幅频特性的数据记录 无 源 频率 /KHz 0.10.511.52345678910 电压/V00.51.21.82.32.52.83.23.64.04.54.74.9 有 源 频率 /KHz 0.10.511.52345678910 电压/V00.61.41.92.52.93.23.43.94.44.94.95.0 图图 5-35-3 无源和有源高通滤波器幅频特性曲线 16 表表 5-4 无
