信號(hào)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、信號(hào)與線性系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)1 常用信號(hào)的分類與觀察1、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對于一個(gè)系統(tǒng)特性的研究，其中重要的一個(gè)方面是研究它的輸入輸出關(guān)系，即在一特定輸入信號(hào)下，系統(tǒng)對應(yīng)的輸出響應(yīng)信號(hào)。因而對信號(hào)的研究是對系統(tǒng)研究的出發(fā)點(diǎn)，是對系統(tǒng)特性觀察的基本手段與方法。在本實(shí)驗(yàn)中，將對常用信號(hào)和特性進(jìn)行分析、研究。信號(hào)可以表示為一個(gè)或多個(gè)變量的函數(shù)，在這里僅對一維信號(hào)進(jìn)行研究，自變量為時(shí)間。常用的信號(hào)有：指數(shù)信號(hào)、正弦信號(hào)、指數(shù)衰減正弦信號(hào)、復(fù)指數(shù)信號(hào)、Sa（t）信號(hào)、鐘形信號(hào)、脈沖信號(hào)等。1、 指數(shù)信號(hào)：指數(shù)信號(hào)可表示為。對于不同的a取值，其波形表現(xiàn)為不同的形式，如下圖所示：在JH5004“信號(hào)與系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的

2、信號(hào)產(chǎn)生模塊可產(chǎn)生a<0，t>0的函數(shù)的波形。通過示波器測量輸出信號(hào)波形，測量函數(shù)的a、K參數(shù)。2、 正弦信號(hào)：其表達(dá)式為，其信號(hào)的參數(shù)有：振幅K、角頻率 w、與初始相位。其波形如下圖所示：通過示波器測量輸出信號(hào)測量波形，測量正弦信號(hào)的振幅K、角頻率w參數(shù)。3、 指數(shù)衰減正弦信號(hào)：其表達(dá)式為，其波形如下圖：4、 復(fù)指數(shù)信號(hào)：其表達(dá)式為一個(gè)復(fù)指數(shù)信號(hào)可分解為實(shí)、虛兩部分。其中實(shí)部包含余弦衰減信號(hào)，虛部則為正弦衰減信號(hào)。指數(shù)因子實(shí)部表征了正弦與余弦函數(shù)振幅隨時(shí)間變化的情況。一般，正弦及余弦信號(hào)是衰減振蕩。指數(shù)因子的虛部則表示正弦與余弦信號(hào)的角頻率。對于一個(gè)復(fù)信號(hào)的表示一般通過兩個(gè)信號(hào)聯(lián)

3、合表示：信號(hào)的實(shí)部通常稱之為同相支路；信號(hào)的虛部通常稱之為正交之路。利用復(fù)指數(shù)信號(hào)可使許多運(yùn)算和分析得以簡化。在信號(hào)分析理論中，復(fù)指數(shù)信號(hào)是一種非常重要的基本信號(hào)。5、 Sa（t）信號(hào)：其表達(dá)式為。Sa（t）是一個(gè)偶函數(shù)，t=±，±2，±n時(shí)，函數(shù)值等于零。該函數(shù)在很多應(yīng)用場合具有獨(dú)特的應(yīng)用。其信號(hào)如下圖所示：6、 鐘形信號(hào)（高斯函數(shù)）：其表過式為。其信號(hào)如下圖所示：7、 脈沖信號(hào)：其表達(dá)式為，其中為單位階躍函數(shù)。其信號(hào)如下圖所示：2、 實(shí)驗(yàn)過程設(shè)置信號(hào)產(chǎn)生器的工作模式為11。1、 指數(shù)信號(hào)觀察：通過信號(hào)選擇鍵1，設(shè)置A組輸出為指數(shù)信號(hào)（此時(shí)信號(hào)輸出指示燈為000

4、000）。用示波器測量“信號(hào)A組”的輸出信號(hào)。觀察指數(shù)信號(hào)的波形，并測量分析其對應(yīng)的a、K參數(shù)。2、 正弦信號(hào)觀察： 通過信號(hào)選擇鍵1，設(shè)置A組輸出為正弦信號(hào)（此時(shí)A組信號(hào)輸出指示燈為000101）。用示波器測量“信號(hào)A組”的輸出信號(hào)。在示波器上觀察正弦信號(hào)的波形，并測量分析其對應(yīng)的振幅K、角頻率 w。3、 指數(shù)衰減正弦信號(hào)觀察（正頻率信號(hào)）：通過信號(hào)選擇鍵1、設(shè)置A組輸出為指數(shù)衰減余弦信號(hào)（此時(shí)信號(hào)輸出指示燈為000001），用示波器測量“信號(hào)A組”的輸出信號(hào)。通過信號(hào)選擇鍵2、按1.3節(jié)設(shè)置B組輸出為指數(shù)衰減正弦信號(hào)（此時(shí)信號(hào)輸出指示燈為000010），用示波器測量“信號(hào)B組”的輸出信號(hào)。

5、4、 Sa（t）信號(hào)觀察：通過信號(hào)選擇鍵1，按1.3節(jié)設(shè)置A組輸出為Sa(t)信號(hào)（此時(shí)信號(hào)輸出指示燈為000111），用示波器測量“信號(hào)A組”的輸出信號(hào)。并通過示波器分析信號(hào)的參數(shù)。5、 鐘形信號(hào)（高斯函數(shù)）觀察：通過信號(hào)選擇鍵1，按1.3節(jié)設(shè)置A組輸出為鐘形信號(hào)（此時(shí)信號(hào)輸出指示燈為001000），用示波器測量“信號(hào)A組”的輸出信號(hào)。并通過示波器分析信號(hào)的參數(shù)。6、 脈沖信號(hào)觀察：通過信號(hào)選擇鍵1，按1.3節(jié)設(shè)置A組輸出為正負(fù)脈沖信號(hào)（此時(shí)信號(hào)輸出指示燈為001101），并分析其特點(diǎn)。3、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1、 指數(shù)2.正弦3. 指數(shù)衰減正弦4.1. 復(fù)指數(shù)衰減正弦信號(hào)4.2. 復(fù)指數(shù)衰減正弦信號(hào)

6、5. Sa（t）信號(hào)6. 鐘形信號(hào)（高斯函數(shù)）7. 脈沖信號(hào)4、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與思考1、分析指數(shù)信號(hào)、正弦信號(hào)、指數(shù)衰減正弦信號(hào)、復(fù)指數(shù)信號(hào)、Sa（t）信號(hào)、鐘形信號(hào)、脈沖信號(hào)的特點(diǎn)；答：1）指數(shù)信號(hào)當(dāng)時(shí)，為指數(shù)遞增信號(hào)；當(dāng)時(shí)，為指數(shù)遞減信號(hào)；當(dāng)時(shí)，等于常數(shù)。波形如圖1-4所示2）正弦信號(hào)正弦信號(hào)的表達(dá)式為 （1-2-1）式中：為振幅；為初相角；為角頻率。正弦信號(hào)為周期信號(hào)，其周期。其波形圖如圖1-3所示圖 1-4圖 1-3 3）指數(shù)衰減正弦信號(hào)指數(shù)衰減正弦信號(hào)隨著t的增大f(t)越來越小，呈指數(shù)衰減4）復(fù)指數(shù)信號(hào)一個(gè)復(fù)指數(shù)信號(hào)可分解為實(shí)、虛兩部分。其中實(shí)部包含余弦衰減信號(hào)，虛部則為正弦衰減信

7、號(hào)。指數(shù)因子實(shí)部表征了正弦與余弦函數(shù)振幅隨時(shí)間變化的情況。一般，正弦及余弦信號(hào)是衰減振蕩。指數(shù)因子的虛部則表示正弦與余弦信號(hào)的角頻率。對于一個(gè)復(fù)信號(hào)的表示一般通過兩個(gè)信號(hào)聯(lián)合表示：信號(hào)的實(shí)部通常稱之為同相支路；信號(hào)的虛部通常稱之為正交之路。利用復(fù)指數(shù)信號(hào)可使許多運(yùn)算和分析得以簡化。在信號(hào)分析理論中，復(fù)指數(shù)信號(hào)是一種非常重要的基本信號(hào)。5） Sa（t）信號(hào)：其表達(dá)式為。Sa（t）是一個(gè)偶函數(shù)，t=±，±2，±n時(shí)，函數(shù)值等于零。該函數(shù)在很多應(yīng)用場合具有獨(dú)特的應(yīng)用。其信號(hào)如下圖所示：6） 鐘形信號(hào)（高斯函數(shù)）：其表過式為。其信號(hào)如下圖所示：7） 脈沖信號(hào)：其表達(dá)式為，

8、其中為單位階躍函數(shù)。其信號(hào)如下圖所示：2、 按1.3節(jié)設(shè)置輸出為復(fù)指數(shù)正頻率信號(hào)（A組輸出與B組輸出同時(shí)觀察）與復(fù)指負(fù)頻率信號(hào)（A組輸出與B組輸出同時(shí)觀察），并說明這兩類信號(hào)的特點(diǎn)。答：復(fù)指數(shù)信號(hào)虛部（余弦）（正頻率），復(fù)指數(shù)信號(hào)實(shí)部（正弦）（正頻率），方向相反；復(fù)指數(shù)信號(hào)虛部（余弦）（負(fù)頻率），復(fù)指數(shù)信號(hào)實(shí)部（正弦）（負(fù)頻率），方向相同。3、 寫出測量指數(shù)信號(hào)、正弦信號(hào)、指數(shù)衰減正弦信號(hào)、復(fù)指數(shù)信號(hào)、Sa（t）信號(hào)、鐘形信號(hào)、脈沖信號(hào)的波形參數(shù)；答：指數(shù)信號(hào)K=1.508; a=-3.4784497正弦信號(hào)K=1.7285; w=16.89028; 指數(shù)衰減正弦信號(hào)峰峰值=3.281復(fù)指數(shù)衰

9、減正弦信號(hào)觀察（負(fù)頻率信號(hào)）Sa（t）信號(hào)峰峰值=1.5鐘形信號(hào)E=1.398； =68ms脈沖信號(hào)峰峰值=4.14實(shí)驗(yàn)2 信號(hào)的基本運(yùn)算單元1、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在“信號(hào)與系統(tǒng)”中，最常用的信號(hào)運(yùn)算單元有：減法器、加法器、倍乘器、反相器、積分器、微分器等，通過這些基本運(yùn)算單元可以構(gòu)建十分復(fù)雜的信號(hào)處理系統(tǒng)。因而，基本運(yùn)算單元是“信號(hào)與系統(tǒng)”的基礎(chǔ)。2、 實(shí)驗(yàn)過程在下面實(shí)驗(yàn)中，按1.3節(jié)設(shè)置信號(hào)產(chǎn)生器的工作模式為11。1、 加法器特性觀察：其電路構(gòu)成如下圖所示在該電路中元件參數(shù)的取值為：，其輸出Y與輸入x1、x2的關(guān)系為：通過信號(hào)選擇鍵1使對應(yīng)的 “信號(hào)A組”的輸出為270Hz信號(hào)（A組輸出信號(hào)指示燈

10、為000101），通過信號(hào)選擇鍵2使對應(yīng)的 “信號(hào)B組”的輸出為2160Hz信號(hào)（B組輸出信號(hào)指示燈為000110）。用短路連線器將模擬信號(hào)A、B組的輸出信號(hào)送入加法器的X1、X2輸入端，用示波器觀察輸出端Y的波形。2、 減法器特性觀察：其電路構(gòu)成如下圖所示在該電路中元件參數(shù)的取值為：，其輸出Y與輸入x1、x2的關(guān)系為：通過信號(hào)選擇鍵1使對應(yīng)的“信號(hào)A組”的輸出為全波檢濾信號(hào)（A組輸出信號(hào)指示燈為010000），通過信號(hào)選擇鍵2使對應(yīng)的“信號(hào)B組”為半波檢波信號(hào)（B組輸出信號(hào)指示燈為010001）。用短路連線器將模擬信號(hào)A、B組的輸出信號(hào)送入減法器的X1、X2輸入端，用示波器觀察輸出端Y的波形

11、。3、 倍乘器特性觀察：其電路構(gòu)成如下圖所示在該電路中元件參數(shù)的取值為：，其輸出Y與輸入x的關(guān)系為：通過信號(hào)選擇鍵1使對應(yīng)的 “信號(hào)A組”的輸出信號(hào)為2160Hz的正弦信號(hào)（A組輸出信號(hào)指示燈為000110）。用短路連線器將信號(hào)A組的輸出信號(hào)送入倍乘器的X輸入端，觀察輸出端Y的波形。4、反相器特性觀察：其電路構(gòu)成如下圖所示在該電路中元件參數(shù)的取值為：，其輸出Y與輸入x的關(guān)系為：通過信號(hào)選擇鍵1使對應(yīng)的 “信號(hào)A組”的輸出信號(hào)為2160Hz的正弦信號(hào)（A組輸出信號(hào)指示燈為000110）。用短路連線器將信號(hào)A組的輸出信號(hào)送入反相器的X輸入端，觀察輸出端Y的波形相位與輸入波形的相位關(guān)系。5、積分器特

12、性觀察：其電路構(gòu)成如下圖所示在該電路中元件參數(shù)的取值為：，其輸出Y與輸入x的關(guān)系為：通過信號(hào)選擇鍵1使對應(yīng)的“信號(hào)A組”的輸出為連續(xù)正負(fù)脈沖對信號(hào)（A組輸出信號(hào)指示燈為001101）。用短路連線器將信號(hào)A組的輸出信號(hào)送入積分器的X輸入端，觀察輸出端Y的波形與輸入波形的關(guān)系。6、微分器特性觀察：其電路構(gòu)成如下圖所示在該電路中元件參數(shù)的取值為：，其輸出Y與輸入x的關(guān)系為：通過信號(hào)選擇鍵使對應(yīng)的“信號(hào)A組”的輸出依次為連續(xù)正負(fù)脈沖信號(hào)（A組輸出信號(hào)指示燈為001001）、間隔正負(fù)脈沖信號(hào)（A組輸出信號(hào)指示燈為001101）、正負(fù)指數(shù)衰減沖擊信號(hào)（A組輸出信號(hào)指示燈為001110）、鋸齒信號(hào)（A組輸出

13、信號(hào)指示燈為010010）。用短路連線器將信號(hào)A組的輸出信號(hào)送入微分器的X輸入端，觀察輸出端Y的波形與輸入波形的關(guān)系。3、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)² 加法器 000101 270Hz正弦信號(hào) 000110 2160Hz正弦信號(hào) ² 減法器 010000 全波檢波信號(hào) 010001 半波檢波信號(hào) ² 倍乘器 000110 2160Hz正弦信號(hào) ² 反向器 000110 2160Hz正弦信號(hào) ² 積分器 001101 間隔正負(fù)脈沖信號(hào) ² 微分器 001001 連續(xù)正負(fù)脈沖信號(hào) 001101 間隔正負(fù)脈沖信號(hào) 001110 正負(fù)指數(shù)衰減沖擊串信號(hào) 01

14、0010 鋸齒信號(hào) 1. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及思考常用信號(hào)運(yùn)算單元： 常用運(yùn)算單元的運(yùn)算特點(diǎn)：Ø 加法器：兩個(gè)信號(hào)相加，就是兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間函數(shù)相加，反映在波形上則是將相同時(shí)刻對應(yīng)的函數(shù)值相加。Ø 減法器：兩個(gè)信號(hào)相減，就是兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間函數(shù)相減，反映在波形上則是將相同時(shí)刻對應(yīng)的函數(shù)值相減。Ø 倍乘器：倍乘器是將原始信號(hào)的振幅進(jìn)行一個(gè)常數(shù)的放大Ø 反相器：反相器將原始信號(hào)在相同時(shí)間的振幅反向變換Ø 積分器：對原始時(shí)間函數(shù)進(jìn)行積分，表示積分器的輸出電壓u是與其輸入電壓的積分成正比，但輸出電壓與輸入電壓反相Ø 微分器：對原始時(shí)間函數(shù)進(jìn)行微分，凸顯

15、出邊緣函數(shù)采用基本運(yùn)算單元構(gòu)建：的電路。 實(shí)驗(yàn)三 信號(hào)的合成1、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在“信號(hào)與系統(tǒng)”中，周期性的函數(shù)（波形）可以分解成其基頻分量及其諧波分量（如下圖所示，基頻與諧波的幅度與信號(hào)的特性緊密相關(guān)。從上圖中可以看出，一般周期性的信號(hào)，其諧波幅度隨著諧波次數(shù)的增加相應(yīng)該頻點(diǎn)信號(hào)幅度會(huì)減少。因而，對于一個(gè)周期性的信號(hào)，可以通過一組中心頻率等于該信號(hào)各諧波頻率的帶通濾波器，獲取該周期性信號(hào)在各頻點(diǎn)信號(hào)幅度的大小。同樣，如果按某一特定信號(hào)在其基波及其諧波處的幅度與相位可以合成該信號(hào)。理論上需要諧波點(diǎn)數(shù)為無限，但由于諧波幅度隨著諧波次數(shù)的增加信號(hào)幅度減少，因而只需取一定數(shù)目的諧波數(shù)即可。2、 實(shí)驗(yàn)過程1

16、、 方波信號(hào)的合成：（1） 按下面公式調(diào)整五路信號(hào)的幅度：（2） 逐步加入合成信號(hào)，觀察輸出信號(hào)波形的變化；2、 周期鋸齒信號(hào)的合成：（1） 按下面公式調(diào)整五路信號(hào)的幅度：（2） 逐步加入合成信號(hào)，觀察輸出信號(hào)波形的變化；3、 周期半波信號(hào)合成（不含直流信號(hào)）：（1） 按下面公式調(diào)整五路信號(hào)的幅度：（2） 逐步加入合成信號(hào)，觀察輸出信號(hào)波形的變化；3、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)a) 方波信號(hào)的合成當(dāng)n=1時(shí)：當(dāng)n=3時(shí)：當(dāng)n=5時(shí)：n=1，3時(shí)信號(hào)合成：n=1，3，5時(shí)信號(hào)合成：b) 周期鋸齒信號(hào)的合成：當(dāng)n=1時(shí)：當(dāng)n=2時(shí)：當(dāng)n=3時(shí)：當(dāng)n=4時(shí)：當(dāng)n=5時(shí)：當(dāng)n=1,2時(shí)： 當(dāng)n=1,2,3時(shí)：當(dāng)n=1

17、,2,3,4時(shí)：當(dāng)n=1,2,3,4,5時(shí)：3周期半波信號(hào)的合成當(dāng)n=2時(shí)：當(dāng)n=4時(shí)：當(dāng)n=2,4時(shí)：2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及思考 分析：通常，隨著合成的諧波次數(shù)的增加，方均誤差逐漸減小，可見合成波形與原波形之間的偏差越來越小。一個(gè)波峰時(shí)，表示合成諧波為一次諧波；兩個(gè)波峰時(shí)，表示有至少兩次諧波參與合成；三個(gè)波峰時(shí)，表示至少有三次諧波參與合成。思考：1、 周期性信號(hào)的頻譜特性是什么？特點(diǎn)：1）周期信號(hào)的頻譜是離散的2）每條譜線只出現(xiàn)在基波頻率的整數(shù)倍上，基波頻率是諸分量頻率的公約數(shù)3）各頻率分量的譜線高度表示該諧波的幅值和相位角。工程中常見的周期信號(hào)，其諧波幅值總的趨勢是隨諧波次數(shù)的增高而減小。因

18、此，在頻譜分析中沒有必要取那些階次過高的諧波分量。滿足“狄里赫利”條件即可。2、 合成之后的信號(hào)與期望信號(hào)是否相同，是什么原因造成這些不同？答：不相同。實(shí)驗(yàn)信號(hào)只有三個(gè)諧波信號(hào)，理論信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)即基波二次諧波三次諧波四次諧波疊加N次諧波，因此疊加的波形與理想信號(hào)會(huì)有差異。實(shí)驗(yàn)四 線性時(shí)不變系統(tǒng)1、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容線性時(shí)不變系統(tǒng)具有如下的一些基本特性：1、 疊加性與均勻性：對于給定的系統(tǒng)，和分別代表兩對激勵(lì)與響應(yīng)，則當(dāng)激勵(lì)是時(shí)，則對應(yīng)的響應(yīng)為：。對于線性時(shí)不變系統(tǒng)，如果起始狀態(tài)為零，則系統(tǒng)滿足疊加性與均勻性(齊次性)。2、 時(shí)不變特性：對于時(shí)不變系統(tǒng)，由于系統(tǒng)參數(shù)本身不隨時(shí)間改變，因此，在同樣起始

19、狀態(tài)之下，系統(tǒng)響應(yīng)與激勵(lì)施加于系統(tǒng)的時(shí)刻無關(guān)。即：當(dāng)為一對激勵(lì)與響應(yīng)時(shí)，則當(dāng)也為一對激勵(lì)與響應(yīng)。3、 微分特性：對于線性時(shí)不變系統(tǒng)，當(dāng)為一對激勵(lì)與響應(yīng)時(shí)，則當(dāng)也為一對激勵(lì)與響應(yīng)。4、 因果性：因果系統(tǒng)是指系統(tǒng)在時(shí)刻的響應(yīng)只與和時(shí)刻的輸入有關(guān)。也就是說，激勵(lì)是產(chǎn)生響應(yīng)的原因，響應(yīng)是激勵(lì)引起的后果，這種特性稱為因果性。通常由電阻器、電感線圈、電容器構(gòu)成的實(shí)際物理系統(tǒng)都是因果系統(tǒng)。2、 實(shí)驗(yàn)過程1、 疊加性與均勻性觀察：（1） 按1.3節(jié)設(shè)置信號(hào)產(chǎn)生模塊為模式3。（2） 按1.3節(jié)用按鍵1使對應(yīng)的 “信號(hào)A組”的輸出1-x2信號(hào)（信號(hào)A組的信號(hào)輸出指示燈為001011）；（3） 按1.3節(jié)用按鍵2使

20、使對應(yīng)的“信號(hào)B組”產(chǎn)生正負(fù)鋸齒脈沖串信號(hào)（信號(hào)B組的信號(hào)輸出指示燈為010100）。（4） 用短路線將模擬信號(hào)A、B組的輸出信號(hào)同時(shí)送入JH5004的“線性時(shí)不變系統(tǒng)”的兩個(gè)單元，分別記錄觀察所得到的系統(tǒng)響應(yīng)；（5） 將上述響應(yīng)通過示波器進(jìn)行相加，觀察響應(yīng)相加之后的合成響應(yīng)（如示波器無此功能，或通過JH5004上的基本運(yùn)算單元實(shí)現(xiàn)此功能，方法自擬）；（6） 將模擬信號(hào)A、B組的輸出信號(hào)分別送入加JH5004的“基本運(yùn)算單元”的加法器，將相加之后的信號(hào)送入JH5004的“線性時(shí)不變系統(tǒng)”單元，記錄觀察所得到的系統(tǒng)響應(yīng)；（7） 比較3、4兩步所得到結(jié)果，并對之進(jìn)行分析；2、 時(shí)不變特性觀察：（1

21、） 按1.3節(jié)設(shè)置信號(hào)產(chǎn)生模塊為模式2。（2） 通過信號(hào)選擇鍵1，使對應(yīng)的 “信號(hào)A組”輸出間隔正負(fù)脈沖信號(hào)（信號(hào)A組的信號(hào)輸出指示燈為001001）。（3） 將模擬A組的輸出信號(hào)加到JH5004的“線性時(shí)不變系統(tǒng)”單元，記錄觀察所得到的系統(tǒng)響應(yīng)。觀察不同延時(shí)的輸入沖擊串與輸出信號(hào)延時(shí)的時(shí)間關(guān)系；3、 微分特性觀察：（1） 通過信號(hào)選擇鍵1使 “信號(hào)A組”輸出正負(fù)指數(shù)脈沖信號(hào)（A組信號(hào)輸出指示燈為001110），通過信號(hào)選擇鍵2使“信號(hào)B組”輸出“正負(fù)指數(shù)脈沖積分信號(hào)”（B組信號(hào)輸出指示燈為001111），這個(gè)信號(hào)是前一個(gè)信號(hào)的積分。（2） 將模擬A組的輸出信號(hào)與模擬B組的輸出信號(hào)加到JH50

22、04的“線性時(shí)不變系統(tǒng)”單元的兩個(gè)相同系統(tǒng)上，用示波器分別記錄所得到的系統(tǒng)響應(yīng)，并比較這兩個(gè)響應(yīng)；4、 因果性觀察：（1） 通過信號(hào)選擇鍵1，使對應(yīng)的 “信號(hào)A組”輸出正負(fù)鋸齒信號(hào)（信號(hào)A組的信號(hào)輸出指示燈為010100）。（2） 將模擬A組的輸出信號(hào)加到JH5004的“線性時(shí)不變系統(tǒng)”單元，記錄觀察所得到的系統(tǒng)響應(yīng)。觀察輸入信號(hào)時(shí)刻與對應(yīng)輸出信號(hào)時(shí)刻的相對時(shí)間關(guān)系；3、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（1）加法器疊加性與均勻性的觀察：示波器通道1+2疊加性與均勻性的觀察：分析：二者產(chǎn)生的波形近似相等（3） 時(shí)不變特性的觀察時(shí)不變特性觀察連續(xù)時(shí)不變特性觀察間隔（3）微分特性的觀察A微分特性觀察B微分特性觀察（4 ）

23、因果性的觀察4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及思考 1、 對實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果進(jìn)行分析。答：每一組產(chǎn)生的波形近似相等。2、 利用JH5004的一個(gè)輸出信號(hào)，并結(jié)合以前所學(xué)的基本運(yùn)算模塊的特性，設(shè)計(jì)驗(yàn)一個(gè)證線性時(shí)不變系統(tǒng)的微分特性的實(shí)驗(yàn)方案。B的微分特性觀察：由A求微分得到的實(shí)驗(yàn)圖與直接通過微分器得到的圖像近似相等，故定理得以驗(yàn)證。 實(shí)驗(yàn)5 零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)分析 1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容電路的響應(yīng)一般可分解為零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)。首先先考察一個(gè)實(shí)例：在下圖中由RC組成一電路，電容兩端有起始電壓，激勵(lì)源為。則系統(tǒng)響應(yīng)電容兩端電壓：上式中第一項(xiàng)稱之為零輸入響應(yīng)，與輸人激勵(lì)無關(guān)，零輸入響應(yīng)是以初始電壓值開始，以指數(shù)規(guī)律進(jìn)行衰減

24、。第二項(xiàng)與起始儲(chǔ)能無關(guān)，只與輸入激勵(lì)有關(guān)，被稱為零狀態(tài)響應(yīng)。在不同的輸入信號(hào)下，電路會(huì)表征出不同的響應(yīng)。2、實(shí)驗(yàn)過程1、 系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)特性觀察：（1） 通過信號(hào)選擇鍵選擇信號(hào)發(fā)生器為模式2，對應(yīng)的脈沖信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生周期為35ms的方波信號(hào)。用短路線將脈沖信號(hào)輸出端與“零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)”單元的X1端口相連，用脈沖信號(hào)作同步，觀察輸出信號(hào)的波形。（2） 同上步，將信號(hào)產(chǎn)生模塊中脈沖信號(hào)輸入到X2、X3端口，用脈沖信號(hào)作同步，分別觀察輸出信號(hào)的波形。2、 系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)特性觀察：（1） 通過信號(hào)選擇鍵選擇信號(hào)發(fā)生器為模式2，對應(yīng)的脈沖信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生周期為35ms的方波信號(hào)。用短路線將脈沖

25、信號(hào)輸出端與“零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)”單元的X1端口相連，用脈沖信號(hào)作同步，觀察輸出信號(hào)的波形。（2） 同上步，將信號(hào)產(chǎn)生模塊中脈沖信號(hào)輸入到X2、X3端口，用脈沖信號(hào)作同步，分別觀察輸出信號(hào)的波形。3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與X1端口相連，用脈沖信號(hào)作同步，觀察輸出信號(hào)的波形：Channel1：Channel2：與X2端口相連，用脈沖信號(hào)作同步，觀察輸出信號(hào)的波形：Channel1：Channel2：與X3端口相連，用脈沖信號(hào)作同步，觀察輸出信號(hào)的波形：Channel1：Channel2：4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及思考 1、 敘述如何觀察系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)？答： 在脈沖信號(hào)的低電平期間觀察。2、理論分析相應(yīng)連續(xù)信號(hào)

26、在該電路下的零狀態(tài)，并與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對照比較。答：由 零狀態(tài)響應(yīng)為：得： 其中：根據(jù)所給條件，求得在脈沖信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生周期為35ms的方波信號(hào)的情況下的理論值能與試驗(yàn)結(jié)果較好吻合。實(shí)驗(yàn)六 二節(jié)串聯(lián)、并聯(lián)諧振系統(tǒng)1、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在電路中電容、電感兩類儲(chǔ)能元件可構(gòu)成二階串聯(lián)、并聯(lián)系統(tǒng)，如下圖所示。在無線電技術(shù)中，常利用它們的這一特性構(gòu)成帶通、帶阻等濾波網(wǎng)絡(luò)。二階諧振網(wǎng)絡(luò)是構(gòu)成濾波器的基礎(chǔ)，在實(shí)際電路中使用十分廣泛。并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)物理參數(shù)為：w0是諧振頻率，a是衰減因子，其值愈大表示電路的能量損耗愈大，與之相對應(yīng)品質(zhì)因數(shù)Q愈高表示電路的損耗愈小。并聯(lián)電路的頻響特性為下圖所示：并聯(lián)諧振電路的通帶

27、帶寬為：從上式中可以看出，并聯(lián)諧振電路的通帶帶寬與電路的損耗密切相關(guān)，R越大，通帶越窄；反之通帶越寬。2、 實(shí)驗(yàn)過程1、 串聯(lián)諧振電路頻響特性的觀察：（1） 調(diào)整低頻信號(hào)源產(chǎn)生一正弦輸出信號(hào)，信號(hào)電平為2Vpp，信號(hào)的頻率范圍為0Hz500KHz。（2） 將低頻信號(hào)產(chǎn)生的輸出信號(hào)加到串聯(lián)諧振單元的X輸入端，同時(shí)用示波器測量輸入、輸出信號(hào)的波形；（3） 改變信號(hào)源的輸出頻率，觀察輸出信號(hào)幅度的變化，并將各頻率的幅度記錄下來；（4） 畫出該串聯(lián)電路的頻響特性。（5） 利用二次開發(fā)模塊提供的元件，改變串聯(lián)回路的電阻R2，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果；2、 并聯(lián)諧振電路頻響特性的觀察：（1） 調(diào)整低頻

28、信號(hào)源產(chǎn)生一正弦輸出信號(hào)，信號(hào)電平為2Vpp，信號(hào)的頻率范圍為0Hz500KHz。（2） 將低頻信號(hào)產(chǎn)生的輸出信號(hào)加到并聯(lián)諧振單元的X輸入端，同時(shí)用示波器測量輸入、輸出信的波形；（3） 改變信號(hào)源的輸出頻率，觀察輸出信號(hào)幅度的變化，并將各頻率的幅度記錄下來；（4） 畫出該并聯(lián)電路的頻響特性。（5） 利用二次開發(fā)模塊提供的元件，改變并聯(lián)回路的電阻R2，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果；3、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1、 串聯(lián)諧振頻響特性觀察：電路：電路達(dá)到諧振的條件為： 解得 由： 得 R=1.1320430500頻幅 R()1.13.15.4頻幅串聯(lián)電路的頻響特性：2、 并聯(lián)諧振頻響特性觀察：電路：電路達(dá)到諧振的

29、條件為： 解得 由： 得 R=1.1320430500頻幅 R()1.13.15.4頻幅并聯(lián)電路的頻響特性：4、 實(shí)驗(yàn)分析與思考1、 分析電阻對串聯(lián)諧振電路參數(shù)影響？答：我們組在做串聯(lián)諧振電路時(shí)，與R1分別串聯(lián)了2和4.3的電阻，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，得到：對串聯(lián)諧振電路串聯(lián)電阻并不會(huì)改變幅度。改變電阻對串聯(lián)諧振電路其他參數(shù)的影響為：1） 諧振角頻率與頻率不變；2） 特征阻抗不變；3） 品質(zhì)因數(shù)減??；2、 分析電阻對并聯(lián)諧振電路參數(shù)影響？答：我們組在做并聯(lián)諧振電路時(shí)，給R1前面的x(t)處分別串聯(lián)了2和4.3的電阻，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，得到：對并聯(lián)諧振電路串聯(lián)電阻并不會(huì)改變幅度。改變電阻對并聯(lián)諧振電路其

30、他參數(shù)的影響為：1）諧振角頻率與頻率不變；2）特征阻抗不變；3）品質(zhì)因數(shù)減??；3、 分析串聯(lián)諧振電路與并聯(lián)諧振電路性能上有哪些不同？答：RLC串聯(lián)電路中的感抗與容抗有相互抵消的作用,即 此時(shí)串聯(lián)電路中的電抗為0,電流和電壓同相位,稱謂串聯(lián)諧振。RLC并聯(lián)電路中的感抗與容抗有相互抵消的作用,即 ,此時(shí)并聯(lián)電路中的電抗為0,電流和電壓同相位,稱謂并聯(lián)諧振。串聯(lián)諧振的電流有效值達(dá)到最大,并聯(lián)諧振的電壓有效值達(dá)到最大,串聯(lián)諧振的L和C兩端可能出現(xiàn)高電壓,并聯(lián)諧振L和C兩端肯能出現(xiàn)過電流串聯(lián)諧振電抗電壓為0,并聯(lián)諧振電抗電流為0。實(shí)驗(yàn)七 信號(hào)的抽樣與恢復(fù)（）1、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用抽樣脈沖把一個(gè)連續(xù)信號(hào)變?yōu)殡x

31、散時(shí)間樣值的過程稱為抽樣，抽樣后的信號(hào)稱為脈沖調(diào)幅（PAM）信號(hào)。在滿足抽樣定理的條件下，抽樣信號(hào)保留了原信號(hào)的全部信息，并且從抽樣信號(hào)中可以無失真地恢復(fù)出原始信號(hào)。抽樣定理在通信系統(tǒng)、信息傳輸理論方面占有十分重要的地位。數(shù)字通信系統(tǒng)是以此定理作為理論基礎(chǔ)。抽樣過程是模擬信號(hào)數(shù)字化的第一步，抽樣性能的優(yōu)劣關(guān)系到通信設(shè)備整個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。抽樣定理指出，一個(gè)頻帶受限信號(hào)m(t)，如果它的最高頻率為fh，則可以唯一地由頻率等于或大于2fh的樣值序列所決定。抽樣信號(hào)的時(shí)域與頻域變化過程如下圖所示。2、 實(shí)驗(yàn)過程在JH5004“信號(hào)與系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)箱的中有一“PAM抽樣定理”模塊，該模塊主要由一個(gè)抽樣器與

32、保持電容組成。按1.3節(jié)的方法設(shè)置JH5004信號(hào)產(chǎn)生模塊為模式1，在該模式下在正弦信號(hào)16KHz、32KHZ輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)輸出，同時(shí)在信號(hào)A組產(chǎn)生1KHz信號(hào)，在信號(hào)B組產(chǎn)生125KHZ信號(hào)輸出，以及PAM所需的抽樣時(shí)鐘。1、 采樣沖擊串的測量：在JH5004的“PAM抽樣定理”模塊的D(t)輸入端測量采樣沖擊串，測量采樣信號(hào)的頻率。2、 模擬信號(hào)的加入：用短路線將“信號(hào)A組”輸出1KHz正弦信號(hào)與“PAM抽樣定理”模塊的信號(hào)輸入X端相連。3、 信號(hào)采樣的PAM序列觀察：在“PAM抽樣定理”模塊的輸出端可測量到輸入信號(hào)的采樣序列，用示波器比較采樣序列與原始信號(hào)的關(guān)系、及采樣序列與采樣沖

33、擊串之間的關(guān)系。4、 PAM信號(hào)的恢復(fù)：用短路線將“PAM抽樣定理”模塊輸出端的采樣序列與“無源與有源濾波器” 單元的“八階切比雪夫低通濾波器”的輸入端相連。在濾波器的輸出端可測量出恢復(fù)出的模擬信號(hào)，用示波器比較恢復(fù)出的信號(hào)與原始信號(hào)的關(guān)系與差別。5、 用短路器連接“PAM抽樣定理”模塊的A與C端，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。3、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采樣沖擊串的測量： 輸入信號(hào)的采樣序列： 原始信號(hào)： 恢復(fù)出的模擬信號(hào)： 4、實(shí)驗(yàn)分析與思考1、 在實(shí)驗(yàn)電路中，采樣沖擊串不是理想的沖擊函數(shù)，通過這樣的沖擊序列所采樣的采樣信號(hào)譜的形狀是怎樣的？答：若原信號(hào)為方波或三角波，可用示波器觀察到離散的采樣信 號(hào)，但由于

34、本裝置難以實(shí)現(xiàn)一個(gè)理想的低通濾波器，以及高頻窄脈（即沖激函數(shù)），所以方波或三角波的離散信號(hào)經(jīng)低通濾波器后只能觀測到它的基波分量，無法恢復(fù)原信號(hào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果2和3驗(yàn)證了這一結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示方波采樣后的信號(hào)是一系列諧波的合成，從細(xì)節(jié)圖中可以明顯的看出方波沒有完全恢復(fù)而是轉(zhuǎn)變成一系列諧波的合成波。因?yàn)榉讲ɑ蛘呷遣ǚ纸獬筛道锶~級(jí)數(shù)后存在頻率很高的諧波分量，在本實(shí)驗(yàn)條件下無法還原成原信號(hào)只能是低頻波的合成，還原后圖像是原信號(hào)的大致波形。2、 用短路器連接“PAM抽樣定理”模塊的A與C端，由外部信號(hào)源產(chǎn)生一65KHz的正弦信號(hào)送入“PAM抽樣定理”模塊中，再將采樣序列送入低通濾波器，用示波器測量恢復(fù)出來

35、的信號(hào)是什么？為什么？答：用示波器測量恢復(fù)出來的信號(hào)是原信號(hào)，因?yàn)橥獠啃盘?hào)源產(chǎn)生的正弦信號(hào)頻率大于原信號(hào)頻率的2倍，故該信號(hào)可以無失真的還原。實(shí)驗(yàn)八 一階網(wǎng)絡(luò)特性測量1、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在電路系統(tǒng)中，一階系統(tǒng)是構(gòu)成復(fù)雜系統(tǒng)的基本單元。學(xué)習(xí)一階系統(tǒng)的特點(diǎn)有助于對一般系統(tǒng)特性的了解。一階系統(tǒng)的傳輸函數(shù)一般可以寫成：因果系統(tǒng)是穩(wěn)定的要求：，不失一般性可設(shè)。該系統(tǒng)的頻響特性為：從其頻響函數(shù)中可以看出系統(tǒng)響應(yīng)呈低通方式，其3dB帶寬點(diǎn)。系統(tǒng)的波特圖如下圖：一階低通系統(tǒng)的單位沖擊響應(yīng)與單位階躍響應(yīng)如下圖：2、 實(shí)驗(yàn)過程在JH5004“信號(hào)與系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)箱中有一“一階網(wǎng)絡(luò)”模塊，電路組成如下圖：電路元件取值為：1、

36、 一階網(wǎng)絡(luò)波特圖的測量：（1） 首先用低頻信號(hào)源產(chǎn)生一正弦信號(hào)，輸出信號(hào)幅度為2Vpp。加入到“一階網(wǎng)絡(luò)”模塊的X輸入端。（2） 用示波器測量一階網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)Y(t)。（3） 然后從低頻開始不斷增加信號(hào)源的輸出頻率（1KHz一個(gè)步進(jìn)），并保持其輸出幅度不變，測量相應(yīng)頻點(diǎn)一階網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)，并記錄下輸出信號(hào)的幅度、輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的相位差。以頻率與輸出幅度（可換算成相對0點(diǎn)的相對電平值，其單位為dB）為變量畫出一曲線，同時(shí)以頻率與輸入輸出信號(hào)相位差為變量畫出一曲線。這兩條曲線即為一階網(wǎng)絡(luò)的波特圖。2、 一階網(wǎng)絡(luò)單位階躍響應(yīng)測量：（1） 按1.3節(jié)使JH5004信號(hào)產(chǎn)生模塊處于模式2，在該模式下，脈沖信號(hào)輸出端產(chǎn)生一周期為45ms的方波信號(hào)。（2） 將脈沖信號(hào)加入到“一階網(wǎng)絡(luò)”模塊的X1輸入端。用示波器測量一階網(wǎng)絡(luò)的單位階躍響應(yīng)。3、 用二次開發(fā)模塊的元件，改變一階網(wǎng)絡(luò)的元件參數(shù)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。3、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)頻率為1kHz時(shí)的輸出信號(hào)：頻率為2kHz時(shí)的輸出信號(hào)：頻率為3kHz時(shí)的輸出信號(hào)：頻率為4kHz時(shí)的輸出信號(hào)：頻率為5kHz時(shí)的輸出信號(hào)：頻率為6kHz時(shí)的輸出信號(hào)：一階網(wǎng)絡(luò)單位階躍響應(yīng)：用二次開發(fā)模塊的元件2k電阻，改變一階網(wǎng)絡(luò)的元件參數(shù)：用二次開發(fā)模塊的元件4.3k電阻，改變一階網(wǎng)絡(luò)的元件參數(shù)： 4、