工學(xué)信號與線性系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)書

實(shí)驗(yàn)一零輸入、零狀態(tài)及完全響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^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。掌握用簡單的R-C二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備TKSS-D1三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容連接一個能觀測零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的電路圖（參考圖1-。分別觀測該電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的動態(tài)曲線。四、實(shí)驗(yàn)原理零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的模擬電路如圖1－1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中的開關(guān)K1，那么由回路可得iR+Uc＝E (1)∵i＝CdUc，那么上式改為dtdURC cdt

＝E(2)c對上式取拉式變換得：RCU（S）-RCU（0）+U（S）＝15C C C S 15

15 15 5∴

c

，其中U

(0)5Vc S（RCS1）RCS1

1 1 cS S 1

RC RC--t -U（t）＝151eRC5eRC(3)c .式(3)等號右方的第二項(xiàng)為零輸入響應(yīng)，即由初始條件激勵下的輸出響應(yīng)；第一項(xiàng)為零狀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圖1-2零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)曲線其中：①---零輸入響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)③ 完全響應(yīng)五、實(shí)驗(yàn)步驟零輸入響應(yīng)用短路帽連接K2、K3，使+5V直流電源對電容C充電，當(dāng)充電完畢后，斷開K3連接K4，用示波器觀測Uc（t）的變化。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畢，然后斷開K4連接K3、K1，用示波器觀測15V直流電壓向電容C的充電過程。完全響應(yīng)先連接K4，使電容兩端電壓通過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，用示波器觀測Uc（t）的完全響應(yīng)。六、實(shí)驗(yàn)報告1-1所示R-CUc（t）的表達(dá)式。1)Uc(0)=0，輸入U。i2)Uc(0)=5V，輸入U＝15V。i根據(jù)實(shí)驗(yàn)，分別畫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。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？.實(shí)驗(yàn)二一階系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)與階躍響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜ひ浑A系統(tǒng)的無源和有源模擬電路；2．研究一階系統(tǒng)時間常數(shù)T二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備TKSS-D1三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容無零點(diǎn)時的單位階躍響應(yīng)（無源、有源；有零點(diǎn)時的單位階躍響應(yīng)；四、實(shí)驗(yàn)原理無零點(diǎn)的一階系統(tǒng)無零點(diǎn)一階系統(tǒng)的有源和無源模擬電路圖如圖2－1的(a)和(b)所示。它們的傳遞函數(shù)均為G（S）＝ 10.2S(b)圖2－1無零點(diǎn)一階系統(tǒng)有源、無源電路圖2.有零點(diǎn)的一階系統(tǒng)（│Z│<│P│）圖2－2的(a)和(b)分別為有零點(diǎn)一階系統(tǒng)的有源和無源模擬電路圖，他們的傳遞函數(shù)為：G（S）＝0.1S1S1或(b)圖2－2有零點(diǎn)(│Z│<│P│)一階系統(tǒng)有源、無源電路圖.3）有零點(diǎn)的一階系統(tǒng)（│Z│>│P│）圖2－3的(a)和(b)分別為有零點(diǎn)一階系統(tǒng)的有源和無源模擬電路圖，他們的傳遞函數(shù)為：G（S）＝0.1S1S1（a） （b）圖2－3有零點(diǎn)(│Z│>│P│)一階系統(tǒng)有源、無源電路圖五、實(shí)驗(yàn)步驟1”中相關(guān)的元件組成圖－1(a（頻率特性測試”模塊中相關(guān)的元件組成圖2－1(b)）所示的一階系統(tǒng)模擬電路將“階躍信號發(fā)生器”的輸出調(diào)到“正輸出RP”可調(diào)電位器，使之輸出電壓幅值為1V的時間常數(shù)T。調(diào)節(jié)“函數(shù)信號發(fā)生器”輸出為頻率20Hz1V將“函數(shù)信號發(fā)生器”的輸出端接到電路的輸入端，輸出端接示波器，觀察波形。六、實(shí)驗(yàn)報告根據(jù)測得的一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線，測出其時間常數(shù)；七、實(shí)驗(yàn)思考題試述根據(jù)一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線確定系統(tǒng)的時間常數(shù)T的兩種常用的方法。八、附錄1．無零點(diǎn)的一階系統(tǒng)根據(jù)C(S)

1 ，令R(S)1那么R(S)0.2S1 SC(S)

1S(0.2S1)對上式取拉氏反變換得1tc(t)1e0.2.當(dāng)t0.2時，那么c(0.2)1e10.63263.2T=0.2S2－4圖2-4無零點(diǎn)一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線2．有零點(diǎn)的一階系統(tǒng)(│Z│<│P│)由傳遞函數(shù)G(S)，求得系統(tǒng)單位階躍的輸出C(S)

0.2(S

0.2

0.8S(0.2S1) S S5即C(t)0.20.8e5t系統(tǒng)的幅頻表達(dá)式為：G(jω)0.2 11ω2()5若用dB（分貝）表示,那么L(ω)20lg0.220lg120lg1ω2()5圖2－5和圖2－6分別為系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線和對數(shù)幅頻曲線。圖2-5有零點(diǎn)一階系統(tǒng)(│Z│<│P│)的單位階躍響應(yīng)曲線圖2-6有零點(diǎn)(│Z│<│P│)一階系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性.3．有零點(diǎn)得一階系統(tǒng)（│Z│>│P│）在單位階躍輸入時，系統(tǒng)的輸出為：C(S)0.1S110.9S(S1)SS1即c(t)10.9et系統(tǒng)得幅頻表達(dá)式為：ωG(jω)ω

1(ω)2101()21若用dB（分貝）表示,那么：ωL(ω)20lg1

20lg1()210圖2－7為該系統(tǒng)得單位階躍響應(yīng)。圖2-7有零點(diǎn)一階系統(tǒng)(│Z│>│P│)的單位階躍響應(yīng)曲線.實(shí)驗(yàn)三非正弦周期信號的分解與合成一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠猛瑫r分析法觀測50Hz系數(shù)作比較；觀測基波和其諧波的合成。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備TKSS-D1三、實(shí)驗(yàn)原理它的傅里葉級數(shù)展開式可知，各次諧波的頻率為基波頻率的整數(shù)倍。而非周期信號包含了從零到無窮大的所有頻率成份，每一頻率成份的幅值相對大小是不同的。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電路上。從每一帶通濾波器的輸出端可以用示波器觀察到相應(yīng)頻率的正弦波。本實(shí)驗(yàn)所用的被測信號是50Hz實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)圖3－1

BPF

BPF圖3－1中LPF為低通濾波器可分解出非正弦周期信號的直流分量。 1～ 6為調(diào)諧在基波和各次諧波上的帶通濾波器，加法器用于信號的合成。3．各種不同波形及其傅氏級數(shù)表達(dá)式方波U（t）＝4UmSinωt1Sin3ωt1Sin5ωt1Sin7ωt π 3 5 7 三角波.U（t）＝

8UmSinωt

1Sin3ωt

1 Sin5ωt 9 25 半波U（t）＝2Um1π 1 1 Sinωt Cosωt Cos4ωtπ24 3 15 全波U（t）＝4Um11Cos2ωt1Cos4ωt1Cos6ωtπ23 15 35 矩形波τUm 2Um τπ 1 2τπ 1 3τπ U（t）＝ Sin Cosωt Sin Cos2ωt Sin Cos3ωtT π T 2 T 3 T 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，使其輸出50Hz50Hz成分BPF的輸出幅度為最大。帶通濾波器的輸出分別接至示波器，觀測各次諧波的幅值，并列表記錄。出波形，并記錄。3形，并記錄。50Hz50Hz合成模塊的輸入端，觀測基波及各次諧波的頻率和幅度，并記錄。將50Hz的輸入端，觀測求和器的輸出波形，并記錄。五、實(shí)驗(yàn)報告諧波的波形，畫出其頻譜圖。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。3六、實(shí)驗(yàn)思考題什么樣的周期性函數(shù)沒有直流分量和余弦項(xiàng)；分析理論合成的波形與實(shí)驗(yàn)觀測到的合成波形之間誤差產(chǎn)生的原因。.實(shí)驗(yàn)四線性系統(tǒng)的頻率特性測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆沼玫皖l信號發(fā)生器和示波器測定典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)頻率特性的方法。根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)作出Bode二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備TKSS-D1三、實(shí)驗(yàn)原理圖4-1圖4-1為被測的系統(tǒng)（環(huán)節(jié)，令其輸入信號X）=Xmsit，統(tǒng)（環(huán)節(jié)）由輸出為y(t)＝Xm|G(jω)|sin(ωt+φ(ω))=Ymsin(ωt+φ(ω)) (1)由上式得Ym幅頻特性Xm Xmφ(ω)＝∠G(jω) 相頻特性式中|G(jω)|和φ(ω)都是輸入信號ω的函數(shù)。本實(shí)驗(yàn)采用李沙育圖形法。圖4－2和圖4－3分別為系統(tǒng)（環(huán)節(jié)）的幅頻特性和相頻特性的測試接線圖。圖4－2幅頻特性的測試.圖4－3相頻特性的測試幅頻特性的測試將示波器的X軸停止掃描，低頻信號發(fā)生器的正弦信號同時送到被測系統(tǒng)（環(huán)節(jié)）的輸入端和示波器的Y軸，被測系統(tǒng)（環(huán)節(jié)）的輸出信號接至示波器的Y軸，這樣在示1 2波器的屏幕上顯示出兩條垂直的光線，對應(yīng)于Y軸光線的長度為2Y，對應(yīng)于Y軸光線2 2m 1的長度為2Y。改變信號發(fā)生器輸出信號的頻率ω，就可得到一組2Y/2Y的比值據(jù)此作1m 2m 1m出L（ω）～ω曲線。2.相頻特性的測試令系統(tǒng)（環(huán)節(jié)）的輸入信號為X（t）＝Xmsinωt（2）那么其輸出為 4-3所示。若以t為參變量，那么X(tY(t跡將在示波器的屏幕上形成一條封閉的曲線（通常為橢圓。當(dāng)t＝0時式（3）得于是有

Y(0)Ym

Y（0）＝Y(jié)msinφ2Y(0)Sin-12Xm

（4）同理可得φ(ω)＝Sin-1其中

2X(0)2Xm

（5）2Y(0)為橢圓與Y軸相交點(diǎn)間的長度，2X(0)為橢圓與X軸相交點(diǎn)間的長度。式（4（5）適用于橢圓的長軸在一、三象限；當(dāng)橢圓的長軸在二、四時相位φ的計算公式變?yōu)?/p>

L(ω)＝180o-Sin-1

2Y(0)2Ym.

（6）或

2X（0）2Xm

（7）表一列出了相位超前與遲后時李沙育圖形光點(diǎn)的轉(zhuǎn)向和算式。相 超前角0°～90° 90°～180° 0°～90°φ圖形

遲后90°～180°計算φ＝sin-12Y0算公 2Ym式

φ＝180°-sin-12Y02Ym

φ＝sin-12Y02Ym

φ＝180°-sin-12Y02Ym光點(diǎn)轉(zhuǎn) 順時針 順時針 逆時針 逆時針向四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）測量遲后-超前校正環(huán)節(jié)的頻率特性導(dǎo)求圖4-4特性。圖中R1＝10K，R2＝2K，C1＝1uF，C2＝47uF。用實(shí)驗(yàn)方法測得該環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻和相頻特性曲線。比較。（二）有源二階慣性頻率特性的測量4-5用實(shí)驗(yàn)方法測得該系統(tǒng)的幅頻特性曲線，據(jù)此寫出該環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。.圖4－4遲后超前校正網(wǎng)絡(luò)圖 圖二階系統(tǒng)的方塊圖五、實(shí)驗(yàn)步驟對數(shù)幅頻特性的測試4－4R-C4－2變化范圍。保持信號發(fā)生器的輸出信號幅值為一定值就用示波器測得Y2M/Y1M列表計算L(ω)～ω，上述方法，完全適用二階慣性環(huán)節(jié)幅頻特性的測試。相頻特性的測試4－3將示波器的X漸變化。每改變一次信號的頻率值，在示波器的屏幕上就會顯示一個李沙育圖形。將示YX2X。橢圓的兩頂點(diǎn)在X軸上的提到長度就是2Xω的數(shù)據(jù)。

2X/2X(ω～2環(huán)節(jié)的相位是遲后時，光點(diǎn)按逆時針方向旋轉(zhuǎn)；反之，相位超前時，光點(diǎn)那么按順時針方向旋轉(zhuǎn)。ωY以便能清晰正確地讀出橢圓的2X和2Xm值。O測試時信號ω的取值應(yīng)均勻，否那么會影響被測相頻特性的幅度。ω值如表二所示。.ω(rad/s)T(s)2Xm(格)2Xo(格)實(shí)測φ(ω)理論φ(ω)光點(diǎn)轉(zhuǎn)動方向1.02.04.08.0103050801002003006008001000六、實(shí)驗(yàn)報告內(nèi)容與理論報導(dǎo)結(jié)果作一分析比較。由二階環(huán)節(jié)幅頻特性曲線寫出它的傳遞函數(shù)，并與實(shí)際的傳遞函數(shù)比較之。七、思考題應(yīng)用頻率響應(yīng)法測試系統(tǒng)（環(huán)節(jié)）的傳遞函數(shù)有什么限止條件？為什么在本實(shí)驗(yàn)中只需測得幅頻特性曲線，就可確定被測環(huán)節(jié)（系統(tǒng)）函數(shù)。八、附錄1.遲后-超前校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)圖4-4中的 Z＝R1/C1S R11 R11/C1SR1C1S1Z＝R+1

R2C2S12 2 C2S C2S∴Uc(s)G(s)

Z2

(τ1S11)(τ2S1)

（6）Ur(s) Z1Z2 τ1τ2S2(τ11.式中 τ＝RC，τ＝RC，τ＝RC1 11 2 22 12 12將上式改為G（S）＝(τ1S1)(τ2S1) （7）(T1S1)(T2S1)對比式6（）T·T＝ττ1 2 1 2T+T＝τ+τ+τ1 2 1 2 12由給定的RCRCτ＝0.01s，τ＝0.1s，τ＝0.5s。代入上述二式，1 1 2 2 1 2 12解得 T＝1.65×10-3s，T＝0.60835s。于是得1 2τ1＝T26，這樣式又可改等為T1τ2G（S）＝

(τS2

S1)1

（8）(βτ2

τS1)(1S1)β圖4－6為式（8）對應(yīng)的對數(shù)幅頻和相頻特性曲線的示意圖圖4－6對數(shù)幅頻和相頻特性2.二階系統(tǒng)的模擬電路圖圖4－7二階系統(tǒng)模擬電路.實(shí)驗(yàn)五線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康难芯吭鲆鍷研究時間常數(shù)T二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備TKSS-D1三、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)是研究三階系統(tǒng)的穩(wěn)定性與參數(shù)KT5-1它的閉環(huán)傳遞函數(shù)為圖5－1三階系統(tǒng)方塊圖C(s) KR(s)T3S(T1S1)(T2S1)K系統(tǒng)的特征方程為TTTS3+T(T+T)S2+TS+K＝0 （1）123 3 1 2 31.T＝0.2S，T＝0.1S，T＝0.5S，那么上式改寫為1 2 3S3+15S2+50S+100K＝0應(yīng)用Routh穩(wěn)定判據(jù)，求得該系統(tǒng)的臨界穩(wěn)定增益K＝7.5。這就意味著當(dāng)K>7.5時，系統(tǒng)為不穩(wěn)定，輸出響應(yīng)呈發(fā)散狀態(tài)；K<7.5時，系統(tǒng)穩(wěn)定，輸出響應(yīng)最終能超于某一定值；K＝7.5時，系統(tǒng)的輸出響應(yīng)呈等幅振蕩。K＝7.5，T＝0.2S，T＝0.5ST1 3 2性的影響。由式（1）得0.1TS3+0.5(0.2+T)S2+0.5S+7.5＝0排Routh表：

2 20.1T2

0.5 00.5（0.2+T） 7.5 02.0.25(0.2T2)0.75T20.5(0.2T2)7.5若要系統(tǒng)穩(wěn)定必須滿足T>020.25(0.2+T)-0.75T>0，解得T<0.11s2 2 2即 0<T<0.11s時系統(tǒng)才能穩(wěn)定。2四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟：按＝0.05S和T＝0.5S1 2 3察并記錄該系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。2．T＝0.2S，T＝0.1S，T＝0.5S，觀察并記錄K5、7.5K＝101 2 3下的單位階躍響應(yīng)曲線。3．令＝0.5S，觀察并記錄T0.1S0.05S1 3 2位階躍響應(yīng)曲線。五、實(shí)驗(yàn)報告畫出上述實(shí)驗(yàn)中所得的響應(yīng)曲線和實(shí)驗(yàn)電子模擬電路圖。定性地分析系統(tǒng)的開環(huán)增益K和某一時間常數(shù)T寫出本實(shí)驗(yàn)的心得體會。六、實(shí)驗(yàn)思考題如果系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定，為使它能穩(wěn)定地工作，系統(tǒng)開環(huán)增益應(yīng)取大還是取??？系統(tǒng)中的小慣性環(huán)節(jié)和大慣性環(huán)節(jié)哪一個對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響大？為什么？試解釋在三階系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)輸出為什么會出現(xiàn)削頂?shù)牡确袷?？為什么在本?shí)驗(yàn)中對階躍輸入的穩(wěn)態(tài)誤差為零？七、附錄參考實(shí)驗(yàn)電路.實(shí)驗(yàn)八信號的無失真?zhèn)鬏斠?、?shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庑盘柕臒o失真?zhèn)鬏數(shù)幕驹?；熟悉信號無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特性。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備TKSS-D1三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計一個無源（或有源）的無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)；值和相位（用李沙育圖形法。四、實(shí)驗(yàn)原理信號的無失真?zhèn)鬏斒侵竿ㄟ^系統(tǒng)后輸出信號的波形與輸入信號的波形完全相同,只令輸入信號為X（t）,那么系統(tǒng)的輸出為Y(t)＝kx(t-t)0式中k,t為常量，對上式取付氏變換，那么有0Y（jω）＝kx（jω）e-jω0Y（jω）H（jω）＝ |HeX（jω）|H|＝kk（ω）＝tωt>00 0實(shí)驗(yàn)電路系統(tǒng)圖8－1無失真?zhèn)鬏數(shù)碾娐穲DR=R=20k，C=C=1uF1 2 1 2它的頻率特性為.R2H（jω）＝

U（jω）o ＝

1jωRC22

＝R2 ＝Ki

R1 R

RR2 1五、實(shí)驗(yàn)步驟

1jωRC11

1jωRC22連接一個信號無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的模擬電路，如圖8－1幅值和相位。六、實(shí)驗(yàn)報告畫出信號無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的模擬電路。分析無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如果R1R2、C1C2那么系統(tǒng)的H七、實(shí)驗(yàn)思考題為什么輸出信號波形與輸入信號波形相同？信號的無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)與全通濾波器有何不同？.實(shí)驗(yàn)九無源與有源濾波器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解RC2．分析和對比無源和有源濾波器的濾波特性。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備TKSS-D1三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測試無源和有源LPF測試無源和有源HPF測試無源和有源BPF測試無源和有源BEF四、實(shí)驗(yàn)原理濾波器是對輸入信號的頻率具有選擇性的一個二端口網(wǎng)絡(luò)，它允許某些頻率（常是某個頻率范圍）的信號通過，而其它頻率的信號幅值均要受到衰減或抑制。這些網(wǎng)RLCRC元件構(gòu)成的無源濾波器，也可由RC根據(jù)幅頻特性所表示的通過或阻止信號頻率范圍的不同，濾波器可分為低通濾波器（LPF、高通濾波器HP、帶通濾波器BP、和帶阻濾波器BE）四種。圖9-1別為四種濾波器的實(shí)際幅頻特性的示意圖。圖9-1四種濾波器的幅頻特性.四種濾波器的傳遞函數(shù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)M電路如圖9-2G(S)

R2C2S2

13RCS

G(S)

R2C2S2

12RCS1(b)有源低通濾波器G(S)

R2C2S2

G(S)

R2C2S2R2C2S2

3RCS

R2C2S2

2RCS1(c)無源高通濾波器(d)有源高通濾波器G(S)

RCS

G(S)

2RCSR2C2S2

3RCS

R2C2S2

RCS1(e)無源帶通濾波器(f)有源帶通濾波器G(S)

R2C2S21R2C2S2

4RCS1(g)無源帶阻濾波器(h)有源帶阻濾波器圖9-2四種濾波器的實(shí)驗(yàn)電路.濾波器的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)（jω，又稱為正弦傳遞函數(shù)，它可用下式表示（jω）H（jω）＝o ＝A（ω）i式中A(ω法來測量。五、實(shí)驗(yàn)步驟用掃頻電源和示波器（或交流數(shù)字電壓表特性。接線時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（掃頻電源的使用說明見附錄。測試無源和有源低通濾波器的幅頻特性實(shí)驗(yàn)線路如圖：實(shí)驗(yàn)時，在保持正弦波信號輸出電壓幅值U）不變的情況下，逐漸改變其輸出頻率，i200KHz，測量RC濾波器輸出端的電壓U。0當(dāng)改變信號源頻率時，都應(yīng)觀測一下U是否保持穩(wěn)定，數(shù)據(jù)如有改變應(yīng)及時調(diào)整。i分別測試無源、有源HPF、BPF、BEF注意：對于波濾波器的輸入信號幅度不宜過大，對有源濾波器實(shí)驗(yàn)一般不要超過5V。六、實(shí)驗(yàn)報告率和通頻帶。比較分析各類無源和有源濾器的濾波特性。七、實(shí)驗(yàn)思考題示波器所測濾波器的實(shí)際幅頻特性與理想幅頻特性有何區(qū)別？如果要實(shí)現(xiàn)LPF、HPF、BPF、BEF.實(shí)驗(yàn)十全通濾波器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馊V波器零、極點(diǎn)分布的特點(diǎn)及其模擬電路；了解全通濾波器的特性。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備TKSS-D1三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用、C研究全通濾波器的濾波特性。四、實(shí)驗(yàn)原理如果線性系統(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稱分布，如圖10－111－1的零點(diǎn)極點(diǎn)分布圖能清楚地看到。圖10－1全通濾波器的零、極點(diǎn)分布實(shí)驗(yàn)?zāi)M電路圖10－2全通濾波器的模擬電路由電路得：.UiR

1CS

UiR

R＝UoCS CS（1RCS）URCS

i＝Uo所以G(S)

U(S)1RCSo U(S)RCS1i零、極點(diǎn)分布完全符合全通濾波器的要求，它的幅頻值為1R21R21R2令U=Usinωt,其中U保持定值,改變信號的頻率ω,觀測并測量輸出信號U的幅值U。i im im o 0m五、實(shí)驗(yàn)步驟10－2波器的Y軸。3．六、實(shí)驗(yàn)報告畫出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。七、實(shí)驗(yàn)思考題1．全通濾波器輸出信號的相位是否與輸入信號的相位相等？.實(shí)驗(yàn)十一低通、高通、帶通、帶阻濾波器間的變換一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．熟悉低通、高通、帶通和帶阻濾波器的模擬電路。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備TKSS-D1三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由低通濾波器變換為高通濾波器；由高通濾波器變換為低通濾波器；在一定條件下，由低通和高通濾波器構(gòu)成帶通濾波器；在一定條件下，由低通和高通濾波器構(gòu)成帶阻濾波器；四、實(shí)驗(yàn)原理由于高通濾波器與低通濾波器間有著下列的關(guān)系：H(jω)1H(jω) (1)H L式中H(jω)為高通濾波器的幅頻特性，H(jω)為低通濾波器的幅頻特性。如果已H L知H(jω)(1)求得對應(yīng)的L1

(jω)；反之亦然。H現(xiàn)令H

(jω) (2)L 1RCjω

(jω)1H

1 1RCjω

RCjω1

(3)與式(2)、(3)對應(yīng)于的無源和有源濾波器的模擬電路圖分別如圖11-1和圖11-2所示。圖11-1低通濾波器的模擬電路圖圖11-2高通濾波器的模擬電路圖.帶通濾波器的幅頻特性H(jω)與低通、高通濾波器幅頻特性間的關(guān)系B設(shè)ω為低通濾波器的帶寬頻率，ω

ω，那CL CH

CL CH么由它們可構(gòu)成一個帶通濾波器，它們之間的關(guān)系可用下式表示為H(jω)B

(jω)*L1

(jω)H

0.01jω那么：

(jω)L

1

，H(jω)H

10.01jωH(jω)B

1 0.01jω10.1jω10.01jω對應(yīng)的模擬電路圖如圖11-3所示。圖11-3帶通濾波器的模擬電路圖3．帶阻濾波器的幅頻特性H(jω)與低通、高通濾波器幅頻特性間的關(guān)系B如果低通濾波器的帶寬頻率ωCL

小于高通濾波器的帶寬頻率ωCH

，那么由它們可構(gòu)H(jω)HBS

(jω)L

(jω)H1

成一個帶阻濾波器，它們之間的關(guān)系可用下式表示為：0.01jω那么：

(jω)L

，H10.1jω

(jω)H

10.01jωH(jω)

1

10.02jω0.001(jω)2B 10.1jω10.01jω10.11jω0.001(jω)2對應(yīng)的模擬電路圖如圖11-4所示。圖11-4帶阻濾波器的模擬電路圖五、實(shí)驗(yàn)步驟.把實(shí)驗(yàn)臺上“函數(shù)信號發(fā)生器”的輸出端與圖11-1中的無源（或有源）器LPF1的接線方法，連接圖11-211-311－4生器輸出一個正弦信號且其信號頻率由小到大改變時,用示波器分別觀察、BPF、BEF輸出幅值的變化。六、實(shí)驗(yàn)報告畫出由低通濾波器和高通濾波器構(gòu)成帶通、帶阻濾波器的模擬電路。畫出各種濾波器實(shí)驗(yàn)的頻率特性曲線。七、實(shí)驗(yàn)思考題由LPF、HPF有源濾波器與無源濾波器的頻率特性有何不同？.實(shí)驗(yàn)十二信號的采樣與恢復(fù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娦盘柕牟蓸臃椒ㄅc過程及信號的恢復(fù)。驗(yàn)證采樣定理。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備TKSS-D1三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容研究正弦信號和三角波信號被采樣的過程以及采樣后的離散化信號恢復(fù)為連續(xù)信用采樣定理分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。四、實(shí)驗(yàn)原理離散時間信號可以從離散信號源獲得，也可以從連續(xù)時間信號經(jīng)采樣而獲得。采樣信號f（t）S（t）S（t）是一組周期性窄脈沖。由對采樣信號進(jìn)行傅立葉級數(shù)分析可知，采樣信號的頻譜包括了原連續(xù)信fs2fs3fs···。當(dāng)采樣后的信號是周期性窄脈沖時，平移后的信號頻率的幅度按/x規(guī)律衰減。采樣信號的頻譜是原信號頻譜的周期性延拓，它占有的頻帶要比原信號頻譜寬得多。最高頻率fn部內(nèi)容，即低通濾波器的輸出為恢復(fù)后的原信號。fsFmin=2Bfs2Bfs=（5－10）B實(shí)驗(yàn)中選用fs2B、fs=2B、fs2B三種采樣頻率對連續(xù)信號進(jìn)行采樣，以驗(yàn)證采樣定理要是信號采樣后能不失真的還原，采樣頻率fs必須遠(yuǎn)大于信號頻率中最高頻率的兩倍。.夠高的采樣頻率外，還常采用前置低通濾波器來防止信號頻譜的過寬而造成采樣后信號頻譜的混迭。圖12－1信號的采樣與恢復(fù)原理框圖五、實(shí)驗(yàn)步驟連接一采樣信號（方波）發(fā)生器、采樣器（參考本實(shí)驗(yàn)箱的“信號的采樣與恢復(fù)”實(shí)驗(yàn)單元。在信號采樣與恢復(fù)實(shí)驗(yàn)單元的輸入端輸入一頻率為100Hz左右的正弦信號，然后調(diào)節(jié)方波發(fā)生器的輸出頻率在800Hz恢復(fù)信號。改變輸入信號的頻率，再觀察采樣輸出信號以及通過低通濾波器后的恢復(fù)信號。六、實(shí)驗(yàn)報告繪制原始的連續(xù)信號、采樣后信號以及采樣信號恢復(fù)為原始信號的波形。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并作出評述。.實(shí)驗(yàn)十三調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夥日{(diào)制和解調(diào)的原理；觀察調(diào)制波形；掌握用集成模擬乘法器構(gòu)成調(diào)幅和檢波電路的方法；掌握集成模擬乘法器的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備TKSS-D1三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容幅度調(diào)制與解調(diào)的實(shí)驗(yàn)。四、實(shí)驗(yàn)原理在通信系統(tǒng)中，調(diào)制與解調(diào)是實(shí)現(xiàn)信號傳遞必不可少的重要手段。所謂調(diào)制就是用而從已調(diào)制信號中恢復(fù)出原信號。信號從發(fā)送端到接受端，為了實(shí)現(xiàn)有效可靠和遠(yuǎn)距離傳輸信號，都要用到調(diào)制與解調(diào)技術(shù)。我們知道，所有要傳送的信號都只占據(jù)有限的頻帶，且都位于低頻或較低的頻段內(nèi)。而作為傳輸?shù)耐ǖ溃芸彰骶€，電纜、光纜和自由空間）都有其最合適于傳輸信號的頻率范圍，它們與信號的頻帶相比，一般都位于高頻或很高的頻率范圍上，且實(shí)際信道有用的帶寬范圍通常要遠(yuǎn)寬于信號的帶寬。利用調(diào)制技術(shù)能很好的解決這兩方面的不匹配問題。傅氏變換中的調(diào)制定理是實(shí)現(xiàn)頻譜搬移的理論基礎(chǔ)，形成了正弦波幅度調(diào)制，即一個信號的幅度參量受另一個信號控制的一種調(diào)制方式。只要正弦信號（載波）的頻率在適合信道傳輸?shù)念l率范圍內(nèi)就在信道內(nèi)很好的傳輸