信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、 池州學(xué)院 信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)一 常用信號(hào)產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察常用信號(hào)的波形特點(diǎn)及產(chǎn)生方法。2、學(xué)會(huì)使用示波器對(duì)常用波形參數(shù)的測(cè)量。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、信號(hào)的種類相當(dāng)?shù)亩?，這里列出了幾種典型的信號(hào)，便于觀察。2、這些信號(hào)可以應(yīng)用到后面的“基本運(yùn)算單元”和“無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)分析”中。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)（主板）。2、20MHz雙蹤示波器一臺(tái)。四、實(shí)驗(yàn)原理對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)特性的研究，其中重要的一個(gè)方面是研究它的輸入輸出關(guān)系，即在一特定的輸入信號(hào)下，系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的輸出響應(yīng)信號(hào)。因而對(duì)信號(hào)的研究是對(duì)系統(tǒng)研究的出發(fā)點(diǎn)，是對(duì)系統(tǒng)特性觀察的基本手段與方法。在本實(shí)驗(yàn)中，將對(duì)常用信號(hào)和特性進(jìn)行分

2、析、研究。信號(hào)可以表示為一個(gè)或多個(gè)變量的函數(shù)，在這里僅對(duì)一維信號(hào)進(jìn)行研究，自變量為時(shí)間。常用信號(hào)有：指數(shù)信號(hào)、正弦信號(hào)、指數(shù)衰減正弦信號(hào)、抽樣信號(hào)、鐘形信號(hào)、脈沖信號(hào)等。1、正弦信號(hào)：其表達(dá)式為，其信號(hào)的參數(shù)：振幅、角頻率、與初始相位。其波形如下圖所示： 圖 1-1 正弦信號(hào)2、指數(shù)信號(hào)：指數(shù)信號(hào)可表示為。對(duì)于不同的取值，其波形表現(xiàn)為不同的形式，如下圖所示：圖 1-2 指數(shù)信號(hào)3、指數(shù)衰減正弦信號(hào)：其表達(dá)式為 其波形如下圖： 圖 1-3 指數(shù)衰減正弦信號(hào)4、抽樣信號(hào)：其表達(dá)式為： 。是一個(gè)偶函數(shù)， = ,2,n時(shí)，函數(shù)值為零。該函數(shù)在很多應(yīng)用場(chǎng)合具有獨(dú)特的運(yùn)用。其信號(hào)如下圖所示：圖1-4 抽樣

3、信號(hào)5、鐘形信號(hào)（高斯函數(shù)）：其表達(dá)式為： ， 其信號(hào)如下圖所示： 圖 1-5 鐘形信號(hào)6、脈沖信號(hào)：其表達(dá)式為，其中為單位階躍函數(shù)。 7、方波信號(hào)：信號(hào)周期為，前期間信號(hào)為正電平信號(hào)，后期間信號(hào)為負(fù)電平信號(hào)。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、利用示波器觀察正弦信號(hào)的波形，并測(cè)量分析其對(duì)應(yīng)的振幅，角頻率。具體步驟如下：（1）接通電源，并按下此模塊電源開關(guān)S5。（2）按下此模塊中的按鍵“正弦波”，用示波器觀察輸出的正弦信號(hào)，并分析其對(duì)應(yīng)的頻率。（3）再按一下“頻率降”或“頻率升”鍵，觀察波形的變化，并分析且測(cè)量對(duì)應(yīng)頻率的變化，記錄此時(shí)的振幅，角頻率。（注：復(fù)位后輸出的信號(hào)頻率最大，只有當(dāng)按下“頻率降”時(shí)，按“頻率

4、升”鍵波形才會(huì)變化，并每次在改變波形時(shí)，波形的頻率為最大，以下波形的輸出與此類似。）2、用示波器測(cè)量指數(shù)信號(hào)波形，并分析其所對(duì)應(yīng)的參數(shù)。具體步驟如下：（1）按下此模塊中的按鍵 “指數(shù)信號(hào)”，用示波器觀察輸出的指數(shù)信號(hào),并分析其對(duì)應(yīng)的頻率、參數(shù)。（2）再按一下“頻率降”或“頻率升”鍵，觀察波形的變化，分析其對(duì)應(yīng)頻率的變化，并分析此時(shí)的參數(shù)的變化。3、指數(shù)衰減正弦信號(hào)觀察（正頻率信號(hào)）。具體步驟如下：（1）按下此模塊中的按鍵 “指數(shù)衰減”，用示波器觀察輸出的指數(shù)衰減正弦信號(hào),并分析其對(duì)應(yīng)的頻率。（2）再按一下“頻率降”或“頻率升”鍵，觀察波形的變化，并分析且測(cè)量對(duì)應(yīng)頻率的變化。4、抽樣信號(hào)的觀察。

5、具體操作如下：（1） 按下此模塊中的按鍵 “Sa信號(hào)”，用示波器觀察輸出的抽樣信號(hào),并分析其對(duì)應(yīng)的頻率。（2）再按一下“頻率降”或“頻率升”鍵，觀察波形的變化，并分析且測(cè)量對(duì)應(yīng)頻率的變化。5、鐘形信號(hào)的觀察：（1） 按下此模塊中的按鍵 “鐘形信號(hào)”，用示波器觀察輸出的鐘形信號(hào),并分析其對(duì)應(yīng)的頻率。（2）再按一下“頻率降”或“頻率升”鍵，觀察波形的變化，并分析且測(cè)量對(duì)應(yīng)頻率的變化及相應(yīng)的參數(shù)。6、脈沖信號(hào)的觀察：（1） 按下此模塊中的按鍵 “脈沖信號(hào)”，用示波器觀察輸出的脈沖信號(hào),并分析其對(duì)應(yīng)的頻率。（2） 再按一下“頻率降”或“頻率升”鍵，觀察波形的變化和特點(diǎn)，并分析且測(cè)量對(duì)應(yīng)頻率的變化。7、

6、方波信號(hào)的觀察： （1） 按下此模塊中的相應(yīng)信號(hào)的按鍵，用示波器觀察輸出的信號(hào),并分析其對(duì)應(yīng)的頻率。（2） 再按一下“頻率降”或“頻率升”鍵，觀察波形的變化和特點(diǎn)，并分析且測(cè)量對(duì)應(yīng)頻率的變化。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求用坐標(biāo)紙畫出各波形。七、實(shí)驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)的說明 1、測(cè)試點(diǎn)分別為：“輸出”（孔和測(cè)試鉤）：信號(hào)的輸出端。“GND”：與實(shí)驗(yàn)箱的地相連。2、調(diào)節(jié)點(diǎn)分別為：“正弦波”“RESET”：完成標(biāo)識(shí)上的功能。實(shí)驗(yàn)二 零輸入響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握電路的零輸入響應(yīng)。2、掌握電路的零狀態(tài)響應(yīng)。3、學(xué)會(huì)電路的零狀態(tài)響應(yīng)與零輸入響應(yīng)的觀察方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察零輸入響應(yīng)的過程。2、觀察零狀態(tài)響應(yīng)的

7、過程。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)（主板）。2、系統(tǒng)時(shí)域與頻域分析模塊一塊。3、20MHz示波器一臺(tái)。四、實(shí)驗(yàn)原理1、零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)：零輸入響應(yīng)：沒有外加激勵(lì)的作用，只有起始狀態(tài)（起始時(shí)刻系統(tǒng)儲(chǔ)能）所產(chǎn)生的響應(yīng)。零狀態(tài)響應(yīng)：不考慮起始時(shí)刻系統(tǒng)儲(chǔ)能的作用（起始狀態(tài)等于零）。2、典型電路分析：電路的響應(yīng)一般可分解為零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)。首先考察一個(gè)實(shí)例：在下圖中由RC組成一電路，電容兩端有起始電壓Vc(0-),激勵(lì)源為e(t)。R+ e (t) C Vc(0-) Vc(t)_ 圖2-1 RC電路_則系統(tǒng)響應(yīng)-電容兩端電壓：上式中第一項(xiàng)稱之為零輸入響應(yīng)，與輸入激勵(lì)無關(guān)，零輸入響應(yīng)是

8、以初始電壓值開始，以指數(shù)規(guī)律進(jìn)行衰減。第二項(xiàng)與起始儲(chǔ)能無關(guān)，只與輸入激勵(lì)有關(guān)，被稱為零狀態(tài)響應(yīng)。在不同的輸入信號(hào)下，電路會(huì)表征出不同的響應(yīng)。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、把系統(tǒng)時(shí)域與頻域分析模塊插在主板上，用導(dǎo)線接通此模塊“電源接入”和主板上的電源（看清標(biāo)識(shí)，防止接錯(cuò)，帶保護(hù)電路），并打開此模塊的電源開關(guān)。2、系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)特性觀察（1）接通主板上的電源，同時(shí)按下此模塊上兩個(gè)電源開關(guān)，將“時(shí)域抽樣定理”模塊中的抽樣脈沖信號(hào)（SK1000用于選擇頻段，“頻率調(diào)節(jié)”用于在頻段內(nèi)的頻率調(diào)節(jié)，“脈寬調(diào)節(jié)”用于脈沖寬度的調(diào)節(jié)，以下實(shí)驗(yàn)都可改變以上的參數(shù)進(jìn)行相關(guān)的操作），通過導(dǎo)線引入到“零輸入零狀態(tài)響應(yīng)”的輸入端。（

9、2）用示波器的兩個(gè)探頭，一個(gè)接輸入脈沖信號(hào)作同步，一個(gè)用于觀察輸出信號(hào)的波形，當(dāng)脈沖進(jìn)入低電平階段時(shí)，相當(dāng)于此時(shí)激勵(lì)去掉，即在低電平時(shí)所觀察到的波形即為零輸入信號(hào)。（3）改變本實(shí)驗(yàn)的開關(guān)SK900的位置，觀察到的是不同情況下的零輸入響應(yīng)，進(jìn)行相應(yīng)的比較3、系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)特性觀察 （1）觀察的方法與上述相同，不過當(dāng)脈沖進(jìn)入高電平階段時(shí)，相當(dāng)于此時(shí)加上激勵(lì)，即此時(shí)零狀態(tài)響應(yīng)應(yīng)在脈沖的高電平進(jìn)行。（2）改變本實(shí)驗(yàn)的開關(guān)SK900的位置，觀察到的是不同系統(tǒng)下的零狀態(tài)響應(yīng)，進(jìn)行相應(yīng)的比較。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、用兩個(gè)坐標(biāo)軸，分別繪制出零輸入和零狀態(tài)的輸出波形。 2、通過繪制出的波形，和理論計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比

10、較。七、實(shí)驗(yàn)思考題圖2-1-1所示電路中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)提供的實(shí)驗(yàn)元件，計(jì)算系統(tǒng)的零狀態(tài)和零輸入過程。八、實(shí)驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)的說明 1、測(cè)試點(diǎn)分別為： “輸入”（孔和測(cè)試鉤）：階躍信號(hào)的輸入端。 “輸出”：零輸入和零狀態(tài)的輸出端。 “GND”：與實(shí)驗(yàn)箱的地相連。2、調(diào)節(jié)點(diǎn)分別為：“S9”：此模塊的電源開關(guān)。實(shí)驗(yàn)三 信號(hào)分解與合成一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、觀察信號(hào)的分解。2、掌握帶通濾波器的有關(guān)特性測(cè)試方法。3、觀測(cè)基波和其諧波的合成。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察信號(hào)分解的過程及信號(hào)中所包含的各次諧波。2、觀察由各次諧波合成的信號(hào)。三、預(yù)備知識(shí)1、了解李沙育圖相關(guān)知識(shí)。2、課前務(wù)必認(rèn)真閱讀教材中周期信號(hào)傅里葉級(jí)數(shù)的分解以及

11、如何將各次諧波進(jìn)行疊加等相關(guān)內(nèi)容。四、實(shí)驗(yàn)儀器 1、信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)（主板）。2、電信號(hào)分解與合成模塊一塊。3、20M雙蹤示波器一臺(tái)。五、實(shí)驗(yàn)原理任何信號(hào)都是由各種不同頻率、幅度和初相的正弦波迭加而成的。對(duì)周期信號(hào)由它的傅里葉級(jí)數(shù)展開式可知，各次諧波為基波頻率的整數(shù)倍。而非周期信號(hào)包含了從零到無窮大的所有頻率成份，每一頻率成份的幅度均趨向無限小，但其相對(duì)大小是不同的。 通過一個(gè)選頻網(wǎng)絡(luò)可以將信號(hào)中所包含的某一頻率成份提取出來。本實(shí)驗(yàn)采用性能較佳的有源帶通濾波器作為選頻網(wǎng)絡(luò)，因此對(duì)周期信號(hào)波形分解的實(shí)驗(yàn)方案如圖2-2-1所示。將被測(cè)方波信號(hào)加到分別調(diào)諧于其基波和各次奇諧波頻率的一系列有源帶通

12、濾波器電路上。從每一有源帶通濾波器的輸出端可以用示波器觀察到相應(yīng)頻率的正弦波。實(shí)驗(yàn)所用的被測(cè)信號(hào)是左右的周期信號(hào)，而用作選頻網(wǎng)絡(luò)的五種有源帶通濾波器的輸出頻率分別是，因而能從各有源帶通濾波器的兩端觀察到基波和各次諧波。其中，在理想情況下，如方波的偶次諧波應(yīng)該無輸出信號(hào)，始終為零電平，而奇次諧波則具有很好的幅度收斂性，理想情況下奇次諧波中一、三、五、七、九次諧波的幅度比應(yīng)為1：（1/3）：（1/5）：（1/7）：（1/9）。但實(shí)際上因輸入方波的占空比較難控制在50%，且方波可能有少量失真以及濾波器本身濾波特性的有限性都會(huì)使得偶次諧波分量不能達(dá)到理想零的情況。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、把電信號(hào)分解與合成模塊

13、插在主板上，用導(dǎo)線接通此模塊“電源接入”和主板上的電源（看清標(biāo)識(shí)，防止接錯(cuò)，帶保護(hù)電路），并打開此模塊的電源開關(guān)。 2、調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，使其輸出左右（其中在之間進(jìn)行選擇，使其合成的效果更好）的方波（要求方波占空比為50%，這個(gè)要求較為嚴(yán)格），峰峰值為5V左右。將其接至該實(shí)驗(yàn)?zāi)K的各帶通濾波器的“輸入”端,用示波器觀察各帶通濾波器的輸出。（注：觀察頻率時(shí)，可打開實(shí)驗(yàn)箱上的頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K。即按下該模塊電源開關(guān)S2。） 3、用示波器的兩個(gè)探頭，直接觀察基波與三次諧波的相位關(guān)系，或者采用李沙育圖的方法，同時(shí)考察其幅度關(guān)系，看其相位差是否為零，幅度之比是否為3:1（可以用相應(yīng)帶通濾波器中的調(diào)幅和調(diào)相

14、電位器進(jìn)行相關(guān)的調(diào)節(jié)，保證了相位和幅度滿足實(shí)驗(yàn)的要求，以下的步驟中均可用到調(diào)相和調(diào)幅，使我們認(rèn)識(shí)到調(diào)相和調(diào)幅在信號(hào)分解和合成的重要性）。4、將方波分解所得基波和三次諧波,用導(dǎo)線與其對(duì)應(yīng)的插孔相連，觀測(cè)加法器的輸出“合成”波形，并記錄所得的波形。5、同時(shí)考察基波、三次諧波、五次諧波的相位和幅度的關(guān)系，還是用李沙育圖觀察其相位關(guān)系，觀察其幅度關(guān)系約為5:3:1，。6、驗(yàn)證各高次諧波與基波之間的相位差是否為零。可用李沙育圖形法進(jìn)行測(cè)量，其方法如下：用導(dǎo)線將函數(shù)發(fā)生器的方波輸出端與帶通濾波器輸入端連接起來，即把方波信號(hào)分先后送入各帶通濾波器，如圖3-1所示。BPF-BPF-BPF-BPF-BPF-圖3

15、-1 信號(hào)分解的過程具體方法一：基波與標(biāo)準(zhǔn)同頻同相信號(hào)相位比較（李沙育相位測(cè)量法）把函數(shù)信號(hào)發(fā)生器模塊產(chǎn)生的正弦波電壓調(diào)至5V（峰峰值），使其送入示波器的X軸，再把BPF-的基波送入Y軸，示波器采用X-Y方式顯示，觀察李沙育圖形。（注：當(dāng)濾波器的增益不為1時(shí)，即X軸和Y軸信號(hào)幅度不一致時(shí)，在時(shí)其李沙育圖形并不為圓，而是橢圓，但其是垂直橢圓，與時(shí)的橢圓并不相同。）當(dāng)兩信號(hào)相位差為時(shí)，波形為一條直線；當(dāng)兩信號(hào)相位差為時(shí)，波形為一個(gè)圓；當(dāng)兩信號(hào)相位差為時(shí)，波形為橢圓，如圖3-2所示。時(shí)： B A 圖3-2 李沙育圖形具體方法二：基波與各高次諧波相位比較（李沙育頻率測(cè)試法）把BPF-處的基波送入示波器

16、的X軸，再分別把BPF-、BPF-處的高次諧波送入Y軸，示波器采用X-Y方式顯示，觀察李沙育圖形。當(dāng)基波與三次諧波相位差為（即過零點(diǎn)重合）、18時(shí)，波形分別如圖3-3所示。 圖3-3 基波與三次諧波相位的觀察以上是三次諧波與基波產(chǎn)生的典型的Lissajous圖，通過圖形上下端及兩旁的波峰個(gè)數(shù)，確定頻率比，即3：1，實(shí)際上可用同樣的方法觀察五次諧波與基波的相移和頻比，其應(yīng)約為5：1。7、方波波形合成（1）將函數(shù)發(fā)生器輸出的左右（其中在之間進(jìn)行選擇，使其輸出的效果更好）方波信號(hào)送入各帶通濾波器輸入端。（2）在五個(gè)帶通濾波器輸出端逐個(gè)測(cè)量各諧波輸出幅度，（3）用示波器觀察并記錄加法器輸出端基波與各奇

17、次諧波的疊加波形，如圖3-4所示。 圖3-4 基波與三次和五次諧波疊加后的波形七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量所得的數(shù)據(jù)，繪制方波及其基波和各次諧波的波形、頻率和幅度（注意比例關(guān)系）。作圖時(shí)應(yīng)將這些波形繪制在同一坐標(biāo)平面上。以便比較各波形和頻率幅度。2、將基波、三次諧波、五次諧波及三者合成的波形一同繪在同一坐標(biāo)平面上。3、畫出方波信號(hào)分解后，鑒別基波與各奇次諧波的李沙育圖形。詳細(xì)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并畫出波形分解與合成的波形。4、分析相位、幅值在波形合成中的作用。 5、總結(jié)實(shí)驗(yàn)和調(diào)試心得意見。八、實(shí)驗(yàn)思考題1、考慮實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)誤差的原因是什么？2、什么是吉布斯效應(yīng)，它是如何產(chǎn)生的，它的具體的表現(xiàn)是什么？注

18、 ：本次實(shí)驗(yàn)相當(dāng)于把調(diào)試的工作留給了學(xué)生，把這次實(shí)驗(yàn)真正的開設(shè)成理論和實(shí)際的結(jié)合，實(shí)驗(yàn)一定要仔細(xì)的思考和積極的動(dòng)手，充分認(rèn)識(shí)相位和幅度在合成起到的作用，如果真正的認(rèn)識(shí)了相位和幅度在合成中的重要意義和影響，那么就清楚的理解了相頻和幅頻失真。九、實(shí)驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)的說明 1、測(cè)試點(diǎn)分別為： “輸入”：模擬信號(hào)的輸入。 “基波”“五次諧波”：測(cè)量模擬信號(hào)的諧波信號(hào)。 “合成”：諧波合成后的輸出。 “GND”：與實(shí)驗(yàn)箱的地相連。 2、調(diào)節(jié)點(diǎn)分別為：“S13”：此模塊的電源開關(guān)。“調(diào)幅”“調(diào)相”：用于各次諧波合成時(shí)，滿足幅度和相位條件，認(rèn)識(shí)相位和幅度在信號(hào)中的作用。實(shí)驗(yàn)四 信號(hào)的采樣與恢復(fù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解信

19、號(hào)的采樣方法與過程以及信號(hào)恢復(fù)的方法。2、驗(yàn)證抽樣定理。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察抽樣脈沖、抽樣信號(hào)、抽樣恢復(fù)信號(hào)。2、觀察抽樣過程中，發(fā)生混疊和非混疊時(shí)的波形。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)（主板）。2、系統(tǒng)時(shí)域與頻域分析模塊一塊。3、20M雙蹤示波器一臺(tái)。四、實(shí)驗(yàn)原理1、離散時(shí)間信號(hào)可以從離散信號(hào)源獲得，也可以從連續(xù)時(shí)間信號(hào)抽樣而得。抽樣信號(hào)可以看成連續(xù)信號(hào)和一組開關(guān)函數(shù)的乘積。是一組周期性窄脈沖，見圖4-1，TS稱為抽樣周期，其倒數(shù)稱抽樣頻率。 圖 4-1矩形抽樣脈沖對(duì)抽樣信號(hào)進(jìn)行傅里葉分析可知，抽樣信號(hào)的頻率包括了原連續(xù)信號(hào)以及無限個(gè)經(jīng)過平移的原信號(hào)頻率。平移的頻率等于抽樣頻率及其諧波

20、頻率、。當(dāng)抽樣信號(hào)是周期性窄脈沖時(shí)，平移后的頻率幅度按規(guī)律衰減。抽樣信號(hào)的頻譜是原信號(hào)頻譜周期的延拓，它占有的頻帶要比原信號(hào)頻譜寬得多。2、正如測(cè)得了足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以后，我們可以在坐標(biāo)紙上把一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)連起來，得到一條光滑的曲線一樣，抽樣信號(hào)在一定條件下也可以恢復(fù)到原信號(hào)。只要用一截止頻率等于原信號(hào)頻譜中最高頻率fn的低通濾波器，濾除高頻分量，經(jīng)濾波后得到的信號(hào)包含了原信號(hào)頻譜的全部內(nèi)容，故在低通濾波器輸出可以得到恢復(fù)后的原信號(hào)。3、但原信號(hào)得以恢復(fù)的條件是，其中為抽樣頻率，B為原信號(hào)占有的頻帶寬度。而為最低抽樣頻率又稱“奈奎斯特抽樣率”。當(dāng)時(shí)，抽樣信號(hào)的頻譜會(huì)發(fā)生混迭，從發(fā)生混迭后的頻譜中我

21、們無法用低通濾波器獲得原信號(hào)頻譜的全部內(nèi)容。在實(shí)際使用中，僅包含有限頻率的信號(hào)是極少的。因此即使，恢復(fù)后的信號(hào)失真還是難免的。圖4-2畫出了當(dāng)抽樣頻率（不混疊時(shí)）及當(dāng)抽樣頻率（混疊時(shí)）兩種情況下沖激抽樣信號(hào)的頻譜。 1 0 0 (a) 連續(xù)信號(hào)的頻譜 1 0 0 （b） 高抽樣頻率時(shí)的抽樣信號(hào)及頻譜（不混疊） 10 0 （c） 低抽樣頻率時(shí)的抽樣信號(hào)及頻譜（混疊）圖4-2 抽樣過程中出現(xiàn)的兩種情況4、為了實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)信號(hào)的抽樣和抽樣信號(hào)的復(fù)原，可用實(shí)驗(yàn)原理框圖4-3的方案。除選用足夠高的抽樣頻率外，常采用前置低通濾波器來防止原信號(hào)頻譜寬而造成抽樣后信號(hào)頻譜的混疊。但這也會(huì)造成失真。如實(shí)驗(yàn)選用的信

22、號(hào)頻帶較窄，則可不設(shè)前置低通濾波器。本實(shí)驗(yàn)就是如此。信 號(hào)輸 入抽樣門低 通濾 波抽 樣脈 沖 圖 4-3 抽樣定理實(shí)驗(yàn)方框圖五、實(shí)驗(yàn)步驟1、把系統(tǒng)時(shí)域與頻域分析模塊插在主板上，用導(dǎo)線接通此模塊“電源接入”和主板上的電源（看清標(biāo)識(shí)，防止接錯(cuò)，帶保護(hù)電路），并打開此模塊的電源開關(guān)。2、將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一正弦波（幅度（峰峰值）為2V左右，為便于觀察，抽樣信號(hào)頻率一般選擇50HZ400HZ的范圍，抽樣脈沖的頻段由開關(guān)SK1000進(jìn)行選擇，有“高”“中”“低”檔，頻率則是通過電位器“頻率調(diào)節(jié)”來調(diào)節(jié)的，抽樣脈沖的脈寬則是由電位器“脈寬調(diào)節(jié)”進(jìn)行調(diào)節(jié)的（一般取30），將其送入抽樣器，即用導(dǎo)線將函數(shù)信

23、號(hào)發(fā)生器的輸出端與本實(shí)驗(yàn)?zāi)K的輸入端相連，用示波器測(cè)試“抽樣信號(hào)”的波形，觀察經(jīng)抽樣后的正弦波。3、改變抽樣脈沖的頻率為和，用導(dǎo)線將“抽樣信號(hào)”和“低通輸入”相連，用示波器測(cè)試測(cè)試鉤“抽樣恢復(fù)”，觀察復(fù)原后的信號(hào)，比較其失真程度。4、（對(duì)于要求高的學(xué)生可以進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)）設(shè)計(jì)一定截止頻率的低通濾波器，用于信號(hào)的抽樣恢復(fù)。（可以參考第三章的實(shí)驗(yàn)五“模擬濾波器的設(shè)計(jì)”）六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、整理并繪出原信號(hào)、抽樣信號(hào)以及復(fù)原信號(hào)的波形，你能得出什么結(jié)論？2、整理在三種不同抽樣頻率情況下，波形，比較后得出結(jié)論。3、實(shí)驗(yàn)調(diào)試中的體會(huì)。七、實(shí)驗(yàn)思考題1、若連續(xù)時(shí)間信號(hào)為50HZ的正弦波，開關(guān)函數(shù)為TS=0.5m

24、s的窄脈沖，試求抽樣后信號(hào)。 2、設(shè)計(jì)一個(gè)二階RC低通濾波器，截止頻率為5KHZ（參考第三章的實(shí)驗(yàn)五“模擬濾波器的設(shè)計(jì)”）。 3、若連續(xù)時(shí)間信號(hào)取頻率為200HZ300HZ的方波和三角波，計(jì)算其有效的頻帶寬度。該信號(hào)經(jīng)頻率為的周期脈沖抽樣后，若希望通過低通濾波后的信號(hào)失真較小，則抽樣頻率和低通濾波器的截止頻率應(yīng)取多大，試設(shè)計(jì)一滿足上述要求的低通濾波器。八、實(shí)驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)的說明 1、測(cè)試點(diǎn)分別為：“輸入”：模擬信號(hào)的輸入端?！俺闃用}沖輸出”：抽樣脈沖串，左右脈沖的方向相反?！俺闃有盘?hào)”（孔和測(cè)試鉤）：經(jīng)過抽樣脈沖序列后的PAM信號(hào)?！暗屯ㄝ斎搿保撼闃有盘?hào)要恢復(fù)，則要接入到此插孔中?！俺闃踊謴?fù)”：抽樣

25、信號(hào)經(jīng)過低通后，恢復(fù)成原始信號(hào)?！癎ND”：與實(shí)驗(yàn)箱的地相連。2、調(diào)節(jié)點(diǎn)分別為：“S10”：此模塊的電源開關(guān)。 “抽樣頻率調(diào)節(jié)”：可以調(diào)節(jié)抽樣脈沖串的頻率。 “抽樣脈寬調(diào)節(jié)”：可以調(diào)節(jié)抽樣脈沖串的占空比。實(shí)驗(yàn)五 一階和二階系統(tǒng)的幅頻特性測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)會(huì)利用實(shí)驗(yàn)一中的運(yùn)算單元，搭建一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。2、學(xué)會(huì)測(cè)試系統(tǒng)的頻率響應(yīng)的方法。3、了解二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特性。4、學(xué)會(huì)對(duì)其零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)進(jìn)行分析。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、根據(jù)要求搭建一階、二階實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。2、測(cè)試一階、二階系統(tǒng)的頻響特性和階躍響應(yīng)。三、預(yù)備知識(shí)學(xué)習(xí)使用波特圖測(cè)試系統(tǒng)頻響的方法。四、實(shí)驗(yàn)儀器1、信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)（主板）。2、線性系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)性模塊一塊。3、20M雙蹤示波器一臺(tái)。五、實(shí)驗(yàn)原理1、基本運(yùn)算單元 （1）比例放大1）反相數(shù)乘器由: 則有：2）同相數(shù)乘器由： 則有：（2）積分微分器1）積分器：由： 則有： 2）微分器：由： 則有： （3）加法器1）反向加法器有： 2）正向加法器 由： 則有 2、N階系統(tǒng)系統(tǒng) 根據(jù)零狀態(tài)響應(yīng)（起始狀態(tài)為零），則對(duì)其進(jìn)行拉氏變換有：則其傳函可表達(dá)為：3、作為一階系統(tǒng)