信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)匯總

1、RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義0、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 觀察和測量 RLC 串聯(lián)電路的階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)的波形和有關(guān)參數(shù)，并研究其 電路元件參數(shù)變化對響應(yīng)狀態(tài)的影響；2. 掌握有關(guān)信號時(shí)域的測量方法。、實(shí)驗(yàn)原理說明實(shí)驗(yàn)如圖 1-1 所示為 RLC 串聯(lián)電路的階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)的電路連接圖，圖1-1 （ a）為階躍響應(yīng)電路連接示意圖；圖1-1 （ b ）為沖激響應(yīng)電路連接示意圖。其響應(yīng)有以下三種狀態(tài):實(shí)驗(yàn)1階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)(1)(2)TP906階躍響應(yīng)電路連接示意圖圖 1-1 (a)C20.11圖 1-1 （b）沖激響應(yīng)電路連接示意圖當(dāng)電阻當(dāng)電阻時(shí)，稱過阻尼狀態(tài);時(shí)，稱臨界狀態(tài)；RZ8663 型信

2、號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義1(3) 當(dāng)電阻 Rv2、C時(shí)，稱欠阻尼狀態(tài)?，F(xiàn)將階躍響應(yīng)的動態(tài)指標(biāo)定義如下：上升時(shí)間tr： y(t)從 o 到第一次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值 y(R)所需的時(shí)間。峰值時(shí)間tp: y(t)從 0 上升到所需的時(shí)間。pmax調(diào)節(jié)時(shí)間ts: y(t)的振蕩包絡(luò)線進(jìn)入到穩(wěn)態(tài)值的_5%誤差范圍所需的時(shí)間。最大超調(diào)量8:S p=ymax-* s)x100%PEl圖 1-1 (c)沖激響應(yīng)動態(tài)指標(biāo)示意圖沖激信號是階躍信號的導(dǎo)數(shù)，所以對線性時(shí)不變電路沖激響應(yīng)也是階躍響應(yīng)的 導(dǎo)數(shù)。為了便于用示波器觀察響應(yīng)波形，實(shí)驗(yàn)用中用周期方波代替階躍信號。而用 周期方波通過微分電路后得到的尖頂脈沖代替沖激信號。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)

3、容1.階躍響應(yīng)波形觀察與參數(shù)測量設(shè)激勵信號為方波，其幅度為1.5V，頻率為 500Hz。實(shí)驗(yàn)電路連接圖如圖1-1 ( a)所示。1連接 P702 與 P914, P702 與 P101。(P101 為毫伏表信號輸入插孔).2J702 置于“脈沖”，撥動開關(guān) K701 選擇“脈沖”；3按動 S701 按鈕，使頻率 f=500Hz，調(diào)節(jié) W701 幅度旋鈕，使信號幅度為1.5V。trtptsRZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義2（注意：實(shí)驗(yàn)中，在調(diào)整信號源的輸出信號的參數(shù)時(shí)，需連接上負(fù)載后調(diào)節(jié)）4示波器 CH1 接于 TP906，調(diào)整 W902,使電路分別工作于欠阻尼、臨界和過阻尼三種狀態(tài)，并將實(shí)驗(yàn)

4、數(shù)據(jù)填入表格1 1 中。5TP702 為輸入信號波形的測量點(diǎn)，可把示波器的CH2 接于 TP702 上，便于波形比較。表 1 1狀態(tài)參數(shù)測量、欠阻尼狀態(tài)臨界狀態(tài)過阻尼狀態(tài)參數(shù)測量R波形觀察注：描繪波形要使三種狀態(tài)的X 軸坐標(biāo)（掃描時(shí)間）一致。2.沖激響應(yīng)的波形觀察沖激信號是由階躍信號經(jīng)過微分電路而得到。實(shí)驗(yàn)電路如圖 1 1（ b）所示。1P702 與 P912, P702 與 P101 ；（頻率與幅度不變）2將示波器的 CH1 接于 TP913，觀察經(jīng)微分后響應(yīng)波形（等效為沖激激勵信號）3連接 P913 與 P9144將示波器的 CH2 接于 TP906，調(diào)整 W902,使電路分別工作于欠阻尼

5、、臨界和過阻尼三種狀態(tài)5觀察 TP906 端三種狀態(tài)波形，并填于表1 2 中。RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義3表 1 2欠阻尼狀態(tài)臨界狀態(tài)過阻尼狀態(tài)激勵波形響應(yīng)波形表中的激勵波形為在測量點(diǎn)TP913 觀測到的波形（沖激激勵信號）四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.描繪同樣時(shí)間軸階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)的輸入、輸出電壓波形時(shí)，要標(biāo)明信號幅度 A、周期 T、方波脈寬 T1 以及微分電路的T值。2.分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明電路參數(shù)變化對狀態(tài)的影響。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.雙蹤示波器1臺2信號系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱1臺RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義4實(shí)驗(yàn)4抽樣定理與信號恢復(fù)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.觀察離散信號頻譜，了解其頻譜特點(diǎn);2.驗(yàn)證抽樣定理并恢

6、復(fù)原信號。、實(shí)驗(yàn)原理說明1.離散信號不僅可從離散信號源獲得，而且也可從連續(xù)信號抽樣獲得。抽樣信號 Fs( t )=F (t ) S (t )其中 F (t )為連續(xù)信號(例如三角波)，S (t )是周期為 Ts 的矩形窄脈沖。Ts 又稱一 1抽樣間隔，F(xiàn)s=h 稱抽樣頻率，F(xiàn)s (t )為抽樣信號波形。F (t )、S (t )、Fs (t )波形如Ts圖 4-1。(a)H S(t)A I-4TS-TS0 TS4TS8TS12TSt(b)RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義5(c)圖 4-1連續(xù)信號抽樣過程將連續(xù)信號用周期性矩形脈沖抽樣而得到抽樣信號，可通過抽樣器來實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)原理電路如圖 4-2

7、 所示。圖 4-2信號抽樣實(shí)驗(yàn)原理圖2.連續(xù)周期信號經(jīng)周期矩形脈沖抽樣后，抽樣信號的頻譜F g )= 送 Sa2 兀 6(灼-ms)STS m _-：2Am 它包含了原信號頻譜以及重復(fù)周期為fs( f s = 丄、幅度按 Sa(m-)規(guī)律2 兀TS2變化的原信號頻譜，即抽樣信號的頻譜是原信號頻譜的周期性延拓。因此，抽樣信號占有的頻帶比原信號頻帶寬得多。以三角波被矩形脈沖抽樣為例。三角波的頻譜F(j3)=E：sa2(h- k)K =2-1RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義6抽樣信號的頻譜EA二c msc 2沐二、“,、Fs(j3 )=vSas*Sa2()( - ki-m()TSks22m =-:

8、式中 J 二乙或f,=丄取三角波的有效帶寬為3fs=8f,作圖，其抽樣信號頻譜如圖4-3 所示。RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義7(a)三角波頻譜圖 4-3 抽樣信號頻譜圖如果離散信號是由周期連續(xù)信號抽樣而得，則其頻譜的測量與周期連續(xù)信號方法相 同，但應(yīng)注意頻譜的周期性延拓。3.抽樣信號在一定條件下可以恢復(fù)出原信號，其條件是 fs 2B,其中 fs 為抽樣頻率,Ef為原信號占有頻帶寬度。由于抽樣信號頻譜是原信號頻譜的周期性延拓，因此，只要通 過一截止頻率為 fc (fmwfcwfs-fm , fm 是原信號頻譜中的最高頻率)的低通濾波器就能 恢復(fù)出原信號。E/2RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

9、講義8如果 fsv2B，則抽樣信號的頻譜將出現(xiàn)混迭，此時(shí)將無法通過低通濾波器獲得原信 號。圖 4-4實(shí)際低通濾波器在截止頻率附近頻率特性曲線在實(shí)際信號中，僅含有有限頻率成分的信號是極少的，大多數(shù)信號的頻率成分是無限的，并且實(shí)際低通濾波器在截止頻率附近頻率特性曲線不夠陡峭（如圖4-4 所示），若使fs=2Bf，fc=fm=Bf，恢復(fù)出的信號難免有失真。 為了減小失真，應(yīng)將抽樣頻率 fs 取高（fs 2Bf）,低通濾波器滿足 fmvfcvfs-fm。為了防止原信號的頻帶過寬而造成抽樣后頻譜混迭，實(shí)驗(yàn)中常采用前置低通濾波器濾除高頻分量，如圖 4-5 所示。若實(shí)驗(yàn)中選用原信號頻帶較窄，則不必設(shè)置前置低

10、通濾波器。14-6所示。若給定截止頻率fC，并取Q= 2-（為避免幅頻特性出現(xiàn)峰值），R 仁 R2=R 則:C1 =fcRC2=1.4fcQR圖 4-5信號抽樣流程圖本實(shí)驗(yàn)采用有源低通濾波器，如圖(4-1 )(4-2 )RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義9圖 4-6 源低通濾波器實(shí)驗(yàn)電路圖、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 觀察抽樣信號波形。1J701 置于“三角”，選擇輸出信號為三角波，撥動開關(guān)K701 選擇“函數(shù)”；2默認(rèn)輸出信號頻率為 2KHz 按下 S702 使得輸出頻率為 1KHz;3連接 P702 與 P601,輸入抽樣原始信號；4連接 P701 與 P602,輸入抽樣脈沖；5調(diào)節(jié)電位器 W701 信

11、號輸出信號幅度為1V。6撥動地址開關(guān) SW704 改變抽樣頻率，用示波器觀察TP603（Fs（t ）的波形，此時(shí)需把撥動開關(guān) K601 撥到“空”位置進(jìn)行觀察。地址開關(guān)不同組合，輸出不同頻率和占空比的抽樣脈沖，如表41 所示：1234 （SW704 選擇開關(guān)）F （頻率）2/t （占空比）01013k1/201103k1/401113k1/810016k1/210106k1/410116k1/8110112k1/2111012k1/4111112k1/8表 4 1 抽樣脈沖選擇RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義102. 驗(yàn)證抽樣定理與信號恢復(fù)RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義11（1） 信號恢

12、復(fù)實(shí)驗(yàn)方案方框圖如圖4-7 所示。圖 4-7信號恢復(fù)實(shí)驗(yàn)方框圖（2）信號發(fā)生器輸出f=1KHz ,A=1V有效值的三角波接于 P601,示波器CH1接于TP603 觀察抽樣信號 Fs（t） ，CH2 接于 TP604 觀察恢復(fù)的信號波形。（3） 撥動開關(guān) K601 撥到“ 2K”位置，選擇截止頻率 fc2=2KHz 的濾波器；撥動開關(guān) K601撥到“ 4K”位置，選擇截止頻率 fc2=4KHz 的濾波器；此時(shí)在 TP604 可觀察恢復(fù)的信號 波形。（4） 撥動開關(guān) K601 撥到“空”位置，未接濾波器。同學(xué)們可按照圖4-8，在基本運(yùn) 算單元搭試截止頻率 fc1=2K 的低通濾波器，抽樣輸出波形

13、 P603 送入 Ui 端，恢復(fù)波形在 Uo 端測量，圖中電阻可用電位器代替，進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖 4-8截止頻率為 2K 的低通濾波器原理圖（5）設(shè) 1KHz 的三角波信號的有效帶寬為3KHz, Fs（t）信號分別通過截止頻率為fc1和 fc2 低通濾波器，觀察其原信號的恢復(fù)情況，并完成下列觀察任務(wù)。F(t)FS（t）C- 抽樣器低通濾波器F (t)S(t)oRZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義121.當(dāng)抽樣頻率為 3KHz、截止頻率為 2KHz 時(shí):Fs(t)的波形F(t)波形2.當(dāng)抽樣頻率為 6KHz、截止頻率為 2KHz 時(shí):Fs(t)的波形F(t)波形3.當(dāng)抽樣頻率為 12KHZ、截止頻率為

14、2KHz 時(shí):Fs(t)的波形F(t)波形4.當(dāng)抽樣頻率為 3KHz、截止頻率為 4KHz 時(shí):Fs(t)的波形F(t)波形RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義13RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義145.當(dāng)抽樣頻率為6KHz、截止頻率為4KHz時(shí):Fs(t)的波形F(t)波形6.當(dāng)抽樣頻率為 12KHZ、截止頻率為 4KHz 時(shí):Fs(t)的波形F(t)波形四、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 整理數(shù)據(jù)，正確填寫表格，總結(jié)離散信號頻譜的特點(diǎn)；2. 整理在不同抽樣頻率(三種頻率)情況下，F(xiàn) (t )與 F波形，比較后得出結(jié)論;3. 比較 F (t )分別為正弦波和三角形，其Fs (t)的頻譜特點(diǎn)；4. 通過本

15、實(shí)驗(yàn)?zāi)阌泻误w會。五、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.雙蹤示波器1 臺2信號系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱1 臺3.頻率計(jì)1臺RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義15實(shí)驗(yàn)6一階電路的暫態(tài)響應(yīng)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握一階電路暫態(tài)響應(yīng)的原理；2. 觀測一階電路的時(shí)間常數(shù)T對電路暫態(tài)過程的影響。二、 實(shí)驗(yàn)原理說明含有 L、C 儲能元件的電路通常用微分方程來描述，電路的階數(shù)取決于微分方程的階 數(shù)。凡是用一階微分方程描述的電路稱為一階電路。一階電路由一個儲能元件和電阻組成，有兩種組合：RC 電路和 RL 電路。圖 6-1 和圖 6-2 分別描述了 RC 電路與 RL 電路的基本連 接示意圖。RUs（ t）-i- C I Uc（ t）圖 6-1

16、RC 電路連接示意圖L-g-Us(t)HR卄 Ur(t)圖 6-2 RL 電路連接示意圖根據(jù)給定的初始條件和列寫出的一階微分方程以及激勵信號，可以求得一階電路的零 輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)。當(dāng)系統(tǒng)的激勵信號為階躍函數(shù)時(shí)，其零狀態(tài)電壓響應(yīng)一般可表示 為下列兩種形式：tu(t)二Ue(t 0)tu(t)二Uo(1 -e )(t 0)其中，T為電路的時(shí)間常數(shù)。在 RC 電路中，T=RC;在 RL 電路中，T=L/R。零狀態(tài)電流 響應(yīng)的形式與之相似。本實(shí)驗(yàn)研究的暫態(tài)響應(yīng)主要是指系統(tǒng)的零狀態(tài)電壓響應(yīng)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)，是系統(tǒng)在無初始儲能或狀態(tài)為零情況下，僅由外加激勵源引 起的響應(yīng)。為了使我們

17、能夠在儀器上看到穩(wěn)定的波形，通常用周期性變化的方波信號作為電路的 激勵信號。RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義16此時(shí)電路的輸出即可以看成是研究脈沖序列作用于一階電路，也可看成是研究 一階電路的直流暫態(tài)特性。即用方波的前沿來代替單次接通的直流電源，用方波的后沿來 代替單次斷開的直流電源。方波的半個周期應(yīng)大于被測一階電路的時(shí)間常數(shù)的3-5 倍；當(dāng)方波的半個周期小于被測電路時(shí)間常數(shù)3-5 倍時(shí)，情況則較為復(fù)雜。信號源：1J702 置于“脈沖”，撥動開關(guān) K701 選擇“脈沖”2按動 S702 按鈕,使頻率為 2.5KHZ，調(diào)節(jié)電位器 W701 使輸出幅度為 2V；1.一階 RC 電路的觀測實(shí)驗(yàn)電路

18、連接圖如圖6-3（a）所示。1連接 P702 與 P901, P702 與 P101。（P101 為毫伏表信號輸入插孔）2連接 P902 與 P9043將示波器連接在 TP902 上，觀測輸出波形4根據(jù) R、C 計(jì)算出時(shí)間常數(shù)T5根據(jù)實(shí)際觀測到的波形計(jì)算出實(shí)測的時(shí)間常數(shù)T6改變 P902 與 P904 間的連接，可改變?yōu)?P902 連 P905 P903 連 P904、P903 連P905 （注：當(dāng)連接點(diǎn)改在 P903 時(shí)，輸出測量點(diǎn)應(yīng)該在 TP903）7重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)過程，將結(jié)果填入表6-1 中表 6-1 一階 RC 電路連接點(diǎn)R(kQ )C(pF)T=RCs)實(shí)測T值測量點(diǎn)P902-P90

19、410220052.2X10-52.1X10-TP902P903-P90510470054.7X10-54.6X10-TP903P902-P90420220054.4X10-54.1X10-TP902P903-P905204700-59.4X10-59.2X10TP9032.一階 RL 電路的觀測實(shí)驗(yàn)電路連接圖如圖 6-3 （b）所示。 信號源：頻率和幅度保持不變。1連接 P702 與 P906, P702 與 P101。（P101 為毫伏表信號輸入插孔）2連接 P907 與 P9083將示波器連接在 TP907 上，觀測輸出波形4根據(jù) R、L 計(jì)算出時(shí)間常數(shù)T5根據(jù)實(shí)際觀測到的波形計(jì)算出實(shí)測

20、的時(shí)間常數(shù)T6改變?yōu)?P907 連 P909,重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)過程，將結(jié)果填入表6-2 中RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義17表 6-2 一階 RL 電路連接點(diǎn)R(KQ)L(mHT=L/R(s)實(shí)測T值測量點(diǎn)P907-P9081101X10-50.9X10-5TP907P907-P9090.47102.1X10-52.3X10-5TP907P90 9AAGND圖 6-3 (b)RL 一階電路實(shí)驗(yàn)連接圖四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 將實(shí)驗(yàn)測算出的時(shí)間常數(shù)分別填入表6-1 與表 6-2 中，并與理論計(jì)算值進(jìn)行比較。2. 畫出方波信號作用下 RC 電路、RL 電路各狀態(tài)下的響應(yīng)電壓的波形(繪圖時(shí)注意波形 的

21、對稱性)。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. 雙蹤示波器2信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱r1 0M HR9 064 70TP9 02L90 3R9 05P90 6AP90 7P90 8ARZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義18實(shí)驗(yàn)9信號卷積實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 理解卷積的概念及物理意義；2. 通過實(shí)驗(yàn)的方法加深對卷積運(yùn)算的圖解方法及結(jié)果的理解。二、 實(shí)驗(yàn)原理說明卷積積分的物理意義是將信號分解為沖激信號之和，借助系統(tǒng)的沖激響應(yīng)，求解系統(tǒng)對任意激勵信號的零狀態(tài)響應(yīng)。設(shè)系統(tǒng)的激勵信號為x(t)，沖激響應(yīng)為h(t)，則系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)為y(t) =x(t)*h(t)二:x(t)h(t - .)d 。對于任意兩個信號f1( t)和f2

22、(t)，兩者做卷積運(yùn)算定義為f(t)二二：f(t)f2(t -)d =fl(t)*f2(t)=f2(t)*f1(t)。1. 兩個矩形脈沖信號的卷積過程兩信號x(t)與h(t)都為矩形脈沖信號，如圖9-1 所示。下面由圖解的方法(圖 9-1)給出兩個信號的卷積過程和結(jié)果，以便與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義19圖 9-1兩矩形脈沖的卷積積分的運(yùn)算過程與結(jié)果2. 矩形脈沖信號與鋸齒波信號的卷積信號f1(t)為矩形脈沖信號，f2(t)為鋸齒波信號，如圖 9-2 所示。根據(jù)卷積積分的運(yùn) 算方法得到f,t)和f2(t)的卷積積分結(jié)果f(t)，如圖 9-2(c)所示。t或- - 1J

23、卜 h(t)或 h(i)1t 或-h(t -T)x(T)Tdtr-4jh(tY)Ix(l)1_t(g)1x(T)hl(t -T) t T-r(i) 卷積結(jié)果tx(t)或 x()11th(7)(c)(d)-：t _0(b)t _1八 h(t“ x(T)x( ) h(t -.)(h)2_t：v1224RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義20(c)圖 9-2 矩形脈沖信號與鋸齒脈沖信號的卷積積分的結(jié)果3.本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的卷積運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)方法在本實(shí)驗(yàn)裝置中采用了DSP 數(shù)字信號處理芯片，因此在處理模擬信號的卷積積分運(yùn)算時(shí)，是先通過 A/D 轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，利用所編寫的相應(yīng)程序控制DSP 芯片實(shí)

24、現(xiàn)數(shù)字信號的卷積運(yùn)算，再把運(yùn)算結(jié)果通過D/A 轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出。結(jié)果與模擬信號的直接運(yùn)算結(jié)果是一致的。數(shù)字信號處理系統(tǒng)逐步和完全取代模擬信號處理系統(tǒng)是科學(xué) 技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。圖9-3 為信號卷積的流程圖。、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 檢測矩形脈沖信號的自卷積結(jié)果用雙蹤示波器同時(shí)觀察輸入信號和卷積后的輸出信號，把輸入信號的幅度峰峰值調(diào)節(jié)為 4V,再調(diào)節(jié)輸入信號的頻率或占空比使輸入信號的時(shí)間寬度滿足表中的要求，觀察輸出信號有何變化，判斷卷積的結(jié)果是否正確，并記錄表9-1。實(shí)驗(yàn)步驟如下：(b)圖 9-3信號卷積的流程圖RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義211將跳線開關(guān) J702 置于“脈沖”上。2連接 P70

25、2 與 P501,將示波器接在 TP101 上觀測輸入波形，按下信號源模塊上的按鈕 S701、S702、S703 使信號頻率為 1KHz 調(diào)節(jié) W703 使幅度為 4V。(注意：輸入波形的頻率與幅度要在 P702 與 P101 連接后，在 TP101 上測試。)3按下選擇鍵 SW101 此時(shí)在數(shù)碼管 SMG10 讓將顯示數(shù)字， 連續(xù)按下按鈕， 直到顯 示數(shù)字“ 3”。4將示波器的 CH1 接于 TP801; CH2 接于 TP803；可分別觀察到輸入信號的f1(t)波形與卷積后的輸出信號f1(t)*f2(t)的波形。5按下 S701,S702 改變輸入信號的頻率，可改變激勵信號的脈寬。表 9-

26、1輸入信號卷積后的輸出信號輸入信號f1(t)輸出信號f1(t)*f2(t)脈沖寬度(ms)1脈沖寬度(ms)0.5脈沖寬度(ms)0.25本實(shí)驗(yàn)中，采用的是矩形脈沖信號的自卷積，因此，在 TP801 上可觀察到矩形脈，TP803 上應(yīng)可觀測到一個三角波。2.信號與系統(tǒng)卷積實(shí)驗(yàn)原理及步驟：1將跳線開關(guān) J702 置于“脈沖”上。2連接 P702 與 P501,將示波器接在 TP101 上觀測輸入波形，按下信號源模塊上的按 鈕 S701、S702、S703 使信號頻率為 1KHz 調(diào)節(jié) W703 使幅度為 4V。(注意：輸入波形的頻率與幅度要在 P702 與 P101 連接后，在 TP101 上測

27、試。)3按下選擇鍵 SW101 此時(shí)在數(shù)碼管 SMG10 讓將顯示數(shù)字， 連續(xù)按下按鈕， 直到顯 示數(shù)字“ 4”。4將示波器的 CH1 接于 TP801； CH2 接于 TP802，首先觀測兩個卷積信號，TP801 上測得的是激勵信號f1(t)； TP802 測得的是系統(tǒng)信號f2(t)(本實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)信號用 的是鋸齒波信號)。再用示波器的 CH2 測 TP803 可觀測到卷積后的輸出信號f1(t)*f2(t)的波形。5按下 S701,S702 改變輸入信號的頻率，可改變激勵信號的脈寬。RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義22表 9-2輸入信號和卷積后的輸出信號輸入信號fjt）f2（t）鋸齒波輸出信

28、號ft）*f2（t）脈沖寬度（ms）1脈沖寬度（ms）0.5脈沖寬度（ms）0.25四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.要求記錄各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填寫表9-1o2.按要求記錄各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填寫表9-2o五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱2. 雙蹤示波器六、思考題用圖解的方法給出圖 9-3 中的兩個信號的卷積過程。(a)(b)圖 9-3 矩形脈沖信號與三角波信號RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義23實(shí)驗(yàn)10矩形脈沖信號的分解、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 分析典型的矩形脈沖信號，了解矩形脈沖信號諧波分量的構(gòu)成；2. 觀察矩形脈沖信號通過多個數(shù)字濾波器后，分解出各諧波分量的情況。二、實(shí)驗(yàn)原理1.信號的頻譜與測量信號的時(shí)域特性和頻域特性是對信號的

29、兩種不同的描述方式。對于一個時(shí)域的周期信 號f(t)，只要滿足狄利克萊(Dirichlet) 條件，就可以將其展開成三角形式或指數(shù)形式的 傅里葉級數(shù)。例如，對于一個周期為 T 的時(shí)域周期信號f(t)，可以用三角形式的傅里葉級數(shù)求出它的各次分量，在區(qū)間(ti，tiT)內(nèi)表示為:即將信號分解成直流分量及許多余弦分量和正弦分量，研究其頻譜分布情況。圖 10-1信號的時(shí)域特性和頻域特性信號的時(shí)域特性與頻域特性之間有著密切的內(nèi)在聯(lián)系，這種聯(lián)系可以用圖10-1 來形象地表示。其中圖 10-1(a)是信號在幅度-時(shí)間-頻率三維座標(biāo)系統(tǒng)中的圖形；圖 10-1(b)是信號在幅度-時(shí)間座標(biāo)系統(tǒng)中的圖形即波形圖；把

30、周期信號分解得到的各次諧波分量按頻率的高低排列，就可以得到頻譜圖。反映各頻率分量幅度的頻譜稱為振幅頻譜。圖 10-1(c)f(t)二 a0(ancos t bn Sin 2t)RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義24是信號在幅度-頻率座標(biāo)系統(tǒng)中的圖形即振幅頻譜圖。反映各分量相位的頻譜稱為相位頻譜。在本實(shí)驗(yàn)中只研究信號振幅頻譜。周期信號的振幅頻譜有三個性質(zhì)：離散性、諧波性、收斂性。測量時(shí)利用了這些性質(zhì)。從振幅頻譜圖上，可以直觀地看出各頻率分量所占的比 重。測量方法有同時(shí)分析法和順序分析法。同時(shí)分析法的基本工作原理是利用多個濾波器，把它們的中心頻率分別調(diào)到被測信號的各個頻率分量上。當(dāng)被測信號同時(shí)加到

31、所有濾波器上，中心頻率與信號所包含的某次諧 波分量頻率一致的濾波器便有輸出。在被測信號發(fā)生的實(shí)際時(shí)間內(nèi)可以同時(shí)測得信號所包 含的各頻率分量。在本實(shí)驗(yàn)中采用同時(shí)分析法進(jìn)行頻譜分析，如圖10-2 所示。信號分解信號合成圖 10-2用同時(shí)分析法進(jìn)行頻譜分析其中，P801 出來的是基頻信號，即基波；P802 出來的是二次諧波；P803 的是三次諧波，依此類推。2.矩形脈沖信號的頻譜一個幅度為 E,脈沖寬度為T，重復(fù)周期為 T 的矩形脈沖信號，如圖 10-3 所示。圖 10-3 周期性矩形脈沖信號RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義25其傅里葉級數(shù)為:RZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義26該信號第n次諧波

32、的振幅為:2E . c / n .二、2E . sin(n .二/T)Sa(r亍由上式可見第n次諧波的振幅與E、T、.有關(guān)。3信號的分解提取進(jìn)行信號分解和提取是濾波系統(tǒng)的一項(xiàng)基本任務(wù)。當(dāng)我們僅對信號的某些分量感興趣時(shí)，可以利用選頻濾波器，提取其中有用的部分，而將其它部分濾去。目前 DSP 數(shù)字信號處理系統(tǒng)構(gòu)成的數(shù)字濾波器已基本取代了傳統(tǒng)的模擬濾波器，數(shù)字濾波器與模擬濾波器相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。用DSP 構(gòu)成的數(shù)字濾波器具有靈活性高、精度高和穩(wěn)定性高，體積小、性能高，便于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。因此在這里我們選用了數(shù)字濾波器來實(shí) 現(xiàn)信號的分解。在數(shù)字濾波器模塊上， 選用了有 8 路輸出的 D/A 轉(zhuǎn)換器 TLV

33、5608 ( U502),因此設(shè)計(jì)了 8 個濾波器(一個低通、六個帶通、一個高通)將復(fù)雜信號分解提取某幾次諧波。分解輸出的 8 路信號可以用示波器觀察，測量點(diǎn)分別是 TP801、TP802、TP803、TP804TP805、TP806 TP807、TP80&三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.將 J701 置于“方波”位置，連接P702 與 P101;2. 按下選擇鍵 SW101 此時(shí)在數(shù)碼管 SMG101 上將顯示數(shù)字， 繼續(xù)按下按鈕， 直到顯示 數(shù)字“ 5 ”。3 矩形脈沖信號的脈沖幅度E和頻率f按要求給出，改變信號的脈寬，測量不同時(shí)信號頻譜中各分量的大小。示波器可分另在 TP801、TP802、TP

34、803 TP804 TP805 TP806 TP807 和 TP808 上觀 測信號各次諧波的波形。根據(jù)表 10-1、表 10-2 中給定的數(shù)值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并記錄實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)填入表中。注意：在調(diào)節(jié)輸入信號的參數(shù)值(頻率、幅度等)時(shí)，需在P702 與 P101 連接后，用示波器在 TP101 上觀測調(diào)節(jié)。S704 按鈕為占空比選擇按鈕，每按下一次可以選擇不同的占空比輸出。(1)12:.的數(shù)值按要求調(diào)整，測得的信號頻譜中各分量的大小，其數(shù)據(jù)按表的要求記錄Tf(t)_E_ T Sa()cosn ti丄TRZ8663 型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義27表 10-1=1 2的矩形脈沖信號的頻譜T /f = 4kHz， T=Ms， =1f2，E=As，E(V) = 4VT諧波頻率(kHz)1f2f3f4 f5 f6 f7 f8 f 以上理論值電壓有效值電壓峰峰值測量值電壓有效值電壓峰峰值(2)=14:矩形脈沖信號的脈沖幅度E和頻率f不變，.的數(shù)值按要求調(diào)整，測T得的信號頻譜中各分量的大小，其數(shù)據(jù)按表的要求記錄。1 4表 10-2T的矩形脈沖信號的頻譜f =4kHz， T=氏，=1/4，T =西，E(V) =4V諧波頻率(kHz)1f2f3f4 f5 f6 f7 f8 f 以上理論值電壓有效值電壓峰峰值測量值電壓有效值電壓峰峰值注意 4 個跳線器 K801、K802、K8