1、信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)教材及參考資料教材： 信號(hào)與系統(tǒng)曾喆昭、倪振文 編著 湖南大學(xué)出版社參考資料： 信號(hào)與系統(tǒng)劉樹(shù)棠 譯 西安交通大學(xué)出版社出版 自動(dòng)控制理論孫揚(yáng)聲 編著 中國(guó)電力出版社出版 通信原理樊昌信、張甫翊 等編著 西安電子科技大學(xué)出版社 信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)體系實(shí)驗(yàn)內(nèi)容指導(dǎo)思想?yún)⒖假Y料實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)思考題實(shí)驗(yàn)體系信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)體系基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與提高實(shí)驗(yàn)發(fā)揮題選做題第一部分TKSS-D型 信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱使用說(shuō)明書(shū)一、組成和使用 1.實(shí)驗(yàn)箱的供電 實(shí)驗(yàn)箱的后方設(shè)有帶保險(xiǎn)絲管（0.5A）的220V單相交流三芯電源插座（配有三芯插頭電源線(xiàn)一根）。箱內(nèi)

2、設(shè)有三只降壓變壓器，為實(shí)驗(yàn)板提供多組低壓交流電源。 2.一塊大型（580mm320mm）雙面敷銅印刷線(xiàn)路板,正面絲印有清晰的各部件、元器件的圖形、線(xiàn)條和字符，并焊有實(shí)驗(yàn)所需的元器件。 該板上包含著以下各部分內(nèi)容： （1）正面左下方裝有帶燈電源總開(kāi)關(guān)。 （2）60多只高可靠的自鎖緊式、防轉(zhuǎn)、疊插式二號(hào)插座。它們與固定器件、線(xiàn)路的連線(xiàn)已設(shè)計(jì)在印刷線(xiàn)路板上。插件采用直插彈性結(jié)構(gòu)，其插頭與插座之間的導(dǎo)電接觸面很大，接觸電阻極其微?。ń佑|電阻0.003，使用壽命10000次以上），同時(shí)插頭與插頭之間可以疊插，從而可形成一個(gè)立體布線(xiàn)空間，使用起來(lái)極為方便。 而在實(shí)驗(yàn)?zāi)K內(nèi)部，則用一號(hào)臺(tái)階作為各連接點(diǎn)，用配

3、套的一號(hào)導(dǎo)線(xiàn)連接，這樣可縮小布局空間及層次更加分明 (3) 本實(shí)驗(yàn)箱裝有兩只多圈可調(diào)的精密電位器（1K、10K各一只）和碳膜電位器100K 1只，供在通用電路模塊組成實(shí)驗(yàn)電路時(shí)用。 (4) 豐富的實(shí)驗(yàn)?zāi)K 本實(shí)驗(yàn)箱的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是采用模塊化設(shè)計(jì)的，這樣更方便了實(shí)驗(yàn)教學(xué)具體的實(shí)驗(yàn)?zāi)K有： 1）、通用電路單元（包括“通用電路單元一”、“通用電路單元二”、“通用電路單元三”、“通用電路單元四”等） 2）、零輸入、零狀態(tài)、及完全響應(yīng) 3）、50Hz非正弦周期信號(hào)的分解與合成 4）、無(wú)源濾波器和有源濾波器特性的觀(guān)測(cè) 5）、全通濾波器 6）、信號(hào)的采樣與恢復(fù) 7）、調(diào)制與解調(diào)；頻分復(fù)用 8）、脈沖編碼調(diào)制（P

4、CM） 9）、數(shù)字多路傳輸系統(tǒng)（時(shí)分復(fù)用） 10）、開(kāi)關(guān)電容濾波器 11）、系統(tǒng)的能控性和能觀(guān)性 12）、二階網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)軌跡的顯示 （5）直流穩(wěn)壓電源 提供四路5V，0.5A和15V，0.5A直流穩(wěn)壓電源，每路均有短路保護(hù)自恢復(fù)功能，只要開(kāi)啟電源總開(kāi)關(guān)，就有相應(yīng)的電壓輸出，并有響應(yīng)發(fā)光二極管指示。 （6）非正弦多波形信號(hào)發(fā)生器 提供50Hz半波、全波、方波、矩形波、三角波共五種波形,半波由交流電半波整流得到，全波由交流電全波整流得到，方波、矩形波由運(yùn)放加外圍器件構(gòu)成，三角波是在方波的基礎(chǔ)上加了一個(gè)由運(yùn)放和電容構(gòu)成的積分環(huán)節(jié)而得到。 (7) 階躍信號(hào)發(fā)生器 階躍信號(hào)發(fā)生器主要為本實(shí)驗(yàn)箱提供單位階躍

5、信號(hào)而設(shè)計(jì)的。當(dāng)鈕子開(kāi)關(guān)打到正輸出時(shí)，調(diào)節(jié)電位器RP1，“A”點(diǎn)輸出為05V連續(xù)可調(diào)的直流電壓，按下白色的復(fù)位按鈕，則“B”點(diǎn)輸出為相應(yīng)的05V連續(xù)可調(diào)階躍信號(hào)。鈕子開(kāi)關(guān)打到負(fù)輸出時(shí)，調(diào)節(jié)電位器RP2，“A” 點(diǎn)輸出為05V連續(xù)可調(diào)的直流電壓，按下白色的復(fù)位按鈕，則“B”點(diǎn)輸出為相應(yīng)的05V的連續(xù)可調(diào)階躍信號(hào)。 (8) 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 本信號(hào)發(fā)生器由單片集成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器ICL8038及外圍電路、功率放大電路等組合而成。其輸出頻率范圍為2Hz150KHz，由“頻段選擇”開(kāi)關(guān)(粗調(diào)分五檔)和“頻率調(diào)節(jié)”旋鈕(細(xì)調(diào))進(jìn)行調(diào)節(jié)。輸出幅度峰峰值為016Vp-p，由“幅度調(diào)節(jié)”旋鈕進(jìn)行細(xì)調(diào)。使用時(shí)，只要

6、開(kāi)啟函數(shù)信號(hào)發(fā)生器分開(kāi)關(guān)，信號(hào)源即進(jìn)入工作狀態(tài)。 輸出波形分正弦波、方波和三角波三種，由“波形選擇”開(kāi)關(guān)選擇，輸出阻抗為50，當(dāng)負(fù)載電阻為50時(shí)，輸出幅值為開(kāi)路輸出值的一半。 (9) 頻率計(jì) 本頻率計(jì)是由單片機(jī)89C51和六位共陰極LED數(shù)碼管設(shè)計(jì)而成的，具有輸入阻抗大和靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。其分辨率為1Hz，測(cè)頻范圍為1Hz10MHz，靈敏度為100mV，輸入阻抗1M，閘門(mén)時(shí)間1秒。 將頻率計(jì)處開(kāi)關(guān)(內(nèi)測(cè)/外測(cè))置于“內(nèi)測(cè)”，即可測(cè)量“函數(shù)信號(hào)發(fā)生器”本身的信號(hào)輸出頻率。將開(kāi)關(guān)置于“外測(cè)”，則頻率計(jì)顯示由“輸入”插口輸入的被測(cè)信號(hào)的頻率。注：將“內(nèi)測(cè)/外測(cè)”開(kāi)關(guān)置于“外測(cè)”處，而輸入插口沒(méi)接被測(cè)信

7、號(hào)時(shí)，頻率計(jì)會(huì)顯示一定數(shù)值的頻率，這是由于頻率計(jì)的輸入阻抗大，靈敏度高，從而感應(yīng)到一定數(shù)值的頻率。此現(xiàn)象并不影響內(nèi)外測(cè)頻。 (10) 50Hz非正弦多波形信號(hào)發(fā)生器 提供的周期信號(hào)有：半波整流、全波整流、方波、矩形波、三角波，共五種50Hz的非正弦信號(hào)。 (11) 直流數(shù)字電壓表 直流數(shù)字電壓表有三個(gè)檔位。滿(mǎn)度為200mV量程, 2V量程,20V量程，能完成對(duì)直流電壓的準(zhǔn)確測(cè)量,測(cè)量誤差不超過(guò)5。 (12) 數(shù)字式真有效值交流毫伏表 本機(jī)采用的交流毫伏表具有頻帶較寬、精度高、數(shù)字顯示和“真有效值”的特點(diǎn)，測(cè)量范圍：020V，分200mV、2V、20V三檔，直鍵開(kāi)關(guān)切換，三位半數(shù)顯，頻帶范圍10

8、Hz1MHz，基本測(cè)量精度0.5，即使測(cè)試遠(yuǎn)離正弦波形狀的窄脈沖信號(hào)，也能測(cè)得精確的有效值大小，其適用的波峰因數(shù)范圍達(dá)到10。 真有效值交流電壓表由輸入衰減器、阻抗變換器、定值放大器、真有效值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器和LED顯示器組成。 輸入衰減器用來(lái)將大于2V的信號(hào)衰減，定值放大器用來(lái)將小于200mV的信號(hào)放大。本機(jī)AC/DC轉(zhuǎn)換由一塊寬頻帶、高精度的真有效值轉(zhuǎn)換器完成，它能將輸入的交流信號(hào)不論是正弦波、三角波、方波、鋸齒波，甚至窄脈沖波，精確的轉(zhuǎn)換成與其有效值大小等價(jià)的直流信號(hào)，再經(jīng)濾波器濾波后加到A/D轉(zhuǎn)換器，變成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，最后由LED顯示出來(lái)。 3、實(shí)驗(yàn)面板上設(shè)有可

9、裝、卸固定線(xiàn)路實(shí)驗(yàn)小板的藍(lán)色固定插座四只，可采用固定線(xiàn)路及靈活組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 二、使用注意事項(xiàng) 1.使用前應(yīng)先檢查各電源是否正常，檢查步驟為： （1）關(guān)閉實(shí)驗(yàn)箱的所有電源開(kāi)關(guān)(置于關(guān)端)，然后用隨箱的三芯電源線(xiàn)接通實(shí)驗(yàn)箱的220V交流電源。 （2）開(kāi)啟實(shí)驗(yàn)箱上的電源總開(kāi)關(guān)（置于開(kāi)端），則相應(yīng)的船形開(kāi)關(guān)指示燈亮。交/直流毫伏表處數(shù)碼管應(yīng)被點(diǎn)亮。 （3）用萬(wàn)用表的直流電壓檔測(cè)量面板上的5V和15V電壓是否正常。 （4）開(kāi)啟信號(hào)源及頻率計(jì)開(kāi)關(guān)，則信號(hào)源應(yīng)有輸出；當(dāng)頻率計(jì)打到內(nèi)測(cè)時(shí)，應(yīng)有相應(yīng)的頻率顯示。 （5）開(kāi)啟各實(shí)驗(yàn)?zāi)K處分開(kāi)關(guān)，相應(yīng)的發(fā)光二極管應(yīng)點(diǎn)亮。2.接線(xiàn)前務(wù)必熟悉實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路的原理及實(shí)驗(yàn)方法。

10、 3.實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)前必須先斷開(kāi)總電源與各分電源開(kāi)關(guān)，嚴(yán)禁帶電接線(xiàn)。接線(xiàn)完畢，檢查無(wú)誤后，才可通電進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 4.實(shí)驗(yàn)自始至終，實(shí)驗(yàn)板上要保持整潔，不可隨意放置雜物，特別是導(dǎo)電的工具和多余的導(dǎo)線(xiàn)等，以免發(fā)生短路等故障。5.本實(shí)驗(yàn)箱上的各檔直流電源設(shè)計(jì)時(shí)僅供實(shí)驗(yàn)使用，一般不外接其它負(fù)載。如作它用，則要注意使用的負(fù)載不能超出本電源的使用范圍。6.實(shí)驗(yàn)完畢，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉各電源開(kāi)關(guān)（置關(guān)端），并及時(shí)清理實(shí)驗(yàn)板面，整理好連接導(dǎo)線(xiàn)并放置規(guī)定的位置。 7.實(shí)驗(yàn)時(shí)需用到外部交流供電的儀器，應(yīng)妥為接地。 第二部分信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目目 錄 實(shí)驗(yàn)一 一階電路時(shí)域響應(yīng)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)二 非正弦周期信號(hào)的分解與合成實(shí)驗(yàn)三 無(wú)源與有源

11、濾波器實(shí)驗(yàn)四 信號(hào)的采樣與恢復(fù)實(shí)驗(yàn)五 二階網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)軌跡的觀(guān)測(cè)實(shí)驗(yàn)一 一階電路時(shí)域響應(yīng)的測(cè)試 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求：必做 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步了解系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的原理。2. 掌握用簡(jiǎn)單的R-C一階電路觀(guān)測(cè)零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法。 二、實(shí)驗(yàn)原理1. 零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的模擬電路如圖11所示。圖1-1 零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的電路圖2. 合上圖1-1中的開(kāi)關(guān)K1，則由回路可得 iR+UcE (1) iC ，則上式改為 (2)對(duì)上式取拉式變換得： ，其中 （3）式(3)等號(hào)右方的第二項(xiàng)為零輸入響應(yīng)，即由初

12、始條件激勵(lì)下的輸出響應(yīng)；第一項(xiàng)為零狀態(tài)響應(yīng)，它描述了初始條件為零（Uc（0）=0）時(shí)，電路在輸入E=15V作用下的輸出響應(yīng)，顯然它們之和為電路的完全響應(yīng)，圖1-2所示的曲線(xiàn)表示這三種的響應(yīng)過(guò)程。 圖1-2零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)曲線(xiàn) 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1.連接一個(gè)能觀(guān)測(cè)零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的電路圖（參考圖1-1）。2.分別觀(guān)測(cè)該電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)。四、實(shí)驗(yàn)步驟 1. 零輸入響應(yīng)用短路帽連接K2、K3，使+5V直流電源對(duì)電容C充電，當(dāng)充電完畢后，斷開(kāi)K3連接K4，用示波器觀(guān)測(cè)Uc（t）的變化。2. 零狀態(tài)響應(yīng)先用短路帽連接K4，使電容兩端的電壓放電完

13、畢，然后斷開(kāi)K4連接K3、K1，用示波器觀(guān)測(cè)15V直流電壓向電容C的充電過(guò)程。3. 完全響應(yīng) 先連接K4，使電容兩端電壓通過(guò)R-C回路放電，一直到零為止。然后連接K3、K2，使5V電源向電容充電，待充電完畢后，將短路帽連接K1，使15V電源向電容充電，用示波器觀(guān)測(cè)Uc（t）的完全響應(yīng)。 五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1.TKSS-D型 信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱2.雙蹤低頻慢掃描示波器1臺(tái)六、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求采用集中授課形式七、實(shí)驗(yàn)思考題 系統(tǒng)零輸入響應(yīng)的穩(wěn)定性與零狀態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)定性是不是相同？ 八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1. 推導(dǎo)圖1-1所示R-C電路在下列兩種情況的電容兩端電壓Uc（t）的表達(dá)式。 1) Uc（0）=0， 輸入U(xiǎn)

14、i15V。2) Uc（0）=5V，輸入U(xiǎn)i15V。2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)，分別畫(huà)出該電路在零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)、完全響應(yīng)下的響應(yīng)曲線(xiàn)。 實(shí)驗(yàn)二 非正弦周期信號(hào)的分解與合成 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：綜合實(shí)驗(yàn)要求：必做一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 用同時(shí)分析法觀(guān)測(cè)50Hz非正弦周期信號(hào)的頻譜，并與其傅里葉級(jí)數(shù)各項(xiàng)的頻率與系數(shù)作比較。 2. 觀(guān)測(cè)分解后的基波及各次諧波的合成。3. 掌握信號(hào)的分解與合成的實(shí)現(xiàn)方法。 三、實(shí)驗(yàn)原理 1. 任何電信號(hào)都是由各種不同頻率、幅值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(kāi)式可知，各次諧波的頻率為基波頻率的整數(shù)倍。而非周期信號(hào)包含了從零到無(wú)窮大的所有頻率成份，每一頻率

15、成份的幅值相對(duì)大小是不同的。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電路上。從每一帶通濾波器的輸出端可以用示波器觀(guān)察到相應(yīng)頻率的正弦波。本實(shí)驗(yàn)所用的被測(cè)信號(hào)是50Hz的方波。2. 實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)圖 圖21實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖 圖21中LPF為低通濾波器，可分解出非正弦周期信號(hào)的直流分量。BPF1 BPF6為調(diào)諧在基波和各次諧波上的帶通濾波器，加法器用于信號(hào)的合成。 3. 各種不同波形及其傅氏級(jí)數(shù)表達(dá)式 方波 三角波 半波 全波 矩形波四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 1. 調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，使其輸出50Hz的方波信號(hào)，并將其接至信號(hào)分解實(shí)驗(yàn)?zāi)K的輸入端，再細(xì)調(diào)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，使該模塊的基波50

16、Hz成分BPF的輸出幅度為最大。2. 帶通濾波器的輸出分別接至示波器，觀(guān)測(cè)各次諧波的幅值，并列表記錄。3. 將方波分解所得的基波、三次諧波分別接至加法器的相應(yīng)輸入端，觀(guān)測(cè)加法器的輸出波形，并記錄。4. 在步驟3的基礎(chǔ)上，再將五次諧波分量加到加法器的輸入端，觀(guān)測(cè)相加后的合成波形，并記錄。5. 分別將50Hz正弦半波、全波、矩形波和三角波的輸出信號(hào)接至50Hz電信號(hào)分解與合成模塊的輸入端，觀(guān)測(cè)基波及各次諧波的頻率和幅度，并記錄。6. 將50Hz單相正弦半波、全波、矩形波和三角波的基波和諧波分量接至加法器相應(yīng)的輸入端，觀(guān)測(cè)求和器的輸出波形，并記錄。 五、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)，在同一

17、坐標(biāo)紙上繪制方波及其分解后所得的基波和各次諧波的波形，畫(huà)出其頻譜圖。2. 將所得的基波和三次諧波及其合成波形一同繪制在同一坐標(biāo)紙上。3. 將所得的基波、三次諧波、五次諧波及三者合成的波形一同繪制在同一坐標(biāo)紙上，并把實(shí)驗(yàn)步驟3所觀(guān)測(cè)到的合成波形也繪制在同一坐標(biāo)紙上，進(jìn)行比較。 六、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求 采用集中授課形式 七、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1. TKSS-D型 信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱2. 雙蹤示波器1臺(tái) 八、實(shí)驗(yàn)思考題1. 什么樣的周期性函數(shù)沒(méi)有直流分量和余弦項(xiàng)。2. 分析理論合成波形與實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)到的合成波形之間誤差產(chǎn)生的原因。 實(shí)驗(yàn)三 信號(hào)的采樣與恢復(fù) 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：綜合實(shí)驗(yàn)要求：必做 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1

18、. 熟悉電信號(hào)的采樣方法與過(guò)程及信號(hào)的恢復(fù)。2. 掌握信號(hào)采樣與恢復(fù)的原理。3. 驗(yàn)證采樣定理。 二、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)經(jīng)采樣而獲得。采樣信號(hào)fs（t）可以看成連續(xù)信號(hào)f（t）和一組開(kāi)關(guān)函數(shù)S（t）的乘積。S（t）是一組周期性窄脈沖。由對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分析可知，采樣信號(hào)的頻譜包括了原連續(xù)信號(hào)以及無(wú)限多個(gè)經(jīng)過(guò)平移的原信號(hào)頻譜。平移的頻率等于采樣頻率fs及其諧波頻率2fs、3fs 。當(dāng)采樣后的信號(hào)是周期性窄脈沖時(shí)，平移后的信號(hào)頻率的幅度按（Sinx）/x規(guī)律衰減。采樣信號(hào)的頻譜是原信號(hào)頻譜的周期性延拓，它占有的頻帶要比原信號(hào)頻譜寬得多。2

19、. 采樣信號(hào)在一定條件下可以恢復(fù)原來(lái)的信號(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，濾去信號(hào)中所有的高頻分量，就得到只包含原信號(hào)頻譜的全部?jī)?nèi)容，即低通濾波器的輸出為恢復(fù)后的原信號(hào)。3. 原信號(hào)得以恢復(fù)的條件是fs2B，其中fs為采樣頻率，B為原信號(hào)占有的頻帶寬度。Fmin=2B為最低采樣頻率。當(dāng)fs2B時(shí)，采樣信號(hào)的頻譜會(huì)發(fā)生混迭，所以無(wú)法用低通濾波器獲得原信號(hào)頻譜的全部?jī)?nèi)容。在實(shí)際使用時(shí)，一般取fs=（510）B倍。 實(shí)驗(yàn)中選用fs2B、fs=2B、fs2B三種采樣頻率對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行采樣，以驗(yàn)證采樣定理要是信號(hào)采樣后能不失真的還原，采樣頻率fs必須遠(yuǎn)大于信號(hào)頻率中最高頻率的

20、兩倍。4. 用下面的框圖表示對(duì)連續(xù)信號(hào)的采樣和對(duì)采樣信號(hào)的恢復(fù)過(guò)程，實(shí)驗(yàn)時(shí)，除選用足夠高的采樣頻率外，還常采用前置低通濾波器來(lái)防止信號(hào)頻譜的過(guò)寬而造成采樣后信號(hào)頻譜的混迭。圖 31信號(hào)的采樣與恢復(fù)原理框圖 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 研究正弦信號(hào)和三角波信號(hào)被采樣的過(guò)程以及采樣后的離散化信號(hào)恢復(fù)為連續(xù)信號(hào)的波形。2. 用采樣定理分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1. 連接一采樣信號(hào)（方波）發(fā)生器、采樣器、低通濾波器組成的采樣與恢復(fù)電路（可參考本實(shí)驗(yàn)箱的“信號(hào)的采樣與恢復(fù)”實(shí)驗(yàn)單元）。2. 在信號(hào)采樣與恢復(fù)實(shí)驗(yàn)單元的輸入端輸入一頻率為100Hz左右的正弦（或三角波）信號(hào)，然后調(diào)節(jié)方波發(fā)生器的輸出頻率在800

21、Hz左右，觀(guān)察采樣輸出信號(hào)以及通過(guò)低通濾波器后的恢復(fù)信號(hào)。3. 改變輸入信號(hào)的頻率，再觀(guān)察采樣輸出信號(hào)以及通過(guò)低通濾波器后的恢復(fù)信號(hào)。 五、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求 采用集中授課形式八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量所得數(shù)據(jù)，繪制各類(lèi)濾波器的幅頻特性曲線(xiàn)。注意應(yīng)將同類(lèi)型的無(wú)源和有源濾波器幅頻特性繪制在同一坐標(biāo)平面上，以便比較并計(jì)算出特征頻率、截止頻率和通頻帶。2. 比較分析各類(lèi)無(wú)源和有源濾器的濾波特性。 六、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1. TKSS-D型 信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱2. 雙蹤慢掃描示波器1臺(tái)七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1. 繪制原始的連續(xù)信號(hào)、采樣后信號(hào)以及采樣信號(hào)恢復(fù)為原始信號(hào)的波形。2. 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并作出評(píng)述。 實(shí)驗(yàn)四

22、 無(wú)源與有源濾波器 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：綜合實(shí)驗(yàn)要求：必做 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 了解RC無(wú)源和有源濾波器的種類(lèi)、基本結(jié)構(gòu)及其特性。2. 分析和對(duì)比無(wú)源和有源濾波器的濾波特性。3. 學(xué)會(huì)用簡(jiǎn)單的元件設(shè)計(jì)各種無(wú)源、有源濾波器。 二、實(shí)驗(yàn)原理 1. 濾波器是對(duì)輸入信號(hào)的頻率具有選擇性的一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，它允許某些頻率（通常是某個(gè)頻率范圍）的信號(hào)通過(guò)，而其它頻率的信號(hào)幅值均要受到衰減或抑制。這些網(wǎng)絡(luò)可以由RLC元件或RC元件構(gòu)成的無(wú)源濾波器，也可由RC元件和有源器件構(gòu)成的有源濾波器。 根據(jù)幅頻特性所表示的通過(guò)或阻止信號(hào)頻率范圍的不同，濾波器可分為低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（

23、BPF）、和帶阻濾波器（BEF）四種。圖4-1分別為四種濾波器的實(shí)際幅頻特性的示意圖。 圖4-1 四種濾波器的幅頻特性 2. 四種濾波器的傳遞函數(shù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)M電路如圖4-2所示：(a)無(wú)源低通濾波器 (b)有源低通濾波器 (c) 無(wú)源高通濾波器 (d)有源高通濾波器 (e) 無(wú)源帶通濾波器 (f)有源帶通濾波器(g)無(wú)源帶阻濾波器 (h)有源帶阻濾波器圖4-2 四種濾波器的實(shí)驗(yàn)電路3. 濾波器的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H（j），又稱(chēng)為正弦傳遞函數(shù)，它可用下式表示 ： 式中A()為濾波器的幅頻特性，為濾波器的相頻特性。它們均可通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)測(cè)量。 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 測(cè)試無(wú)源和有源LPF(低通濾波器)的幅頻特性

24、。 2. 測(cè)試無(wú)源和有源HPF(高通濾波器)的幅頻特性。 3. 測(cè)試無(wú)源和有源BPF(帶通濾波器)的幅頻特性。 4. 測(cè)試無(wú)源和有源BEF(帶阻濾波器)的幅頻特性。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1. 用掃頻電源和示波器（或交流數(shù)字電壓表），從總體上先觀(guān)察各類(lèi)濾波器的濾波特性。接線(xiàn)時(shí)濾波器的輸入口接掃頻電源的輸出，濾波器的輸出口接示波器或交流數(shù)字電壓表。2. 測(cè)試無(wú)源和有源低通濾波器的幅頻特性實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路如圖： 實(shí)驗(yàn)時(shí)，在保持正弦波信號(hào)輸出電壓幅值（Ui）不變的情況下，逐漸改變其輸出頻率，用示波器或?qū)嶒?yàn)臺(tái)提供的交流數(shù)字電壓表（f200KHz），測(cè)量RC濾波器輸出端的電壓U0。當(dāng)改變信號(hào)源頻率時(shí)，都應(yīng)觀(guān)測(cè)一下Ui是

25、否保持穩(wěn)定，數(shù)據(jù)如有改變應(yīng)及時(shí)調(diào)整。3. 分別測(cè)試無(wú)源、有源HPF、BPF、BEF的幅頻特性。 注意：對(duì)于波濾波器的輸入信號(hào)幅度不宜過(guò)大，對(duì)有源濾波器實(shí)驗(yàn)一般不要超過(guò)5V。五、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求 采用集中授課形式 六、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1. TKSS-D型 信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱2. 雙蹤示波器1臺(tái) 七、實(shí)驗(yàn)思考題 1. 示波器所測(cè)濾波器的實(shí)際幅頻特性與理想幅頻特性有何區(qū)別？2. 如果要實(shí)現(xiàn)LPF、HPF、BPF、BEF源濾器之間的轉(zhuǎn)換，應(yīng)如何連接？ 實(shí)驗(yàn)五 全通濾波器的設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)要求：限選一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解全通濾波器零、極點(diǎn)分布的特點(diǎn)及其模擬電路。2了解全通濾波器的特性。3. 掌

26、握用簡(jiǎn)單的元件設(shè)計(jì)全通濾波器的方法。 二、實(shí)驗(yàn)原理 1. 如果線(xiàn)性系統(tǒng)的所有零點(diǎn)都位于S平面的右側(cè)，且它們與極點(diǎn)均以虛軸互成鏡像對(duì)稱(chēng)分布，如圖51所示，這種濾波器系統(tǒng)稱(chēng)為全通濾波器。所謂“全通”是指其幅頻特性為一常數(shù)，即對(duì)于任何頻率的正弦信號(hào)，系統(tǒng)的增益都相等，這個(gè)結(jié)論從圖51的零點(diǎn)極點(diǎn)分布圖能清楚地看到。 圖51 全通濾波器的零、極點(diǎn)分布 2. 實(shí)驗(yàn)?zāi)M電路 圖52 全通濾波器的模擬電路 由電路得： 所以 零、極點(diǎn)分布完全符合全通濾波器的要求，它的幅頻值為 令Ui=UimSint,其中Uim保持定值,改變信號(hào)的頻率,觀(guān)測(cè)并測(cè)量輸出信號(hào)Uo的幅值U0m。 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 利用R、C元件構(gòu)造一

27、個(gè)全通濾波器的模擬電路。2. 研究全通濾波器的濾波特性。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 按圖52所示的要求,完成電路的接線(xiàn)。2. 將“函數(shù)信號(hào)發(fā)生器”的輸出端與全通濾波器電路的輸入端相連，將其輸出端接示波器的Y軸。3. 實(shí)驗(yàn)時(shí)保持信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的幅值不變，每改變它的一個(gè)頻率，觀(guān)測(cè)濾波器輸出信號(hào)的幅值是否于輸入信號(hào)的幅值。4. 參考圖52，自行設(shè)計(jì)一個(gè)全通濾波器電路。該電路滿(mǎn)足輸出信號(hào)的幅值不隨輸入信號(hào)的頻率改變而改變。五、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求以學(xué)生自主訓(xùn)練為主的開(kāi)放模式組織教學(xué) 六、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. TKSS-D型 信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱2. 雙蹤示波器1臺(tái)七、實(shí)驗(yàn)思考題1. 為什么全通濾波器輸出信號(hào)的幅值不隨輸入信

28、號(hào)的頻率改變而改變？ 2. 全通濾波器輸出信號(hào)的相位是否與輸入信號(hào)的相位相等？八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 設(shè)計(jì)全通濾波器的模擬電路圖，并標(biāo)明電路中相關(guān)元件的參數(shù)值。2.根據(jù)全通濾波器的輸入輸出測(cè)量信號(hào)，分析全通通濾波器的特性。實(shí)驗(yàn)六 二階網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)軌跡的分析 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：綜合 實(shí)驗(yàn)要求：必做一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 觀(guān)察與分析二階無(wú)源網(wǎng)絡(luò)與二階有源網(wǎng)絡(luò)在不同值(阻尼比)時(shí)的iL(t)與uc(t) 曲線(xiàn)及其狀態(tài)軌跡。2. 熟悉狀態(tài)軌跡與相應(yīng)時(shí)域響應(yīng)性能之間的關(guān)系。3. 掌握一種同時(shí)觀(guān)察兩個(gè)無(wú)公共接地端電信號(hào)的方法。 二、實(shí)驗(yàn)原理1. 二階無(wú)源實(shí)驗(yàn)電路及有關(guān)分析 實(shí)驗(yàn)電路RW增加時(shí)，阻尼增加。 電路狀態(tài)方

29、程 iL(t)與uc(t)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)(假設(shè)為零狀態(tài)) iL(t)與uc(t)的狀態(tài)軌跡（相軌跡）曲線(xiàn) （趨近零阻尼時(shí)，狀態(tài)軌跡趨近閉合曲線(xiàn)）2 二階有源實(shí)驗(yàn)電路及有關(guān)分析 實(shí)驗(yàn)電路慣性環(huán)節(jié)： 積分環(huán)節(jié)： 系統(tǒng)方框圖與系統(tǒng)函數(shù)系統(tǒng)方框圖： 系統(tǒng)函數(shù)： RW=100K 過(guò)阻尼 RW=40K 臨界阻尼 RW=20K 最佳阻尼 RW=10K 欠阻尼 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 觀(guān)察二階無(wú)源電路中兩個(gè)狀態(tài)變量iL(t)與uc(t)在欠阻尼與過(guò)阻尼兩種情況下的輸出波形（零阻尼在無(wú)源二階實(shí)驗(yàn)電路中只能近似，不能完全實(shí)現(xiàn)）。2. 觀(guān)察二階有源電路中兩個(gè)狀態(tài)變量iL(t)與uc(t)在零阻尼、欠阻尼和過(guò)阻尼三種情況

30、下輸出波形（零阻尼不能完全實(shí)現(xiàn)，只能趨近）。3. 用李沙育圖形觀(guān)察無(wú)源與有源兩個(gè)電路中iL(t)與uc(t)的狀態(tài)軌跡（相軌跡）。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1. 按電路圖組建一個(gè)二階無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，把“函數(shù)信號(hào)發(fā)生器”的輸出端與電路的輸入端相連，當(dāng)“函數(shù)信號(hào)發(fā)生器”輸出一個(gè)低頻的方波信號(hào)時(shí)（信號(hào)頻率宜選擇4HZ），將電路輸出的Va端接虛擬示波器的A1通道，電路輸出的Vb端接虛擬示波器的A2通道，即可通過(guò)虛擬示波器觀(guān)測(cè)二階無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)（相）軌跡。2. 改變電路中電位器Rw的阻值，觀(guān)察狀態(tài)變量iL(t)與uc(t)分別在欠阻尼和過(guò)阻尼兩種情況時(shí)的波形與狀態(tài)軌跡（李沙育圖形）。注意：觀(guān)察二階無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)軌跡時(shí)，

31、虛擬示波器的采樣率選擇5MHZ或10MHZ。3. 按照電路圖組建一個(gè)典型的二階有源網(wǎng)絡(luò)，把“函數(shù)信號(hào)發(fā)生器”的輸出端與電路的輸入端相連，當(dāng)“函數(shù)信號(hào)發(fā)生器”輸出一個(gè)低頻的方波信號(hào)時(shí)（信號(hào)頻率可選擇4HZ），調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的可調(diào)電位器，使輸出電壓幅值為1V，將虛擬示波器的兩個(gè)通道分別接至電路圖中 與 兩點(diǎn)，就可通過(guò)虛擬示波器觀(guān)測(cè)二階有源網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)軌跡。 4. 組建二階有源網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可選擇實(shí)驗(yàn)箱中通用電路二，三單元的第4，6，2，3號(hào)運(yùn)算放大器；觀(guān)察狀態(tài)變量iL(t)與uc(t)的欠阻尼波形與狀態(tài)軌跡時(shí)，電路中的Rx接實(shí)驗(yàn)箱中的47K可調(diào)變阻器；觀(guān)察狀態(tài)變量iL(t)與uc(t) 的過(guò)阻尼波形或

32、狀態(tài)軌跡時(shí)，電路中的Rx接實(shí)驗(yàn)箱中的100K可調(diào)變阻器。注意：觀(guān)察二階有源網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)軌跡時(shí)，虛擬示波器的采樣率選擇1KHZ。 五、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求 采用集中授課形式 六、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. TKSS-D型 信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái) 2. 虛擬示波器1臺(tái) 七、實(shí)驗(yàn)思考題1. 阻尼比與什么元件參數(shù)有關(guān)？試聯(lián)系無(wú)源與有源實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行分析說(shuō)明。2. 阻尼比與超調(diào)量有什么關(guān)系？如何選取值？八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 如實(shí)繪制實(shí)驗(yàn)觀(guān)察到的各種iL(t)、uc(t)曲線(xiàn)與iL(t)uc(t)狀態(tài)軌跡，并予分析。2. 由各種iL(t)、uc(t)曲線(xiàn)曲線(xiàn)，確定相應(yīng)的超調(diào)量與穩(wěn)態(tài)誤差。實(shí)驗(yàn)七 二階網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的模擬實(shí)現(xiàn) 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：綜合 實(shí)驗(yàn)要求：限選 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解二階網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的電路模型。2. 研究網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變化對(duì)其輸出響應(yīng)的影響。3. 用基本運(yùn)算器模擬系統(tǒng)的微分方程和傳遞函數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 微分方程的一般形式為：y(n)+an-1y(n-1)+a0y=x 其中x為激勵(lì)信號(hào)，y為系統(tǒng)的輸