信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

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1、前言“信號與系統(tǒng)”是無線電技術(shù)、自動控制、通信工程、生物醫(yī)學(xué)電子工程、信號圖象處理、空間技術(shù)等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是國內(nèi)各院校相應(yīng)專業(yè)的主干課程。當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢既高度綜合又高度分化，這要求高等院校培養(yǎng)的大學(xué)生，既要有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，又要有嚴(yán)格的工程技術(shù)訓(xùn)練，不斷提高實(shí)驗(yàn)研究能力、分析計(jì)算能力、總結(jié)歸納能力和解決各種實(shí)際問題的能力。21世紀(jì)要求培養(yǎng)“創(chuàng)造型、開發(fā)型、應(yīng)用型”人才，即要求培養(yǎng)智力高、能力強(qiáng)、素質(zhì)好的人才。由于該課程核心的基本概念、基本理論和分析方法都非常重要，而且系統(tǒng)性、

2、理論性很強(qiáng)，為此在學(xué)習(xí)本課程時，開設(shè)必要的實(shí)驗(yàn)，對學(xué)生加深理解深入掌握基本理論和分析方法，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，以及使抽象的概念和理論形象化、具體化，對增強(qiáng)學(xué)習(xí)的興趣有極大的好處，做好本課程的實(shí)驗(yàn)，是學(xué)好本課程的重要教學(xué)輔助環(huán)節(jié)。在做完每個實(shí)驗(yàn)后，請務(wù)必寫出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果、心得和體會等。目錄實(shí)驗(yàn)一、基本運(yùn)算單元……………………………………………………3實(shí)驗(yàn)二、50HZ非正弦周期信號的分解與合成（用同時分析法）………9實(shí)驗(yàn)三、無源和有源濾波器（LPF、HPF、BP

3、F、BEF）…………………13實(shí)驗(yàn)四、二階網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的模擬……………………………………………18實(shí)驗(yàn)五、系統(tǒng)時域響應(yīng)的模擬解…………………………………………22實(shí)驗(yàn)六、二階網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)軌跡的顯示………………………………………26實(shí)驗(yàn)七、信號的采樣與恢復(fù)(采樣定理)…………………………………31附錄1：TKSS-A型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱使用說明書………………………35附錄2：TKSS-B型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱使用說明書………………………39附錄3：TKSS-C型信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱使用說明書………………………44實(shí)驗(yàn)一基本

4、運(yùn)算單元一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉由運(yùn)算放大器為核心元件組成的基本運(yùn)算單元2、掌握基本運(yùn)算單元特性的測試方法二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器1、信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱TKSS-A型或TKSS-B型或TKSS-C型；2、雙蹤示波器。三、實(shí)驗(yàn)原理1、運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器實(shí)際就是高增益直流放大器，當(dāng)它與反饋網(wǎng)絡(luò)連接后，就可實(shí)現(xiàn)對輸入信號的求和、積分、微分、比例放大等多種數(shù)學(xué)運(yùn)算，運(yùn)算放大器因此而得名。運(yùn)算放大器的電路符號如圖1-1所示。由圖可見，它具有兩個輸入端和一個輸出端：當(dāng)信號從“－”端輸入時，輸出信號與輸入信號反相，故“－”端稱

5、為反相輸入端；而從“＋”端輸入時，輸出信號與輸入信號同相，故稱“＋”端為同相輸入端。運(yùn)算放大器有以下的特點(diǎn)：（1）高增益運(yùn)算放大器的電壓放大倍數(shù)用下式表示：　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?－1）式中，u0為運(yùn)放的輸出電壓；u＋為“＋”輸入端對地電壓；u－為“－”輸入端對地電壓。不加反饋（開環(huán)）時，直流電壓放大倍數(shù)高達(dá)104～106。（2）高輸入阻抗運(yùn)算放大器的輸入阻抗一般在106Ω～1011Ω范圍內(nèi)。（3）低輸出阻抗運(yùn)算放大器的輸出阻抗一般為幾十到一、二百歐姆。當(dāng)它工作于深度負(fù)反饋狀態(tài)，則其閉環(huán)

6、輸出阻抗將更小。為使電路的分析簡化起見，人們常把上述的特性理想化，即認(rèn)為運(yùn)算放大器的電壓放大倍數(shù)和輸入阻抗均為無窮大，輸出阻抗為零。據(jù)此得出下面兩個結(jié)論：1）由于輸入阻抗為無窮大，因而運(yùn)放的輸入電流等于零。2）基于運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)為無窮大，輸出電壓為一有限值，由式（1－1）可知，差動輸入電壓（u＋－u－）趨于零值，即2、基本運(yùn)算單元在對系統(tǒng)模擬中，常用的基本運(yùn)算單元有加法器、比例運(yùn)算器、積分器和微分器四種，現(xiàn)簡述如下：（1）加法器圖1-2為加法器的原理電路圖?；谶\(yùn)算放大器的輸入電流為零，則由圖1-2

7、得（1－2）同理得：　　由上式求得：（1－3）因?yàn)椤　∷浴　o=u1+u2+u3(1－4）即運(yùn)算放大器的輸出電壓等于輸入電壓的代數(shù)和。（2）比例運(yùn)算器①反相運(yùn)算器圖1－3為反相運(yùn)算器的電路圖。由于放大器的“＋”端和“－”端均無輸入電流，所以u+＝u-＝0，圖中的A點(diǎn)為“虛地”，于是得　　　　　　　　iF＝ir即　　　　　　　?。?－5）式中,“－”號表示輸出電壓與輸入電壓反相，故稱這種運(yùn)算器為反相運(yùn)算器當(dāng)RF＝Rr時，K=1，式（1－5）變?yōu)閡0=-u1，這就是人們常用的反相器。圖1－3中的電阻RP

8、用來保證外部電路平衡對稱，以補(bǔ)償運(yùn)放本身偏置電流及其溫度漂移的影響，它的取值一般為RP＝Rr//RF。②同相運(yùn)算器這種運(yùn)算器的線路如圖1－4所示。由該電路圖得u-=u+=ui=-由于ir=iF，則有　　　　　　　?。?－6）式中　　。（3）積分器圖1－5為基本積分器的電路圖，由該圖得　　　　　　　　　ir＝uo＝－uc＝－　　　　　　　　　?。?－7）　若令τ＝RC，則上式改寫為　　uo＝－　　　　　　　（1－8）式（1－8）表示積分器的輸