信號與系統(tǒng)實驗指導書

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1、目錄實驗一零輸入與零狀態(tài)響應……………………2實驗二信號的分解與合成………………………4實驗三信號的采樣與恢復………………………8實驗四無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)…………………………12附錄一數(shù)字示波器的使用………………………15-12-實驗一零輸入響應和零狀態(tài)響應一、實驗目的1、掌握電路的零輸入響應。2、掌握電路的零狀態(tài)響應。3、學會電路的零狀態(tài)響應與零輸入響應的觀察方法。二、實驗內(nèi)容1、觀察零輸入響應的過程。2、觀察零狀態(tài)響應的過程。三、實驗儀器1、信號與系統(tǒng)實驗箱一臺（主板）。2、系統(tǒng)時域與頻域分析模塊一塊。3、數(shù)字示波器一臺。4、函數(shù)信號發(fā)生器一臺。5、電源一臺。四、

2、實驗原理1、零輸入響應與零狀態(tài)響應：零輸入響應：沒有外加激勵的作用，只有起始狀態(tài)（起始時刻系統(tǒng)儲能）所產(chǎn)生的響應。零狀態(tài)響應：起始狀態(tài)等于零,只有外加輸入的作用下，所產(chǎn)生的響應。2、典型電路分析：電路如上圖所示：假設輸入為方波時，分為兩種情況。當方波為高電平時，電容C3充電，輸出由零電平漸變?yōu)楦唠娖?，此時的輸出只與輸入有關，即為零狀態(tài)響應。當方波為低電平時，電容C3通過電阻R5，R4（或R6，R4）放電，輸出由高電平漸變?yōu)榱汶娖?。五、實驗步驟1、把系統(tǒng)時域與頻域分析模塊插在主板上，接±12V兩組電源！2、系統(tǒng)的零輸入響應和零狀態(tài)響應特性觀察-12-（1）按下此模塊

3、上的電源開關S1，將K1向上撥，此時燈會亮?。ū硎倦娫唇尤胝_）從函數(shù)信號發(fā)生器輸出一個f=5KHZ，峰峰值為1V的方波信號，通過導線引入到“零輸入零狀態(tài)響應”的輸入端。（2）用示波器的兩個探頭，一個觀察輸入信號，一個觀察輸出信號，當脈沖進入低電平階段時，相當于此時激勵去掉，此時的響應即為零輸入響應；當脈沖進入高電平時，所觀察到的是系統(tǒng)的零狀態(tài)響應。在不同的坐標系中分別記錄輸入和輸出的波形，用示波器測量它們的幅度及頻率。注意：將兩個坐標中的時間軸對齊！（3）改變電路參數(shù)，觀察其系統(tǒng)響應。將K1向下?lián)?，電路的參?shù)會發(fā)生改變。記錄輸入和輸出的波形，用示波器測量它們的幅

4、度及頻率。（注意：將兩個坐標中的時間軸對齊?。┎⑴c步驟（2）得出的輸出波形進行對比。（4）改變輸入，觀察系統(tǒng)響應。開關K1向上撥，保持信號源頻率、幅度不變，將A路脈寬設置為Tw=0.03ms，記錄輸入和輸出的波形，用示波器測量它們的幅度及頻率。（注意：將兩個坐標中的時間軸對齊?。┎⑴c步驟（2）、（3）得出的輸入、輸出波形進行對比。六、實驗報告1、用坐標紙依次繪出實驗過程中的所有波形，標明其參數(shù)。2、在輸出波形中，標明零狀態(tài)響應和零輸入響應。3、將（2）、（3）、（4）步驟中的輸出波形進行對比，并說明產(chǎn)生變化的原因。（選做）七、實驗思考題圖2-1-1所示電路中，根據(jù)

5、實驗提供的實驗元件，計算系統(tǒng)的零狀態(tài)和零輸入過程。八、實驗測試點的說明1、測試點分別為：“輸入”J1（孔和測試鉤）：信號的輸入端。“輸出”：信號的輸出端?！癎ND”：與實驗箱的地相連。-12-實驗二信號分解與合成一、實驗目的1、觀察電信號的分解。2、了解帶通濾波器的有關特性測試方法。3、觀測基波和其各次諧波的合成。二、實驗內(nèi)容1、觀察信號分解的過程及信號中所包含的各次諧波。2、觀察由各次諧波合成的信號。三、預備知識1、課前務必認真閱讀教材中周期信號傅里葉級數(shù)的分解以及如何將各次諧波進行疊加等相關內(nèi)容。四、實驗儀器1、信號與系統(tǒng)實驗箱一臺（主板）。2、電信號分解與合

6、成模塊一塊。1、數(shù)字示波器一臺。4、函數(shù)信號發(fā)生器一臺。5、電源一臺。五、實驗原理任何電信號都是由各種不同頻率、幅度和初相的正弦波迭加而成的。對周期信號由它的傅里葉級數(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，但其相對大小是不同的。通過一個選頻網(wǎng)絡可以將電信號中所包含的某一頻率成份提取出來。本實驗采用性能較佳的有源帶通濾波器作為選頻網(wǎng)絡，因此對周期信號波形分解的實驗方案如圖2-1所示。將被測方波信號加到分別調(diào)諧于其基波和各次奇諧波頻率的一系列有源帶通濾波器電路上。從每一有源帶通濾波器的輸出

7、端可以用示波器觀察到相應頻率的正弦波。本實驗所用的被測信號是左右的周期信號，而用作選頻網(wǎng)絡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該無輸出信號，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為1：（1/3）：（1/5）：（1/7）：（1/9）。但實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使得偶次諧波分量不能達到理想零的情況。-12-BPF-BPF-BPF-BPF-BPF

8、-圖2-1