一 概和理論形象化、具體化，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)。通過本實(shí)驗(yàn)課程學(xué)達(dá)到下列目標(biāo)： 等常用和電子儀器的使用方法及測量技術(shù)。 二 主要功能單元介得這個周期信號的重復(fù)變化次數(shù)為N，則其頻率可表示為圖a是數(shù)字頻率計(jì)的組成框圖。被測信號經(jīng)放大整形電路變成計(jì)數(shù)器所需要求的脈沖信號Ⅰ，其頻率與被測信號的頻率相同。時基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時間基準(zhǔn)信號Ⅱ，其高電平續(xù)時間，當(dāng)1s信號來到時，開通，被測脈沖信號通過，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，直到1s信號結(jié)束時關(guān)閉，停止技術(shù)。若在時間1s內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個數(shù)為N，則被測信號頻率。邏輯控制電路的作用有兩個：一個是產(chǎn)生鎖存脈沖Ⅳ，使顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定；二是產(chǎn)生清“0”脈沖Ⅴ，使計(jì)數(shù)器每次測量從零開始計(jì)數(shù)。a各信號之間的時序關(guān)系如圖b圖b字頻率計(jì)單元開關(guān)K2可撥向Inner端與Outer端，即內(nèi)測端與外測端，將數(shù)字頻率記單元開關(guān)K2撥向Outer端，此時需外接外電路產(chǎn)生信號，并將該信號送入數(shù)字頻率計(jì)單元２．?dāng)?shù)字電壓表ICL7107。它包含K3置AC處時，電壓表測量信號的交流分量，在交流信號送入ICL7107之前，必須將信號經(jīng)過全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號，經(jīng)ICL7107處理后驅(qū)動LED數(shù)碼管數(shù)字顯示電壓有效值。數(shù)碼管采用共陽接法，電位計(jì)用于調(diào)節(jié)ICL7107內(nèi)部參考電壓，出廠前經(jīng)過校驗(yàn)，無需調(diào)ACDC處，選擇交流IN，觀量程：A2VB:20VC:200V３．同步信號源該實(shí)驗(yàn)單元采用4060對晶振進(jìn)行分頻產(chǎn)生不同頻率波形，所以其產(chǎn)生的不同頻率波1KHz、2KHz、8KHz、16KHz輸出端：分別對應(yīng)相應(yīng)頻率的信號輸出2KSin：為2K正弦波輸出端，其幅度由電位器2KSinGain1KTri：為1K三角波輸出端，其幅度由電位器1KTRIGain32KSin：為32K128KSin：為128K實(shí)驗(yàn)一階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 一3000XH-1實(shí)驗(yàn)?zāi)?一雙蹤示波器或虛擬示波 一連接 若①當(dāng)電阻時，稱過阻尼狀態(tài)②當(dāng)電阻時，稱臨界阻尼狀態(tài)③當(dāng)電阻時，稱欠阻尼狀態(tài)了便于用示波器觀察響應(yīng)波形，實(shí)驗(yàn)中用周期代替階躍信號，而用周期通過微分電路后得到的尖脈沖代替沖激信號，沖激脈沖的占空比可通過電位器W103調(diào)節(jié)。

1-1熟悉階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)的工作原理。接好電源線，將3000XH-1實(shí)驗(yàn)?zāi)K固定于信號①K1ONW102，使電路分別工作在欠阻尼、臨界阻尼和過阻尼狀態(tài)，用示波①將開關(guān)置于OFF，對應(yīng)沖激響應(yīng)電路。將信號源單元產(chǎn)生的f0＝1KHz信號送入激勵信號輸入點(diǎn)IMPULSE_IN。②用示波器觀察STEP_IN測試點(diǎn)信號經(jīng)微分后的響應(yīng)波形（等效為沖激激勵③調(diào)節(jié)電位計(jì)W102，使電路分別工作在欠阻尼、臨界阻尼和過阻尼狀態(tài)，用示試分析周期經(jīng)微分電路后形成的沖激信號經(jīng)7404緩沖輸出的原因；若不加緩沖A、周期T、脈寬T1以及微分電路的τ值。實(shí)驗(yàn) 零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 一3000XH-1實(shí)驗(yàn)?zāi)?一雙蹤示波器或虛擬示波 一連接 若RC組成一階RC系統(tǒng)，電容兩端有起始電壓Vc(0-)，激勵源為e(t)。R+e

_

2-1RC 是以觀察，用周期作為激勵信號，并且使RC電路的時間常數(shù)略小于信號的半周期2-2W101觀察響應(yīng)波形。W101實(shí)驗(yàn)三信號的抽樣與恢復(fù)信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 一3000XH-5實(shí)驗(yàn)?zāi)?一雙蹤示波器或虛擬示波 一連接 若抽樣定理：一個頻帶受限信號m(t)，如果它的最高頻率為fh，則可以唯一的由頻率等于或大于2fh的樣值序列所決定。抽樣信號的時域與頻域變化過程如圖3-1所示：tω3-13-2、3-3原信 恢復(fù)后的信3-23-3熟悉信號的抽樣與恢復(fù)的工作原理。接好電源線，將3000XH-5實(shí)驗(yàn)?zāi)K固定于信號將同步信號源單元產(chǎn)生的VPP＝2Vf0＝1KHz的正弦波和f0＝2KHz的分別送入待形并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄下來（實(shí)驗(yàn)中低通濾波器的截止頻率fC＝1KHz）。改變抽樣脈沖信號的頻率，分別將f0＝8KHz、16KHz的送入抽樣脈沖信號輸入點(diǎn)將同步信號源單元產(chǎn)生的VPP＝2V、f0＝1KHz的三角波作為待抽樣信號送入S_IN，重號經(jīng)頻率 的周期脈沖抽樣后，若希望通過低通濾波器后的信號失真較小，則抽樣頻實(shí)驗(yàn)四信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 一3000XH-5實(shí)驗(yàn)?zāi)?一雙蹤示波器或虛擬示波 一連接 若式中，為與 的幅度有系數(shù)倍的變化，而且有時間的滯后，但整個波形的形狀不變，舉例示意于圖4-1。4-1即 ，如圖4-2所示。圖4-上不一定為單位1，位置上也不一定位于處。因此，式(4-3)從時域給出了無失真?zhèn)鬏? 不等于常數(shù)時所引起的失真稱為振幅失真。振幅失真的原因在于系統(tǒng)對激當(dāng) 時所產(chǎn)生的失真稱為相位失真。不難想像，盡管信號所有頻率分量的幅等各的一致波置，也將引起信號的失真。3000XH-5實(shí)驗(yàn)?zāi)K固定于信號系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)將頻率為8K接入到實(shí)驗(yàn)?zāi)K的輸入端，用示波器的兩個探頭觀察，一個接入到輸器“失真調(diào)節(jié)”，可調(diào)節(jié)到輸出與輸入信號的形狀一致。繪制各種輸入信號失真條件下的輸入輸出信號（至少三種繪制各種輸入信號無失真條件下的輸入輸出信號（至少三種實(shí)驗(yàn) 信號的分解與合信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 一3000XH-2實(shí)驗(yàn)?zāi)?一雙蹤示波器或虛擬示波 一連接 若好的有源帶通濾波器作為選頻網(wǎng)絡(luò)。對周期信號波形分解的方案框圖如圖5-1所示。5-1展開式為；三角波信號 開式 鋸齒波信號的級數(shù)展式為其中為信號的角頻率。將被測的信號加到分別調(diào)諧于其基波和各次諧波頻率的一系列有源帶通濾波1KHz、2KHz、3KHz、4KHz5KHz，因而能從各有源帶下奇次諧波中一、三、五次諧波的幅度比應(yīng)為1：1/3：1/5。但實(shí)際上因輸入的占空比較難控制在50%，且可能有少量失真以及濾波器本身濾波特性的局限性都會5-2路原理圖分別如圖5-3、5-4所示。5-25-35-4實(shí)驗(yàn)中，將f0＝1KHz的信號進(jìn)行分解，得到信號的基波、二次諧波、三次諧波、四次用示波器分別觀察一次諧波信號輸出點(diǎn)BaseHarmOUT、二次諧波信號輸出點(diǎn)SecHarmOUT、三次諧波信號輸出點(diǎn)ThrHarmOUT、四次諧波信號輸出點(diǎn)FouHarmOUT和FifHarmOUT的波形，觀察各次諧波之間的幅度對應(yīng)關(guān)系是否滿足將分解所得到的基波、三次諧波和五次諧波分量分別送入加法器信號輸入端Harm1、Harm2和Harm3，用示波器觀察加法器SQU_OUT的輸出波形，并記錄所得的波形，如圖5-5所示。5-5方法一：（選做）基波與標(biāo)準(zhǔn)同頻同相信號相位比較（相位測量法將1K送入信號的分解與合成模塊的分解輸入點(diǎn)，得到基波。將f0＝1KHz的正弦增益不為1時，即X軸和Y軸信號幅度不一致時，在ф＝900時其圖形并不為圓，而是橢圓，但是垂直橢圓，與00<ф<900時的橢圓并不相同）。當(dāng)兩信號相位差為00時，圖形為一條直線；當(dāng)兩信號相位差為900時，圖形為一個圓；當(dāng)兩信號相位差為00<ф<900時，圖形為橢圓，如圖5-6所示。00<ф<900方法二：基波與各高次諧波相位比較（頻率測試法入Y軸，示波器采用X-Y方式顯示，觀察圖形。當(dāng)基波與三次諧波相位差為00（即過零點(diǎn)重合 時，圖形分別如5-7 0°圖5-6基波與標(biāo)準(zhǔn)同頻同相信號相位關(guān)系的圖 0°圖5-7基波與各高次諧波相位關(guān)系 確定頻率比，即3：1，可用同樣的方法觀察五次諧波與基波的相移和頻移。BaseHarmOUT：信號的分解一次諧波輸出點(diǎn)（1KHz正弦波信號輸出點(diǎn)）。SecHarmOUT：信號的分解二次諧波輸出點(diǎn)（2KHz正弦波信號輸出點(diǎn)）。ThrHarmOUT：信號的分解三次諧波輸出點(diǎn)（3KHz正弦波信號輸出點(diǎn)）。FouHarmOUT：信號的分解四次諧波輸出點(diǎn)（4KHz正弦波信號輸出點(diǎn)）。FifHarmOUT：信號的分解五次諧波輸出點(diǎn)（5KHz正弦波信號輸出點(diǎn)）。頻率f0、品質(zhì)因數(shù)Q等電路參數(shù)。實(shí)驗(yàn)六信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 一3000XH-2實(shí)驗(yàn)?zāi)?一雙蹤示波器或虛擬示波 一連接 若6-16-1W106、W107、W108可分別改變?nèi)氛也ㄐ盘柕囊葡嘟嵌?，此移相電路具有較大的移相范圍（約為0～π。3000XH-23000XH-2實(shí)驗(yàn)?zāi)K固BaseHarmOUT1K_IN（相位對波形合成的影響部分），X－Y工作沙育圖形，調(diào)節(jié)電位計(jì)W106，改變移相角度，觀察圖形的變化，圖形如圖6-2所示。 圖6-2圖

0°當(dāng)兩信號相位差為00時，圖形為一條直線；當(dāng)兩信號相位差為900時，圖形為一個圓；當(dāng)兩信號相位差為00<ф<900時，圖形為橢圓。00<ф<900時：1K_OUTCH2W106，觀察并計(jì)算相位差。移相波形如圖6-3所示。u該由ac:360o＝ab:推導(dǎo)而得

2y6-3將1KHz信號送入信號的分解與合成輸入點(diǎn)SQU1K_IN，連接BaseHarmOUTHarm3、5K_OUT與Harm5，按級數(shù)的幅度和相位關(guān)系將合成調(diào)整好W106、W107、W108BaseHarmOUT：信號的分解一次諧波輸出點(diǎn)（1KHz正弦波信號輸出點(diǎn)）。SecHarmOUT：信號的分解二次諧波輸出點(diǎn)（2KHz正弦波信號輸出點(diǎn)）。ThrHarmOUT：信號的分解三次諧波輸出點(diǎn)（3KHz正弦波信號輸出點(diǎn)）。FouHarmOUT：信號的分解四次諧波輸出點(diǎn)（4KHz正弦波信號輸出點(diǎn)）。FifHarmOUT：信號的分解五次諧波輸出點(diǎn)（5KHz正弦波信號輸出點(diǎn)）。實(shí)驗(yàn)七信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 一3000XH-4實(shí)驗(yàn)?zāi)?一 一雙蹤示波器或虛擬示波 一連接 若7-1A（s）是濾波電路的電壓傳遞函數(shù)，一般為復(fù)數(shù)。對于頻率來說（s＝j(luò)ω）這里為傳遞函數(shù)的模 為其相位角此外，在濾波電路中關(guān)心的另一個量是時延τ（ω，

（式7-低通濾波電路的幅頻響應(yīng)如圖7-2（a）所示，圖中A0表示低頻增益A增益的幅值。完全衰減，因此其帶寬BW＝ωH。高通濾波電路的幅頻響應(yīng)如圖7-2（b）所示，由圖可知，在0<ω<ωL范圍內(nèi)的頻率為阻帶，高于ωLBW＝器7-2（c）所示，圖中ωL為低邊截止角頻率，ωH為高邊截止角頻率，ω0為中心角頻率。由圖可知，它有兩個阻帶：0<ω<ωL和ω>ωH，因此帶寬BW帶阻濾波電路的幅頻響應(yīng)如圖7-2（d）所示，由圖可知，它有兩個通帶：在和ω>ωL，和一個阻帶：ωH<ω<ωL。因此它的功能是衰減ωL到ωH電路相似，由于受有源器件帶寬的影響，通帶ω>ωL O A

A

7-2

(b)高通濾波電路(c)帶通濾波電路 (d)帶阻濾波電路7-7-3本實(shí)驗(yàn)使用DDS任意波形信號發(fā)生器模塊和3000XH-4實(shí)驗(yàn)?zāi)K中的二階無源濾波器部3000XH-4實(shí)驗(yàn)?zāi)K固定于信號系統(tǒng)掃頻源法觀察濾波器的幅頻特性（選做DDS任意波形信號發(fā)生器輸出的適宜的掃頻信號送入二階無源低通濾波器信號輸入點(diǎn)LP_IN，用示波器觀察輸出點(diǎn)LP_OUT的響應(yīng)波形。DDSLP_IN，用改變輸入正弦波信號的頻率（保持信號幅度不變），重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟①研究各濾波器對信號或其它非正弦波信號輸入的響應(yīng)（實(shí)驗(yàn)步驟自擬）實(shí)驗(yàn) 二階有源濾波信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 一3000XH-4實(shí)驗(yàn)?zāi)?一 一雙蹤示波器或虛擬示波 一連接 若60年代以來，集成運(yùn)放獲得了迅速發(fā)展，由它和R、C組成的有源濾波電路，具有不有源低通濾波電路8-1?RRR＋—8-1而與的關(guān)系8-1、8-3

（式8-（式8-（式8-（式8-令（式8-5） 令則 （式8-式8-7為二階低通濾波器電路傳遞函數(shù)的典型表達(dá)式。其中為特征角頻率，而Q則為等效品質(zhì)因數(shù)式17-4表明，電路才能穩(wěn)定工作當(dāng)用代入式8-7，可得幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)表達(dá)式，分別（式8-（式8-式8-8表明，當(dāng) 時，；當(dāng) 時，。顯然，這是低通濾波電路的特性。由式8-8可畫出不同Q值下的幅頻響應(yīng)，如圖8-2（a）所示。由圖可見，當(dāng)Q＝0.707時，幅頻響應(yīng)較平坦，而當(dāng)Q<0.707時，將出現(xiàn)峰值，當(dāng)Q=0.707?時和情況下 ?8-2高通濾波電路如果將二階壓控電壓源低通電路中的R和C的位置互換，就可得到二階壓控電壓源高 之比。對于圖8-3來說，當(dāng) ，電容C可視為短路，有VI＝VP，即通帶電壓增益Ao等于同相比例放大電路的電壓增益AVF，因此有。 ＋f8-3（式8- （式8-（式8-8-128-12s用s＝j(luò)ω（式8-即有 （式8-式8-148-48-4由圖可見，二階高通濾波電路和低通濾波電路的幅頻特性具有對偶（鏡像）如為對稱軸，二階高通濾波電路的 （當(dāng) 時）隨升高而增大而二階低通濾波電路 （當(dāng)時）隨ω升高而減小。二階高通濾波 （如）時，其幅頻響應(yīng)應(yīng)以40dB/十倍頻的斜率上升。由式8-10知，只有當(dāng)時，電路才能穩(wěn)定工作。帶通濾波電路將圖8-5（b）所示帶通濾波電路的幅頻響應(yīng)與高通、低通濾波電路的幅頻響應(yīng)進(jìn)行比濾波電路的截止角頻率ωH大于高通濾波電路的截止角頻率ωL，兩者覆蓋的通帶就提供了一 AOωAOωAOωAO ω) （8-15）＋Rf8-6式中為同相比例放大電路的電壓增益，同樣要求 ，，（式8-16）則 （式8-式8-17為二階帶通濾波電路傳遞函數(shù)的典型表達(dá)式，其中，即是特征角頻令s＝j(luò)ω代入式8-17（式8-式8-18表明，當(dāng)時，圖17-6所示電路具有最大電壓增益，8-18，不難求出其幅頻響應(yīng)，如圖8-7所示，Q值越高，通帶越窄。8-7當(dāng)式8-18分母虛部的絕對值為1時有因此利用。讓該頻段以外的所有信號通過。這種濾波電路也叫陷波電路，經(jīng)常用于電子系統(tǒng)。另案，即雙T帶阻濾波電路。①T8-8（a）所示。利用星行-三角形變換原理，可以將圖8-8（a）所示雙T網(wǎng)絡(luò)簡化為圖8- （式8-或（（式8- 8-8T（時式中。由式8-20可知，當(dāng) （時（ 時 （式8-根據(jù)式8-22可畫出雙T網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)，如圖8-9所示。由圖可知，當(dāng)時，幅頻響應(yīng)的幅值等于零。這點(diǎn)從物理概念上也可以得到解釋。聯(lián)系圖8-8（a）可看出，在低頻段由于2C的容抗非常大所以輸入信號經(jīng)過兩個電阻R直接傳到輸出端有而在高頻段，由于C的容抗非常小，信號通過兩個串聯(lián)的電容C傳輸，同樣有， 幾乎為零，且相頻特性呈現(xiàn)± 式1018-9T＋8-10＋8-10T或（式8-式 Q將隨之升高。當(dāng)AVF趨近2時，Q趨向無窮大。因此，AVF愈接近 ab8-11（c、8-11（d）所示。8-11本實(shí)驗(yàn)使用DDS任意波形信號發(fā)生器模塊和3000XH-4實(shí)驗(yàn)?zāi)K中的二階有源濾波器部3000XH-4實(shí)驗(yàn)?zāi)K固定于信號系統(tǒng)DDS任意波形信號發(fā)生器輸出的適宜掃頻信號送入二階有源低通濾波器信號輸入點(diǎn)SLP_IN，用示波器觀察輸出點(diǎn)SLP_OUT的響應(yīng)波形。將DDS任意波形信號發(fā)生器產(chǎn)生的頻率正弦波送入低通濾波器的信號輸入端改變輸入正弦波信號的頻率（保持信號幅度不變），重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟①研究各濾波器對信號或其它非正弦波信號