最新信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書北京化工大學(xué)信息工程系目 錄MULTISM仿真實(shí)驗(yàn)部分2實(shí)驗(yàn)一 RCL濾波電路頻率響應(yīng)特性分析2實(shí)驗(yàn)二 常見信號的產(chǎn)生，傅立葉分析和綜合12實(shí)驗(yàn)三 采樣和濾波16實(shí)驗(yàn)四 調(diào)幅解調(diào)20硬件實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)部分26實(shí)驗(yàn)箱整體布局圖26實(shí)驗(yàn)五 信號的分解與合成27實(shí)驗(yàn)六 信號的抽樣與恢復(fù)31MULTISM仿真實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)一 RCL濾波電路頻率響應(yīng)分析一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^學(xué)習(xí)簡易教程和實(shí)際制作分析RCL濾波電路，熟悉MULTISIM 2001界面和基本操作。二 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)習(xí)MULTISIM 2001 基本界面和電路界面設(shè)計(jì)。圖11 RCL濾波電路下面以RCL濾波器電路為例，簡略介紹MULTI

2、SIM 2001仿真過程。其中包括電路窗口的設(shè)置，元器件的調(diào)用，電路的連接，虛擬儀表的使用和電路分析方法等內(nèi)容。電路如圖11所示 圖12 波特圖儀的圖標(biāo)和面板圖中右上是波特圖儀（BODE PLOTTER）。它用來測量和顯示一個電路、系統(tǒng)或放大器幅頻特性A（f）和相頻特性（f），類似于實(shí)驗(yàn)室的頻率特性測試儀（或掃頻儀），圖12是波特圖儀的圖標(biāo)和面板。以下為實(shí)驗(yàn)步驟：1 建立電路文件若從啟動MULTISIM 2001系統(tǒng)開始，則在MULTISIM基本界面上總會自動打開一個空白的電路文件。在MULTISIM正常運(yùn)行時也只要點(diǎn)擊系統(tǒng)工具欄的NEW按鈕，同樣將出現(xiàn)一個空白的電路文件，系統(tǒng)自動命名為CIR

3、CUIT1，可以在保存其電路文件時再重新命名。2 設(shè)計(jì)電路界面3 在電路窗口中放置元件MULTISIM 已將精心設(shè)計(jì)的若干元器件分門別類地放在元件工具欄的元件庫中，這些元器件模型是進(jìn)行電路仿真設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。電路仿真設(shè)計(jì)的第一步就是要考慮如何選擇與放置所需的元器件。（1）放置電阻 圖13 打開元件庫當(dāng)鼠標(biāo)指針指向元件工具欄上的BASIC元件庫按鈕時，無須點(diǎn)擊基本元件庫即可自動打開。如圖13所示。從圖中可以看出，該元件庫中有兩個電阻箱按鈕，左邊一個存放著現(xiàn)實(shí)存在的電阻元件，其電阻值符合實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，如3.3K、6.3K、及3.9K等。這些元件在市面上通?？梢再I到，我們稱為現(xiàn)實(shí)電阻箱。而像3.4K、3.5

4、K等非標(biāo)準(zhǔn)化電阻元件，在現(xiàn)實(shí)電阻箱中沒有。右邊一個帶有綠色襯底的電阻箱按鈕，這里放著可以任意設(shè)置阻值的虛擬電阻，其默認(rèn)值為1k，習(xí)慣上稱為虛擬電阻箱。為了與實(shí)際電阻接近，我們應(yīng)該盡量用符合現(xiàn)實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的電路元件，也就是說盡量從現(xiàn)實(shí)電阻箱中選取電阻元件。選取10的電阻，點(diǎn)擊現(xiàn)實(shí)電阻箱，出現(xiàn)一個COMPONENT BROWSER對話框，如圖14所示。該對話框中顯示出元器件的許多信息，在COMPONENT NAME LIST中列出的是若干個現(xiàn)實(shí)電阻元件。拉動其中的滾動條，找到10，點(diǎn)擊OK按鈕，即將10歐姆的電阻選中。選出的電阻隨著鼠標(biāo)在電路窗口內(nèi)移動，移到合適的位置后，點(diǎn)擊即可將這個10歐姆的電阻放在

5、當(dāng)前位置。如果要將電阻豎直放置，可在選中它們后，打開EDIT菜單，選取90CLOCKWISE或90COUNTERCW（或者直接使用右鍵菜單里的90CLOCKWISE或90COUNTERCW）。 電位器，也叫做滑動變阻器（2）放置電容與前述選擇電阻類似，選取一個1F的電容。注：如果要用100F的無極性電容，可以調(diào)用虛擬電阻箱。點(diǎn)擊BASIC元件庫中的虛擬電容箱（右邊帶綠色襯底），不需選擇，立刻隨鼠標(biāo)指針帶出一個虛擬電容，移到合適的位置，點(diǎn)擊將其放好。虛擬電容的默認(rèn)值是1F，為改為100F，雙擊電容打開其屬性對話框進(jìn)行設(shè)置。圖15為VIRTRAL CAPACITOR對話框。圖14 COMPONEN

6、T BROWSER對話框 圖15 VIRTRAL CAPACITOR對話框 無極性的電容 有極性的電容，通常用電解電容。 可變電容（3）放置電感與前述選擇電阻類似，選取一個1mH的電感。這里要將電感豎直放置，可在選中它們后，打開EDIT菜單，選取90CLOCKWISE或90COUNTERCW（或者直接使用右鍵菜單里的90CLOCKWISE或90COUNTERCW）。 可變電感（4）放置交流信號源點(diǎn)擊SOURCE庫中的圖標(biāo)，帶出一個參數(shù)是1V 1000Hz 0Zeg的交流信號源，放在電路窗口的適當(dāng)位置。注：若需要0.7V 1kHz 0Zeg的交流信號源，只需雙擊該交流信號源符號，打開AC Vol

7、tage對話框，如圖16所示。在Value頁中將Voltage的值修改為0.7V，這是最大電壓值，其相應(yīng)的電壓有效值（Voltage RMS）自動顯示為0.49V。在Frequency中修改頻率。按確定按鈕完成修改。圖16 AC Voltage對話框（5）放置接地端對一個電路來說，接地端就是一個公共參考點(diǎn)，這一點(diǎn)的電位值為0V。一般來說，一個電路必須有一個公共參考點(diǎn)，而且只有一個。在同一個電路中，不管放置多少個接地端，實(shí)質(zhì)上它們的電位值都是0V，屬于同一點(diǎn)。如果一個電路中沒有接地端，通常不能有效地進(jìn)行仿真分析。調(diào)用接地端非常方便，只需點(diǎn)擊SOURCE元件庫中的接地按鈕后在將其拖出即可。放置完全

8、部元器件后的電路窗口如圖17所示。圖17 已放置在電路窗口中的元器件MULTISIM 2001界面上的IN USE LIST欄內(nèi)列出了電路所使用的所有元器件，如圖18所示。4 連接線路 圖18 電路所使用的所有元件列表放置完所有元器件后需要對其進(jìn)行線路連接。圖19 線路連接方法第一步（1） 將鼠標(biāo)指針指向所需連接的元件引腳上，鼠標(biāo)指針會變成圓圈狀，如圖19所示。（2） 開始連接線路：點(diǎn)擊并移到鼠標(biāo)，即可拉出一條虛線；如果從某點(diǎn)轉(zhuǎn)彎，則先點(diǎn)擊，固定該點(diǎn)，然后移到鼠標(biāo)，如圖110所示圖111 線路連接方法第三步圖110 線路連接方法第二步（3）達(dá)終點(diǎn)后點(diǎn)擊，如圖111所示。連接后的電路圖如圖112

9、所示。 圖112 連接后的電路圖5 對電路圖進(jìn)一步編輯處理為了使電路窗口中已編輯的電路圖更整潔、更便于仿真分析，可以對電路圖做進(jìn)一步的編輯處理。（1）修改元件的參考序號（Reference ID）圖113 RESISTOR屬性對話框 元件的參考序號是在元件選取時由系統(tǒng)自動給定的，但有時與我們的習(xí)慣表示不同，可以通過雙擊該元件符號，在其屬性對話框中進(jìn)行修改。如要將R1改成R，在其屬性對話框中，將LABEL頁上的Reference ID欄內(nèi)的R1改為R。如圖113所示。（2）調(diào)整元件和文字標(biāo)注的位置如對某些元件放置的位置不滿意，可以調(diào)整其位置。調(diào)整位置的方法是：選中這些元件，單個元件只要將鼠標(biāo)指針

10、指向所要調(diào)整位置的元件，然后點(diǎn)擊即可；若要同時選中多個元件，可按住鼠標(biāo)左鍵，拖出一個虛框框住所要移動的元件，松開左鍵即可。所選中元件的4個角上將各出現(xiàn)一個小方塊。要大幅度移動元件的位置可以直接拖動；小幅度的位置調(diào)整，最好利用鍵盤上的方向鍵。當(dāng)電路上的元件進(jìn)行連線、移到、翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)時，元件的序號（如R1）或數(shù)值（如10K）等文字標(biāo)注可能會出現(xiàn)在不恰當(dāng)?shù)奈恢蒙?。調(diào)整的方法是指針指向所要調(diào)整的序號或元件值上，點(diǎn)擊則對應(yīng)文字的4個角上各出現(xiàn)一個小方塊表示選中。按住鼠標(biāo)左鍵直接拖動或著利用鍵盤上的方向鍵即可。（3）顯示電路的節(jié)點(diǎn)號（4）修改元件和連線的顏色修改電路中某些元件或連線的顏色將使電路更加清晰可

11、辨。方法之一是，指針指向此元件或連線，點(diǎn)擊右鍵出現(xiàn)如圖115所示的下拉菜單。選定COLOR項(xiàng)，彈出顏色對話框，選取所需的顏色即可。 圖114 PREFERENCE 對話框 （5）刪除元件和連線對于電路中不需要的元件和連線可以刪除，方法是先選中要刪除的元件或連線，然后選取系統(tǒng)工具欄的CUT按鈕即可。萬一刪錯，可啟動EDIT菜單的UNDO命令將其恢復(fù)。另外，當(dāng)刪除一個元件時，與該元件連接的連線也將一并消失，但刪除元件不會影響到元件。圖115 下拉菜單6保存文件編輯電路圖之后可以將其換名保存，方法與保存一般文件相同。對本利，原來系統(tǒng)自動命名為“CIRCUIT1.msm”，現(xiàn)將其重新命名為“RCL濾波

12、器電路.msm”，并保存到適當(dāng)?shù)穆窂较隆?接波特圖儀波特圖儀的圖標(biāo)包括4個接線端，左邊in是輸入端口，其V+、V_分別與電路輸入端的正負(fù)端子相接；右邊的out是輸出端口，其V+、V_分別與電路輸出端的正負(fù)端子相接。由于波特圖儀本身沒有信號源，所以在使用波特圖儀時，必須在電路的輸入端口示意性地接入一個信號源（或函數(shù)信號發(fā)生器），且無需對其參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。例如：用波特圖儀測量一個RCL濾波電路的頻率特性，其連接如圖11所示。8啟動仿真圖11 電路中，完成波特圖儀的連接后，點(diǎn)擊一下MULTISIM 2001右上角的仿真開關(guān)，在雙擊波特圖儀圖標(biāo)，打開波特圖儀的面板，對面板上的各項(xiàng)進(jìn)行適當(dāng)設(shè)置，其運(yùn)行結(jié)果

13、分別為圖116和圖117，顯然，這是一個帶通濾波器。圖116 RCL濾波器的幅頻特性圖117 RCL濾波器的相頻特性9修改元器件的參數(shù)以觀察系統(tǒng)幅頻特性的變化。自己選擇參數(shù)的修改，如將電阻值改為5歐姆，可以多試幾次。10在輸入端接入兩個等幅的正弦交流電源，頻率不同（自己根據(jù)系統(tǒng)幅頻特性設(shè)置），經(jīng)過加法器之后接入電路，在輸出端接頻譜分析儀，觀察濾波之后的頻譜，可以看到系統(tǒng)對不同頻率的增益不同。三、實(shí)驗(yàn)報告要求（1）畫出系統(tǒng)電路圖，觀察系統(tǒng)幅頻特性曲線；（2）修改電子元件參數(shù)，觀察幅頻特性曲線得變化；（4）改變輸入信號的頻率，記錄正弦信號通過系統(tǒng)輸出后的頻譜值。實(shí)驗(yàn)二 常見信號的產(chǎn)生，傅立葉分析和

14、綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 熟悉信號發(fā)生器、頻譜分析儀、濾波器的使用方法2、 產(chǎn)生幾種常見信號，觀察其頻譜3、 觀察傅立葉綜合的效果及吉布斯現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、 兩個正弦信號的相加相乘。參考教材12頁，觀察兩個信號相加（相乘）的結(jié)果。此外，在做信號相加時，可以改變信號的相位，看看相位對信號的影響，如：固定，改變分別為0，30，45，90，180，可以看到相位對信號的影響（不必全做，選幾個看看，記錄波形） 圖21 兩個正弦信號相加電路由函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生矩形脈沖序列，以及窄脈沖序列，觀察其信號波形以及頻譜，注意在此處要根據(jù)需要調(diào)整頻譜分析儀的觀察頻帶范圍。2、 信號的綜合，按照教材中99頁圖3-6做對稱方波的

15、傅立葉綜合，注意各正弦分量的幅值是需要計(jì)算的。用加法器將3個，或5個，或7個不同頻率的正弦信號相加，根據(jù)教材中的公式計(jì)算其頻率和幅值。圖22 矩形脈沖序列注意事項(xiàng)：1、 內(nèi)容可能比較多，需要抓緊時間，第3步可以選做，2中求導(dǎo)的步驟可以選做。2、 電路并不復(fù)雜，需要計(jì)算各頻率之間的具體數(shù)值關(guān)系3、 要參考教材104頁到109頁的內(nèi)容，包括信號的頻譜值應(yīng)該是多少，觀察到的結(jié)果與理論結(jié)果是否相符，以及脈沖的占空比，頻譜分析儀的觀察頻帶寬度應(yīng)當(dāng)多大4、 實(shí)驗(yàn)中要注意熟悉各儀器的使用，參考后面的介紹儀器介紹：頻譜分析儀：注意圖23中紅框標(biāo)注的是應(yīng)當(dāng)選定的1 Frequency區(qū)：設(shè)置頻率范圍，其中包括4

16、個欄：Span：用來設(shè)置頻率變化范圍大小（記為：）。Start：用來設(shè)置開始頻率（記為：）。Center：用來設(shè)置中心頻率（記為：）。End：用來設(shè)置結(jié)束頻率（記為：）。這4項(xiàng)頻率設(shè)置之間的關(guān)系為：因此實(shí)質(zhì)上只需設(shè)置其中的兩個參數(shù)，另兩個參數(shù)在點(diǎn)擊Enter按鈕之后程序會自動確定。圖23 頻譜分析儀2、 Amplitude區(qū)：選擇頻率縱坐標(biāo)的刻度，有3個選項(xiàng)：Range：用來設(shè)置頻譜分析儀右邊頻譜顯示窗口縱向每格代表的幅值多少。3 Resolution Frequency區(qū)：設(shè)定頻率的分辨率，越小越好。4 在設(shè)置Range和Resolution之前必須點(diǎn)擊Enter按鈕，T端可以不接。與其他儀

17、器不同，頻譜分析儀要經(jīng)過一段時間的計(jì)算才能顯示較好的結(jié)果。函數(shù)發(fā)生器：圖24 函數(shù)發(fā)生器對于三角波和方波還可以設(shè)置其占空比（DUTY CYCLE）大小。對偏置電壓設(shè)置（OFFSET）可指定將正弦波、三角波和方波疊加到設(shè)置的偏置電壓上輸出?！?”端接信號，“common”端接地。波特圖儀：圖25 波特圖儀如圖25中所示，一般要選中線性表示，Vertical區(qū)是縱坐標(biāo)的范圍，Horizontal區(qū)是橫坐標(biāo)的范圍，I是起始值，F(xiàn)是終值，都可以調(diào)節(jié)。拖動紅色標(biāo)度可以查看相應(yīng)的頻率和對應(yīng)的增益。乘法器加法器微分器圖26 面板三、實(shí)驗(yàn)報告要求（1）正弦相加所用的頻率和初始相位值，固定，改變分別為0，30，

18、45，90，180，記錄疊加的波形，觀察相位改變對信號的影響；（2）改變矩形窄脈沖的周期和占空比，記錄頻譜儀中觀察到的矩形脈沖的頻譜，記錄不同周期、占空比下，第一譜線幅度，第一零點(diǎn)位置以及第一零點(diǎn)內(nèi)譜線個數(shù)，并說明三個參數(shù)與周期和占空比之間的關(guān)系；（3）信號綜合中改變所用的幾個正弦信號的頻率和幅值，用示波器觀察其波形。 實(shí)驗(yàn)三 采樣和濾波一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆治鰧?shí)際的濾波器，加深對采樣和濾波原理的理解。二 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1分析一階RC低通濾波器（只做練習(xí)，不用寫到實(shí)驗(yàn)報告中）圖31 RC低通濾波器電路下圖是一個二端口網(wǎng)絡(luò)，電路非常簡單，根據(jù)我們所學(xué)知識，這是一個RC低通濾波器電路，其中輸出端接有負(fù)載電阻Rl

19、3k。圖32 RC濾波器的幅頻特性 注意：由于波特圖儀本身沒有信號源，所以在使用波特圖儀時，必須在電路的輸入端口示意性地接入一個信號源（或函數(shù)信號發(fā)生器），且無需對其參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。2分析二階RC有源濾波器圖33是一個二階RC有源低通濾波器，也是一個二端口網(wǎng)絡(luò)。實(shí)驗(yàn)中頻譜分析儀的頻帶設(shè)置不要太小，如果采樣頻率設(shè)為10KHz，那么頻帶寬度沒有一二百KHz是看不出整體效果的，當(dāng)然可以在看到整體頻譜之后將頻寬縮小看其細(xì)節(jié)。另外分辨率resolution一欄不要設(shè)的太小（此處不是越小越好），否則會運(yùn)行很慢，一般來說二三百Hz效果就很好了。圖33 二階RC有源低通濾波器 圖34 運(yùn)放741所在地提示：這里

20、運(yùn)放是741，它在這里，先在左邊元件工具欄找到下圖左所示的擬元件庫（ANALOG COMPONENTS），下圖右面板左上角即為運(yùn)放741所在地。如圖34所示3采樣理想采樣是用單位沖激串與信號相乘，但是實(shí)際中無法產(chǎn)生單位沖激串，一種方法是用窄脈沖串代替單位沖激串與信號相乘。本實(shí)驗(yàn)采用這種方法。采樣電路如圖所示，正弦信號為1KHz，采樣脈沖為10KHz矩形窄脈沖串，占空比為10（注意這些參數(shù)并非固定，只是提供一個參考，感興趣的同學(xué)可以自己調(diào)整信號頻率、采樣頻率和占空比，可以觀察欠采樣造成的頻譜混疊，尤其是對正弦這種特殊的信號，采樣頻率等于兩倍的最高頻率也是無法正確恢復(fù)的。因而可以采用以前實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生

21、的其他信號。）尤其要注意的是信號發(fā)生器中offset一項(xiàng)的設(shè)置要與幅度值相同，可以自己調(diào)試著看看其原因。圖35 4、濾波將采樣的信號接入前面設(shè)計(jì)的RC低通濾波器，通過波形和頻譜的比較分析采樣和濾波的原理。圖36 接入RC低通濾波器圖37 波形采樣信號和濾波后的信號(注意濾波后的波形相對于濾波前有一個延遲)。三、實(shí)驗(yàn)報告要求（1）記錄采樣之前信號的波形和頻譜；（2）記錄采樣之后信號的波形和頻譜；（3）記錄采樣信號通過低通系統(tǒng)之后信號的波形和頻譜；（4）記錄低通系統(tǒng)的頻率特性曲線。實(shí)驗(yàn)四 調(diào)幅解調(diào)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庑盘柵c系統(tǒng)知識在通信系統(tǒng)中的簡單運(yùn)用。二 實(shí)驗(yàn)原理在通信系統(tǒng)中，信號從發(fā)射端傳輸?shù)浇邮?/p>

22、端,為實(shí)現(xiàn)信號的傳輸，往往需要進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)。無線電通信系統(tǒng)是通過空間輻射方式傳送信號的，由電磁波理論可以知道，天線尺寸為輻射信號波長的十分之一或更大些，信號才能有效地被輻射。對于語音信號而言，相應(yīng)的尺寸要在幾十公里以上，實(shí)際不可能制造這樣的天線，調(diào)制過程將信號頻譜搬移到任何所需的較高頻率范圍,這就容易以電磁波形式輻射出去。從另一方面來講，如果不進(jìn)行調(diào)制而把被傳送的信號直接輻射出去,那么各電臺所發(fā)出的信號頻率就會相同，它們混在一起，收信者將無法選擇所要接收的信號。 調(diào)制作用的實(shí)質(zhì)是把各種信號的頻譜搬移，使它們互不重疊地占據(jù)不同的頻率范圍，也即信號分別托付于不同頻率的載波上，接收機(jī)就可以分離出所

23、需頻率信號，不致互相干擾。是原信號 是載波時域相乘得到已調(diào)信號 其頻譜為 圖41 調(diào)制原理方框圖圖41所示為雙邊帶調(diào)幅的方框圖，還有普通調(diào)幅、單邊帶調(diào)幅，將在通信電子線路中深入學(xué)習(xí)。在圖42中，低頻信號被調(diào)制到載頻處，為簡單起見，這里假設(shè)被傳送的信號為一正弦波，即。圖42 調(diào)制信號頻譜般移示意圖由已調(diào)信號恢復(fù)原始信號稱為解調(diào)，圖43 雙邊帶相乘檢波方框圖同步解調(diào)的式子為 其頻譜為 圖44 雙邊帶解調(diào)信號頻譜圖利用一個低通濾波器(帶寬),（2)消除頻率在2附近的分量,即可取出g(t),完成解調(diào)。這種解調(diào)器稱為乘積解調(diào)器(或同步解調(diào))。同步解調(diào)需要在接收端產(chǎn)生與發(fā)送端頻率相同的本地載波,這將使接收

24、機(jī)復(fù)雜化。為了在接收端省去本地載波,可采用如下方法.在發(fā)射信號中加入一定強(qiáng)度的載波信號A,這時發(fā)送端的合成信號為A+ g(t)，如果A足夠大，對于全部t，有A+ g(t)>0，于是，已調(diào)信號的包絡(luò)就是A+ g(t)。這時利用簡單的包絡(luò)檢波器即可提取包絡(luò)，恢復(fù)g(t)，不需本地載波。圖45所示紅線為普通調(diào)幅波，藍(lán)線為其包絡(luò)。 圖45 調(diào)幅波及其包絡(luò)圖46 二極管包絡(luò)檢波器電路 圖47所示為二極管包絡(luò)檢波器檢波效果，其中藍(lán)色線條為檢出的低頻信號。圖47 二極管包絡(luò)檢波器檢波效果圖三 實(shí)驗(yàn)步驟（復(fù)雜的波形不必畫，最主要的是記錄其各個信號的頻譜） 1雙邊帶調(diào)制（1）用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生正弦載波信號，

25、載波頻率設(shè)為100KHz，電壓為5V（2）調(diào)用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生待傳輸?shù)恼业皖l信號，頻率設(shè)為4 KHz，電壓為5V。（3）繪制如下電路圖。圖48 雙邊帶調(diào)幅電路（4）開仿真開關(guān)，調(diào)整示波器參數(shù)，使示波器顯示曲線類似圖45中的紅色波形。（5）在乘法器輸出端連接頻譜分析儀，觀察調(diào)制信號頻譜，結(jié)合圖42理解，幅度調(diào)制實(shí)際上就是頻譜搬移。（統(tǒng)一設(shè)定起始頻率90KHz，終止頻率110KHz）。2同步解調(diào)（1）調(diào)用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生正弦載波信號，載波頻率為100KHz，電壓為5V，作為本地載波。（2）按照圖43的意思在圖48所示電路右方加一個乘法器，其輸入端分別為圖48中乘法器的輸出信號和步驟1產(chǎn)生的本地載波信

26、號。（3）在乘法器輸出端連接頻譜分析儀，觀察調(diào)制信號頻譜，結(jié)合圖43理解。（統(tǒng)一設(shè)定起始頻率0KHz，終止頻率220KHz）。（4）在乘法器輸出端加一個低通濾波器，濾波器自己根據(jù)要求設(shè)計(jì)，可用一階RC低通濾波器（R=1K,C=100nF，回憶一下一階RC低通濾波器電路是什么樣子），也可用實(shí)驗(yàn)3介紹的二階RC有源低通濾波器（運(yùn)放可用理想運(yùn)放）。如用后者，由實(shí)驗(yàn)原理知，低通濾波器的截止頻率可在4KHz196KHz之間，這里統(tǒng)一設(shè)定為10KHz, Q=0.707,。 （5）在傳輸函數(shù)的輸出端接頻譜分析儀，觀察信號頻譜，體會低通濾波器對信號的選擇作用，結(jié)合圖43理解同步解調(diào)。3正交調(diào)幅與解調(diào)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

27、按照系統(tǒng)框圖自己實(shí)現(xiàn)正交調(diào)幅與解調(diào)系統(tǒng)，其中為4KHz的正弦信號，為1KHz的正弦信號，載頻為100KHz。低通可以參考前面2中的RC低通濾波器參數(shù)。要求給出和的頻譜圖（不必畫信號波形），并對其原理作出解釋，并說明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了什么功能。頻譜分析儀的參數(shù)要注意選擇適當(dāng)，否則看到的結(jié)果不正確。圖49圖49中傳送的信號：用于調(diào)幅和檢波的載波在發(fā)送端和接收端都是兩個，分別為經(jīng)發(fā)送端的相乘器進(jìn)行雙邊帶調(diào)制，得到的輸出信號上述兩個信號相加然后送到接收端的兩個解調(diào)相乘器，其輸出信號分別為經(jīng)低通濾波器后，所有的，的高頻分量均被濾除。設(shè)低通濾波器的通帶傳輸系數(shù)為1，則最后的結(jié)果是4二極管包絡(luò)檢波器檢波（選做）（

28、1）調(diào)用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生正弦載波信號，載波頻率設(shè)為100KHz，電壓為5V 圖410 包絡(luò)檢波圖（2）調(diào)用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生待傳輸?shù)恼业皖l信號，頻率設(shè)為4 KHz，電壓為2V，這里還要將OFFSET(偏置值)設(shè)為5V。（注意：要看到圖4-7的效果，OFFSET應(yīng)為0）（3）繪制如下電路圖，二極管采用虛擬器件。（4）調(diào)整示波器面板參數(shù)，觀察信號波形，結(jié)合圖46理解包絡(luò)檢波的概念。四、實(shí)驗(yàn)報告要求（1）記錄基帶信號的波形和頻譜；（2）記錄調(diào)制信號的波形和頻譜；（3）記錄解調(diào)信號的波形和頻譜（4）記錄解調(diào)信號通過低通系統(tǒng)之后信號的波形和頻譜；硬件實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)箱整體布局圖實(shí)驗(yàn)五 信號的分解與合成一、

29、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 觀察信號波形的分解與合成。2、 研究頻率失真與相位失真。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、 信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺。2、 信號發(fā)生器一臺。3、20MHz雙蹤示波器。三、 實(shí)驗(yàn)原理：任何電信號都是由各種不同的頻率、幅度和初相的正弦波疊加而成的。對數(shù)字信號，由它的傅立葉級數(shù)展開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分，但其幅度大小是不同的。通過一個選頻網(wǎng)絡(luò)可以將電信號中所包含的某一頻率成分提取出來。最簡單的選頻網(wǎng)絡(luò)是一個諧振回路，其電路如圖51所示。圖51 電信號波形分解 將被測信號加到分別調(diào)諧于基波與各次諧波頻率的一系列諧振回路。從每一諧振回路兩端可以用示波器

30、觀察到被取出的各種正弦波。若有一個諧振回路即不諧振于基波又不諧振于諧波，則用示波器在它的兩端一定觀察不到波形。若被測信號是40kHz的方波，由傅氏級數(shù)展開可知應(yīng)使L1、C1、C12、C11、L11諧振于40kHz，L2、C2、C22、L21、C21諧振于120kHz，L3、C3、C32、C31、L31諧振于200kHz，L4、C4、C42、C41、L41諧振于280kHz，L5、C5、C52、C51、L51諧振于360kHz，則一定能從各次諧波回路兩端觀察到基波和各次諧波。反之，若干頻率、振幅和初相各不相同的正弦波可以合成各種非正弦波。如將頻率為1f，3f，5f,7f，振幅比例為：1：1/3：

31、1/5：1/7；的一系列正弦波疊加可以合成一個方波，若相疊加的兩個正弦信號的頻率和幅度都不變，僅是初相發(fā)生變化，則其合成的信號也不大一樣。見圖52。圖52 初相不同的合成波形加法器圖5-3 波形合成的實(shí)驗(yàn)方案 “頻率1” “頻率2”“頻率3” U0“頻率4”觀察波形合成的實(shí)驗(yàn)方案如圖5-3。由信號分解部分產(chǎn)生的1f，3f，5f，7f正弦波。將各次諧波幅度分別調(diào)節(jié)為基波1f幅度的1/n，則它們通過加法器后合成的結(jié)果為一方波。若“三次諧波反相”，“五次諧波反相”和“七次諧波反相”合成到加法器輸出，則相當(dāng)于初相發(fā)生變化，此時合成的波形會發(fā)生變化，這種由于諧波相位變化而使波形發(fā)生失真稱為“相位失真”。

32、若“頻率2”，“頻率3”或“頻率4”斷開，則在相疊加的正弦波中缺少了一種頻率成分，合成的波形也會發(fā)生變化，這種失真稱為“頻率失真”。四、 實(shí)驗(yàn)步驟：1、連接實(shí)驗(yàn)箱電源線，打開實(shí)驗(yàn)箱右側(cè)電源開關(guān)，實(shí)驗(yàn)箱右上角電源指示燈點(diǎn)亮接通電源，并按下信號和成與分解模塊電源開關(guān)K7； 2、連接信號發(fā)生器電源線，打開信號發(fā)生器開關(guān)，輸出一個40KHZ方波信號。插上跳線帽J1_2,J1_3,J1_4，斷開跳線帽J1_1,J1_5,J1_6，用示波器觀測輸出端（OUT）的波形，輸出為矩形波，調(diào)節(jié)方法同步驟2。測幾組數(shù)據(jù)，并紀(jì)錄測試結(jié)果。3、觀察方波的分解按實(shí)驗(yàn)電路，將信號發(fā)生器輸出方波與信號分解實(shí)驗(yàn)電路的各次諧波的

33、輸入端IN6_1, IN6_2 ,IN6_3, IN6_4 ,IN6_5依次相連。用示波器觀察輸入端IN6_1, IN6_2 ,IN6_3, IN6_4 ,IN6_5與輸出端T6_1, T6_2, T6_3, T6_4, T6_5,并記錄信號源的波形，并測出其頻率。依次觀察“基波”，“三次諧波”，“五次諧波”，“七次諧波”，“九次諧波”波形，測出振幅和頻率。4、觀察方波的合成按實(shí)驗(yàn)圖4-3線路，用示波器觀察1f，3f，5f，7f正弦波的振幅，記錄每個波形的頻率，振幅和相位。再用導(dǎo)線把基波及各次諧波和插孔（“頻率1”“頻率2”“頻率3”“頻率4”）依次相連，輸出端T6_1與IN7_1， T6_2

34、與IN7_2對應(yīng)連接。調(diào)節(jié)W021調(diào)節(jié)合成信號幅度。用示波器觀察由測試環(huán)“合成輸出”輸出的正弦波合成波形。并作相應(yīng)紀(jì)錄。5、T6_1與IN7_1， T6_2與IN7_2, T6_3與IN7_3對應(yīng)連接。調(diào)節(jié)W021調(diào)節(jié)合成信號幅度。用示波器觀察由測試環(huán)“合成輸出”輸出的正弦波合成波形。并作相應(yīng)紀(jì)錄6、T6_1與IN7_1， T6_2與IN7_2, T6_3與IN7_3， T6_4與IN7_4，對應(yīng)連接。調(diào)節(jié)W021調(diào)節(jié)合成信號幅度。用示波器觀察由測試環(huán)“合成輸出”輸出的正弦波合成波形。并作相應(yīng)紀(jì)錄五、 實(shí)驗(yàn)報告要求1、整理并繪出實(shí)驗(yàn)中所觀察到的各種波形，指出他們之間的聯(lián)系。2、將具有相位失真與頻率失真的波形與無失真的合成波形相比較。3、記錄，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。畫出各級輸入與輸出電壓的波形圖分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，和理論值有何不同；4、定性分析產(chǎn)生運(yùn)算誤差的原因，說明實(shí)驗(yàn)中采取了哪些減小誤差的措施。實(shí)驗(yàn)六 信號的抽樣與恢復(fù)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 驗(yàn)證抽樣定理。2、 觀察了解PAM信號形成的過程。二、 實(shí)驗(yàn)儀器1、信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺。2、20MHz示波器一臺。三、 實(shí)驗(yàn)原理利用抽樣脈沖把一個連續(xù)信號變?yōu)殡x散時間樣值的過程稱為抽樣，抽樣后的信號稱為脈沖調(diào)幅（PAM）信號