西工大《信號與系統(tǒng)》實驗報告

1、信號與線性系統(tǒng)實驗報告西北工業(yè)大學信號與線性系統(tǒng)實驗報告 學院 ： 班級 ： 姓名 學號： 實驗一 常用信號的分類與觀察一、實驗內(nèi)容觀察常用信號的波形特點及其產(chǎn)生方法；使用示波器對常用波形測量參數(shù)；掌握JH5004信號產(chǎn)生模塊的操作；對于一個系統(tǒng)特性的研究，其中重要的一個方面是研究它的輸入輸出關系，即在一特定輸入信號下，系統(tǒng)對應的輸出響應信號。因而對信號的研究是對系統(tǒng)研究的出發(fā)點，是對系統(tǒng)特性觀察的基本手段與方法。在本實驗中，將對常用信號和特性進行分析、研究。信號可以表示為一個或多個變量的函數(shù)，在這里僅對一維信號進行研究，自變量為時間。常用的信號有：指數(shù)信號、正弦信號、指數(shù)衰減正弦信號、復指數(shù)

2、信號、Sa（t）信號、鐘形信號、脈沖信號等。1、 指數(shù)信號：指數(shù)信號可表示為。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“信號與系統(tǒng)”實驗平臺的信號產(chǎn)生模塊可產(chǎn)生a0的函數(shù)的波形。通過示波器測量輸出信號波形，測量函數(shù)的a、K參數(shù)。2、 正弦信號：其表達式為，其信號的參數(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測量波形，測量正弦信號的振幅K、角頻率w參數(shù)。3、 指數(shù)衰減正弦信號：其表達式為，其波形如下圖：4、 復指數(shù)信號：其表達式為一個復指數(shù)信號可分解為實、虛兩部分。其中實部包含余弦衰減信號，虛部則為正弦衰減信號。指數(shù)因子實部表征了正

3、弦與余弦函數(shù)振幅隨時間變化的情況。一般，正弦及余弦信號是衰減振蕩。指數(shù)因子的虛部則表示正弦與余弦信號的角頻率。對于一個復信號的表示一般通過兩個信號聯(lián)合表示：信號的實部通常稱之為同相支路；信號的虛部通常稱之為正交之路。利用復指數(shù)信號可使許多運算和分析得以簡化。在信號分析理論中，復指數(shù)信號是一種非常重要的基本信號。5、 Sa（t）信號：其表達式為。Sa（t）是一個偶函數(shù)，t=，2，n時，函數(shù)值等于零。該函數(shù)在很多應用場合具有獨特的應用。其信號如下圖所示：6、 鐘形信號（高斯函數(shù)）：其表過式為。其信號如下圖所示：7、 脈沖信號：其表達式為，其中為單位階躍函數(shù)。其信號如下圖所示：二、實驗過程在下面實驗

4、中，按1.3節(jié)設置信號產(chǎn)生器的工作模式為11。1、 指數(shù)信號觀察：通過信號選擇鍵1，按1.3節(jié)設置A組輸出為指數(shù)信號（此時信號輸出指示燈為000000）。用示波器測量“信號A組”的輸出信號。觀察指數(shù)信號的波形，并測量分析其對應的a、K參數(shù)。2、 正弦信號觀察： 通過信號選擇鍵1，按1.3節(jié)設置A組輸出為正弦信號（此時A組信號輸出指示燈為000101）。用示波器測量“信號A組”的輸出信號。在示波器上觀察正弦信號的波形，并測量分析其對應的振幅K、角頻率 w。3、 指數(shù)衰減正弦信號觀察（正頻率信號）：通過信號選擇鍵1、按1.3節(jié)設置A組輸出為指數(shù)衰減余弦信號（此時信號輸出指示燈為000001），用示

5、波器測量“信號A組”的輸出信號。通過信號選擇鍵2、按1.3節(jié)設置B組輸出為指數(shù)衰減正弦信號（此時信號輸出指示燈為000010），用示波器測量“信號B組”的輸出信號。*分別用示波器的X、Y通道測量上述信號，并以X-Y方式進行觀察，記錄此時信號的波形，并注意此時李沙育圖形的旋轉(zhuǎn)方向。（該實驗可選做）分析對信號參數(shù)的測量結(jié)果。4、 *指數(shù)衰減正弦信號觀察（負頻率信號）：（該實驗可選做）通過信號選擇鍵1、按1.3節(jié)設置A組輸出為指數(shù)衰減余弦信號（此時信號輸出指示燈為000011），用示波器測量“信號A組”的輸出信號。通過信號選擇鍵2、按1.3節(jié)設置B組輸出為指數(shù)衰減正弦信號（此時信號輸出指示燈為000

6、100），用示波器測量“信號B組”的輸出信號。分別用示波器的X、Y通道測量上述信號，并以X-Y方式進行觀察，記錄此時信號的波形，并注意此時李沙育圖形的旋轉(zhuǎn)方向。將測量結(jié)果與實驗3所測結(jié)果進行比較。5、 Sa（t）信號觀察：通過信號選擇鍵1，按1.3節(jié)設置A組輸出為Sa(t)信號（此時信號輸出指示燈為000111），用示波器測量“信號A組”的輸出信號。并通過示波器分析信號的參數(shù)。6、 鐘形信號（高斯函數(shù)）觀察：通過信號選擇鍵1，按1.3節(jié)設置A組輸出為鐘形信號（此時信號輸出指示燈為001000），用示波器測量“信號A組”的輸出信號。并通過示波器分析信號的參數(shù)。7、 脈沖信號觀察：通過信號選擇鍵1

7、，按1.3節(jié)設置A組輸出為正負脈沖信號（此時信號輸出指示燈為001101），并分析其特點。三、實驗數(shù)據(jù)對于一個系統(tǒng)特性的研究，其中重要的一個方面是研究它的輸入輸出關系，即在一特定輸入信號下，系統(tǒng)對應的輸出響應信號。因而對信號的研究是對系統(tǒng)研究的出發(fā)點，是對系統(tǒng)特性觀察的基本手段與方法。在本實驗中，將對常用信號和特性進行分析、研究。1. 指數(shù)信號通過信號選擇鍵1，按1.3節(jié)設置A組輸出為指數(shù)信號（此時信號輸出指示燈為000000）。用示波器測量“信號A組”的輸出信號。2. 正弦信號通過信號選擇鍵1，按1.3節(jié)設置A組輸出為正弦信號（此時A組信號輸出指示燈為000101）。用示波器測量“信號A組”

8、的輸出信號。3. 指數(shù)衰減正弦信號通過信號選擇鍵1、按1.3節(jié)設置A組輸出為指數(shù)衰減余弦信號（此時信號輸出指示燈為000001），用示波器測量“信號A組”的輸出信號。*分別用示波器的X、Y通道測量上述信號，并以X-Y方式進行觀察，記錄此時信號的波形，并注意此時李沙育圖形的旋轉(zhuǎn)方向。（該實驗可選做） 4. 復指數(shù)信號通過信號選擇鍵1、按1.3節(jié)設置A組輸出為指數(shù)衰減余弦信號（此時信號輸出指示燈為000011），用示波器測量“信號A組”的輸出信號。5. Sa（t）信號通過信號選擇鍵1，按1.3節(jié)設置A組輸出為Sa(t)信號（此時信號輸出指示燈為000111），用示波器測量“信號A組”的輸出信號。并

9、通過示波器分析信號的參數(shù)。6. 鐘形信號通過信號選擇鍵1，按1.3節(jié)設置A組輸出為鐘形信號（此時信號輸出指示燈為001000），用示波器測量“信號A組”的輸出信號。并通過示波器分析信號的參數(shù)。7. 脈沖信號通過信號選擇鍵1，按1.3節(jié)設置A組輸出為正負脈沖信號（此時信號輸出指示燈為001101），并分析其特點。四、實驗結(jié)果分析及思考1、 分析指數(shù)信號、正弦信號、指數(shù)衰減正弦信號、復指數(shù)信號、Sa（t）信號、鐘形信號、脈沖信號的特點。答：1、指數(shù)信號：指數(shù)信號可表示為。對于不同的a取值，其波形表現(xiàn)為不同的形式.2、正弦信號：其表達式為，其信號的參數(shù)有：振幅K、角頻率 w、與初始相位。通過示波器測

10、量輸出信號測量波形，測量正弦信號的振幅K、角頻率w參數(shù)。3、指數(shù)衰減正弦信號：其表達式為，其波形如下圖：4、復指數(shù)信號：其表達式為一個復指數(shù)信號可分解為實、虛兩部分。其中實部包含余弦衰減信號，虛部則為正弦衰減信號。指數(shù)因子實部表征了正弦與余弦函數(shù)振幅隨時間變化的情況。一般，正弦及余弦信號是衰減振蕩。指數(shù)因子的虛部則表示正弦與余弦信號的角頻率。對于一個復信號的表示一般通過兩個信號聯(lián)合表示：信號的實部通常稱之為同相支路；信號的虛部通常稱之為正交之路。利用復指數(shù)信號可使許多運算和分析得以簡化。在信號分析理論中，復指數(shù)信號是一種非常重要的基本信號。5、Sa（t）信號：其表達式為。Sa（t）是一個偶函數(shù)

11、，t=，2，n時，函數(shù)值等于零。該函數(shù)在很多應用場合具有獨特的應用。6、鐘形信號（高斯函數(shù)）：其表過式為。7、脈沖信號：其表達式為，其中為單位階躍函數(shù). 2、 按1.3節(jié)設置輸出為復指數(shù)正頻率信號（A組輸出與B組輸出同時觀察）與復指數(shù)負頻率信號（A組輸出與B組輸出同時觀察），并說明這兩類信號的特點。答：復指數(shù)正頻率信號：震蕩性，隨著時間增加振幅增大。指數(shù)負頻率信號：震蕩性，隨著時間增加振幅衰減。 3、 寫出測量指數(shù)信號、正弦信號、指數(shù)衰減正弦信號、復指數(shù)信號、Sa（t）信號、鐘形信號、脈沖信號的波形參數(shù)；答：指數(shù)信號波形參數(shù)：k=1 ;a=1 ; 0; -1;正弦信號波形參數(shù)：k=1 ;w=1

12、;指數(shù)衰減正弦信號參數(shù)：k=1;a=1;復指數(shù)信號參數(shù)：k=1;a=1;w=1;Sa（t）信號波形參數(shù)：無；鐘形信號波形參數(shù)：E=1；t=1;脈沖信號波形參數(shù)：無；實驗二 信號的基本運算單元一、實驗內(nèi)容使用減法器、加法器、倍乘器、反相器、積分器、微分器等處理信號，分析他們的運算特性。二、實驗過程在下面實驗中，按1.3節(jié)設置信號產(chǎn)生器的工作模式為11。1、 加法器特性觀察：通過信號選擇鍵1使對應的 “信號A組”的輸出為270Hz信號（A組輸出信號指示燈為000101），通過信號選擇鍵2使對應的 “信號B組”的輸出為2160Hz信號（B組輸出信號指示燈為000110）。用短路連線器將模擬信號A、B

13、組的輸出信號送入加法器的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：通過信號選擇鍵1使對應的“信號A組”的輸出為全波檢濾信號（A組輸出信號指示燈為010000），通過信號選擇鍵2使對應的“信號B組”為半波檢波信號（B組輸出信號指示燈為010001）。用短路連線器將模擬信號A、B組的輸出信號送入減法器的X1、X2輸入端，用示波器觀察輸出端Y的波形。3、 倍乘器特性觀察：通過信號選擇鍵1使對應的 “信號A組”的輸出信號為2160Hz的正弦信號（A組輸出信號指示燈為000110）。用短路連線器將信號A組的輸出信號送入倍乘器的X輸入端，觀察輸出端Y的波形。4、 反相器特性觀察：

14、通過信號選擇鍵1使對應的 “信號A組”的輸出信號為2160Hz的正弦信號（A組輸出信號指示燈為000110）。用短路連線器將信號A組的輸出信號送入反相器的X輸入端，觀察輸出端Y的波形相位與輸入波形的相位關系。5、 積分器特性觀察：通過信號選擇鍵1使對應的“信號A組”的輸出為連續(xù)正負脈沖對信號（A組輸出信號指示燈為001101）。用短路連線器將信號A組的輸出信號送入積分器的X輸入端，觀察輸出端Y的波形與輸入波形的關系。6、 微分器特性觀察：通過信號選擇鍵使對應的“信號A組”的輸出依次為連續(xù)正負脈沖信號（A組輸出信號指示燈為001001）、間隔正負脈沖信號（A組輸出信號指示燈為001101）、正負

15、指數(shù)衰減沖擊信號（A組輸出信號指示燈為001110）、鋸齒信號（A組輸出信號指示燈為010010）。用短路連線器將信號A組的輸出信號送入微分器的X輸入端，觀察輸出端Y的波形與輸入波形的關系。三、實驗數(shù)據(jù)在下面實驗中，按1.3節(jié)設置信號產(chǎn)生器的工作模式為11。1、 加法器特性觀察：通過信號選擇鍵1使對應的 “信號A組”的輸出為270Hz信號（A組輸出信號指示燈為000101），通過信號選擇鍵2使對應的 “信號B組”的輸出為2160Hz信號（B組輸出信號指示燈為000110）。用短路連線器將模擬信號A、B組的輸出信號送入加法器的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：通

16、過信號選擇鍵1使對應的“信號A組”的輸出為全波檢濾信號（A組輸出信號指示燈為010000），通過信號選擇鍵2使對應的“信號B組”為半波檢波信號（B組輸出信號指示燈為010001）。用短路連線器將模擬信號A、B組的輸出信號送入減法器的X1、X2輸入端，用示波器觀察輸出端Y的波形。3、 倍乘器特性觀察：通過信號選擇鍵1使對應的 “信號A組”的輸出信號為2160Hz的正弦信號（A組輸出信號指示燈為000110）。用短路連線器將信號A組的輸出信號送入倍乘器的X輸入端，觀察輸出端Y的波形。4、 反相器特性觀察：通過信號選擇鍵1使對應的 “信號A組”的輸出信號為2160Hz的正弦信號（A組輸出信號指示燈為

17、000110）。用短路連線器將信號A組的輸出信號送入反相器的X輸入端，觀察輸出端Y的波形相位與輸入波形的相位關系。5、 積分器特性觀察：通過信號選擇鍵1使對應的“信號A組”的輸出為連續(xù)正負脈沖對信號（A組輸出信號指示燈為001101）。用短路連線器將信號A組的輸出信號送入積分器的X輸入端，觀察輸出端Y的波形與輸入波形的關系。6、 微分器特性觀察：通過信號選擇鍵使對應的“信號A組”的輸出依次為連續(xù)正負脈沖信號（A組輸出信號指示燈為001001）、間隔正負脈沖信號（A組輸出信號指示燈為001101）、正負指數(shù)衰減沖擊信號（A組輸出信號指示燈為001110）、鋸齒信號（A組輸出信號指示燈為01001

18、0）。用短路連線器將信號A組的輸出信號送入微分器的X輸入端，觀察輸出端Y的波形與輸入波形的關系。 四、實驗結(jié)果分析及思考1、 畫出最常用的信號運算單元：減法器、加法器、倍乘器、反相器、積分器、微分器的電路結(jié)構；分析常用的信號運算單元：減法器、加法器、倍乘器、反相器、積分器、微分器的運算特點；答：1、 加法器：其電路構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的關系為：2、 減法器：其電路構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的關系為：3、 倍乘器：其電路構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的關系為：4、 反相器：其電

19、路構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的關系為：5、 積分器：其電路構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的關系為：6、 微分器：其電路構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的關系為：3.采用基本運算單元構建：的電路。答; 實驗三 信號的合成一、實驗內(nèi)容按下面公式調(diào)整五路信號的幅度，逐步加入合成信號，觀察輸出信號波形的變化。在“信號與系統(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的特性緊密相關。從上圖中可以看出，一般周期性的信號，其諧波幅度隨著諧波次數(shù)的增加相應該頻點信號幅度

20、會減少。因而，對于一個周期性的信號，可以通過一組中心頻率等于該信號各諧波頻率的帶通濾波器，獲取該周期性信號在各頻點信號幅度的大小。同樣，如果按某一特定信號在其基波及其諧波處的幅度與相位可以合成該信號。理論上需要諧波點數(shù)為無限，但由于諧波幅度隨著諧波次數(shù)的增加信號幅度減少，因而只需取一定數(shù)目的諧波數(shù)即可。二、實驗過程1、 方波信號的合成：（1） 按下面公式調(diào)整五路信號的幅度：（2） 逐步加入合成信號，觀察輸出信號波形的變化；2、 周期鋸齒信號的合成：（1） 按下面公式調(diào)整五路信號的幅度：（2） 逐步加入合成信號，觀察輸出信號波形的變化；3、周期半波信號合成（不含直流信號）：（1） 按下面公式調(diào)整

21、五路信號的幅度：（2） 逐步加入合成信號，觀察輸出信號波形的變化；三、實驗數(shù)據(jù)1、 方波信號的合成：（1） 按下面公式調(diào)整五路信號的幅度：（2） 逐步加入合成信號，觀察輸出信號波形的變化； 2、 周期鋸齒信號的合成：（3） 按下面公式調(diào)整五路信號的幅度：（4） 逐步加入合成信號，觀察輸出信號波形的變化； 3、 周期半波信號合成（不含直流信號）：（3） 按下面公式調(diào)整五路信號的幅度：（4） 逐步加入合成信號，觀察輸出信號波形的變化； 四、實驗結(jié)果分析及思考1、 周期性信號的頻譜特性是什么？答：(1)離散性。指頻譜由頻率離散而不連續(xù)的譜線組成，這種頻譜稱為離散頻譜或線譜。(2)諧波性。指各次諧波分

22、量的頻率都是基波頻率的整數(shù)倍，而且相鄰諧波的頻率間隔是均勻的，即譜線在頻率軸上的位置是W的整數(shù)倍。(3)收斂性。指譜線幅度隨n而衰減到零。因此這種頻譜具有收斂性或衰減性.2、 合成之后的信號與期望信號是否相同，是什么原因造成這些不同？答：不相同。實驗信號只有三個諧波信號，理論信號的傅里葉級數(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會有差異。實驗四 線性時不變系統(tǒng)一、 實驗內(nèi)容1、 觀察線性時不變系統(tǒng)的疊加性和均勻性，是不變特性，微分特性，因果性2、 掌握線性時不變系統(tǒng)的特性;3、 學會驗證線性時不變系統(tǒng)的性質(zhì)；二、實驗過程1、 疊加性與均勻性觀察：（1） 按1.3節(jié)

23、設置信號產(chǎn)生模塊為模式3。（2） 按1.3節(jié)用按鍵1使對應的 “信號A組”的輸出1-x2信號（信號A組的信號輸出指示燈為001011）；（3） 按1.3節(jié)用按鍵2使使對應的“信號B組”產(chǎn)生正負鋸齒脈沖串信號（信號B組的信號輸出指示燈為010100）。（4） 用短路線將模擬信號A、B組的輸出信號同時送入JH5004的“線性時不變系統(tǒng)”的兩個單元，分別記錄觀察所得到的系統(tǒng)響應；（5） 將上述響應通過示波器進行相加，觀察響應相加之后的合成響應（如示波器無此功能，或通過JH5004上的基本運算單元實現(xiàn)此功能，方法自擬）；（6） 將模擬信號A、B組的輸出信號分別送入加JH5004的“基本運算單元”的加法

24、器，將相加之后的信號送入JH5004的“線性時不變系統(tǒng)”單元，記錄觀察所得到的系統(tǒng)響應；（7） 比較3、4兩步所得到結(jié)果，并對之進行分析；2、 時不變特性觀察：（1） 按1.3節(jié)設置信號產(chǎn)生模塊為模式2。（2） 通過信號選擇鍵1，使對應的 “信號A組”輸出間隔正負脈沖信號（信號A組的信號輸出指示燈為001001）。（3） 將模擬A組的輸出信號加到JH5004的“線性時不變系統(tǒng)”單元，記錄觀察所得到的系統(tǒng)響應。觀察不同延時的輸入沖擊串與輸出信號延時的時間關系；3、 微分特性觀察：（1） 通過信號選擇鍵1使 “信號A組”輸出正負指數(shù)脈沖信號（A組信號輸出指示燈為001110），通過信號選擇鍵2使“

25、信號B組”輸出“正負指數(shù)脈沖積分信號”（B組信號輸出指示燈為001111），這個信號是前一個信號的積分。（2） 將模擬A組的輸出信號與模擬B組的輸出信號加到JH5004的“線性時不變系統(tǒng)”單元的兩個相同系統(tǒng)上，用示波器分別記錄所得到的系統(tǒng)響應，并比較這兩個響應；4、 因果性觀察：（1） 通過信號選擇鍵1，使對應的 “信號A組”輸出正負鋸齒信號（信號A組的信號輸出指示燈為010100）。（2） 將模擬A組的輸出信號加到JH5004的“線性時不變系統(tǒng)”單元，記錄觀察所得到的系統(tǒng)響應。觀察輸入信號時刻與對應輸出信號時刻的相對時間關系；三、實驗數(shù)據(jù)1、 疊加性與均勻性觀察：（1） 設置信號產(chǎn)生模塊為模

26、式3。（2） 用按鍵1使對應的 “信號A組”的輸出1-x2信號（信號A組的信號輸出指示燈為001011）（3） 按用按鍵2使使對應的“信號B組”產(chǎn)生正負鋸齒脈沖串信號（信號B組的信號輸出指示燈為010100）。（4） 用短路線將模擬信號A、B組的輸出信號同時送入JH5004的“線性時不變系統(tǒng)”的兩個單元，分別記錄觀察所得到的系統(tǒng)響應；（5） 將上述響應通過示波器進行相加，觀察響應相加之后的合成響應（如示波器無此功能，或通過JH5004上的基本運算單元實現(xiàn)此功能，方法自擬）；用加法器實現(xiàn)這個功能（6） 將模擬信號A、B組的輸出信號分別送入加JH5004的“基本運算單元”的加法器，將相加之后的信號

27、送入JH5004的“線性時不變系統(tǒng)”單元，記錄觀察所得到的系統(tǒng)響應；（7） 比較3、4兩步所得到結(jié)果，并對之進行分析；觀察三四的圖像可知模擬信號經(jīng)過時不變系統(tǒng)以后，系統(tǒng)響應的波形并未發(fā)生改變，但頻率增加。2、 時不變特性觀察：（4） 按1.3節(jié)設置信號產(chǎn)生模塊為模式2。（5） 通過信號選擇鍵1，使對應的 “信號A組”輸出間隔正負脈沖信號（信號A組的信號輸出指示燈為001001）。（6） 將模擬A組的輸出信號加到JH5004的“線性時不變系統(tǒng)”單元，記錄觀察所得到的系統(tǒng)響應。觀察不同延時的輸入沖擊串與輸出信號延時的時間關系；3、 微分特性觀察：（3） 通過信號選擇鍵1使 “信號A組”輸出正負指數(shù)

28、脈沖信號（A組信號輸出指示燈為001110），通過信號選擇鍵2使“信號B組”輸出“正負指數(shù)脈沖積分信號”（B組信號輸出指示燈為001111），這個信號是前一個信號的積分。（4） 將模擬A組的輸出信號與模擬B組的輸出信號加到JH5004的“線性時不變系統(tǒng)”單元的兩個相同系統(tǒng)上，用示波器分別記錄所得到的系統(tǒng)響應，并比較這兩個響應； 4、 因果性觀察：通過信號選擇鍵1，使對應的 “信號A組”輸出正負鋸齒信號（信號A組的信號輸出指示燈為010100）。將模擬A組的輸出信號加到JH5004的“線性時不變系統(tǒng)”單元，記錄觀察所得到的系統(tǒng)響應。觀察輸入信號時刻與對應輸出信號時刻的相對時間關系；四、實驗結(jié)果分

29、析及思考1、 對實驗測量結(jié)果進行分析。答：通過實驗，可以觀察并分析得，線性時不變系統(tǒng)具有如下性質(zhì)：（1） 疊加性：若激勵e1(t)與e2(t)產(chǎn)生的響應分別為r1(t)， r2(t)，則激勵e1(t)+e2(t)產(chǎn)生的響應即為r1(t)+r2(t)。（2） 均勻性：若激勵e(t)產(chǎn)生的響應為f(t)，則激勵ke(t)產(chǎn)生的響應為kf(t)。（3） 時不變性： 若激勵e(t)產(chǎn)生的響應為y(t)，則激勵r(t-t0)產(chǎn)生的響應即為r(t-t0)，此性質(zhì)稱為不變性，也稱定常性或延遲性。它說明，當激勵e(t)延遲時間t0時，其響應r(t)也延遲時間t0，且波形不變。（4） 微分性：若激勵e(t)產(chǎn)生

30、的響應為r(t)，則激勵e(t)產(chǎn)生的響應即r(t),此性質(zhì)即為微分性。（5） 積分性：若激勵e(t)產(chǎn)生的響應為r(t)，則激勵e(t)的積分產(chǎn)生的響應即為r(t)的積分。此性質(zhì)稱為積分性。（6） 因果性：因果系統(tǒng)是指系統(tǒng)在時刻的響應只與和時刻的輸入有關。也就是說，激勵是產(chǎn)生響應的原因，響應是激勵引起的后果，這種特性稱為因果性。2、 利用JH5004的一個輸出信號，并結(jié)合以前所學的基本運算模塊的特性，設計驗一個證線性時不變系統(tǒng)的微分特性的實驗方案。 答：實驗方案通過信號選擇鍵1使 “信號A組”輸出“正負指數(shù)脈沖積分信號”， 加到JH5004的“線性時不變系統(tǒng)”單元上，將輸出信號加到微分器的輸

31、入端，用示波器分別記錄所得到的系統(tǒng)響應，記為人r1(t)。再將“信號A組”輸出“正負指數(shù)脈沖積分信號”先通過微分器，再將輸出信號JH5004的“線性時不變系統(tǒng)”單元上，用示波器觀察的到的系統(tǒng)響應，記為r2(t)。比較r1(t)和r2(t)，觀察它是否相等。隨后將信號A組輸出信號換成正弦信號，負指數(shù)信號，鐘形信號等重復上述步驟，得出結(jié)論。通過信號選擇鍵2使“信號B組”輸出“正負指數(shù)脈沖積分信號”（B組信號輸出指示燈為001111），這個信號是前一個信號的積分。將模擬A組的輸出信號與模擬B組的輸出信號加到JH5004的“線性時不變系統(tǒng)”單元的兩個相同系統(tǒng)上，用示波器分別記錄所得到的系統(tǒng)響應，并比較

32、這兩個響應；實驗五 零輸入響應與零狀態(tài)響應分析一、實驗內(nèi)容觀察并掌握電路的的零狀態(tài)響應與零輸入響應；電路的響應一般可分解為零輸入響應和零狀態(tài)響應。首先先考察一個實例：在下圖中由RC組成一電路，電容兩端有起始電壓，激勵源為。則系統(tǒng)響應電容兩端電壓：上式中第一項稱之為零輸入響應，與輸人激勵無關，零輸入響應是以初始電壓值開始，以指數(shù)規(guī)律進行衰減。第二項與起始儲能無關，只與輸入激勵有關，被稱為零狀態(tài)響應。在不同的輸入信號下，電路會表征出不同的響應。二、實驗過程1、 系統(tǒng)的零輸入響應特性觀察：（1） 通過信號選擇鍵選擇信號發(fā)生器為模式2，對應的脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生周期為35ms的方波信號。用短路線將脈沖信

33、號輸出端與“零輸入響應與零狀態(tài)響應”單元的X1端口相連，用脈沖信號作同步，觀察輸出信號的波形。（2） 同上步，將信號產(chǎn)生模塊中脈沖信號輸入到X2、X3端口，用脈沖信號作同步，分別觀察輸出信號的波形。注：對于周期較長的脈沖方波信號，可以近似認為在脈沖信號高電平的后沿，電路的電容已完成充電。當進入脈沖信號的低電平階段時，相當于此時激勵去掉。電路在該點之后將產(chǎn)生零輸入響應。因而對零輸入響應的觀察應在脈沖信號的低電平期間。2、 系統(tǒng)的零狀態(tài)響應特性觀察：（1） 通過信號選擇鍵選擇信號發(fā)生器為模式2，對應的脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生周期為35ms的方波信號。用短路線將脈沖信號輸出端與“零輸入響應與零狀態(tài)響應”單

34、元的X1端口相連，用脈沖信號作同步，觀察輸出信號的波形。（2） 同上步，將信號產(chǎn)生模塊中脈沖信號輸入到X2、X3端口，用脈沖信號作同步，分別觀察輸出信號的波形。注：對于周期較長的脈沖方波信號，可以近似認為在脈沖信號低電平期間，電路的電容已完成放電。當進入脈沖信號的高電平階段時，相當于此時激勵加上。電路在該點之后將產(chǎn)生零狀態(tài)響應。因而對零狀態(tài)響應的觀察應在脈沖信號的高電平期間。三、實驗數(shù)據(jù)1、 系統(tǒng)的零輸入響應特性觀察：（1） 通過信號選擇鍵選擇信號發(fā)生器為模式2，對應的脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生周期為35ms的方波信號。用短路線將脈沖信號輸出端與“零輸入響應與零狀態(tài)響應”單元的X1端口相連，用脈沖信號

35、作同步，觀察輸出信號的波形。 （2） 同上步，將信號產(chǎn)生模塊中脈沖信號輸入到X2、X3端口，用脈沖信號作同步，分別觀察輸出信號的波形。2、 系統(tǒng)的零狀態(tài)響應特性觀察：（1） 通過信號選擇鍵選擇信號發(fā)生器為模式2，對應的脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生周期為35ms的方波信號。用短路線將脈沖信號輸出端與“零輸入響應與零狀態(tài)響應”單元的X1端口相連，用脈沖信號作同步，觀察輸出信號的波形。（2） 同上步，將信號產(chǎn)生模塊中脈沖信號輸入到X2、X3端口，用脈沖信號作同步，分別觀察輸出信號的波形。四、實驗結(jié)果分析及思考1、 敘述如何觀察系統(tǒng)的零輸入響應？答：從激勵的方波信號的一個下降沿起，到下一個方波信號的上升沿，觀察

36、這個區(qū)間的響應波形。如果這段時間的響應是以指數(shù)形式衰減的，則說明它是零輸入響應。2、 理論分析相應連續(xù)信號在該電路下的零狀態(tài)，并與實際實驗結(jié)果進行對照比較。答：理論上，零狀態(tài)響應以的規(guī)律變化，實驗結(jié)果波形圖符合該規(guī)律。 實驗六 二階串聯(lián)、并聯(lián)諧振系統(tǒng)一、實驗內(nèi)容1、 掌握二階串聯(lián)、并聯(lián)諧振電路的基本構成；2、 掌握二階串聯(lián)、并聯(lián)諧振電路的S平面分析方法；3、 掌握二階串聯(lián)、并聯(lián)諧振電路特征參數(shù)的物理含義；在電路中電容、電感兩類儲能元件可構成二階串聯(lián)、并聯(lián)系統(tǒng)，如下圖所示。在無線電技術中，常利用它們的這一特性構成帶通、帶阻等濾波網(wǎng)絡。二階諧振網(wǎng)絡是構成濾波器的基礎，在實際電路中使用十分廣泛。并聯(lián)

37、諧振網(wǎng)絡的三個物理參數(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，R越大，通帶越窄；反之通帶越寬。二、實驗過程1、 串聯(lián)諧振電路頻響特性的觀察：（1） 調(diào)整低頻信號源產(chǎn)生一正弦輸出信號，信號電平為2Vpp，信號的頻率范圍為0Hz500KHz。（2） 將低頻信號產(chǎn)生的輸出信號加到串聯(lián)諧振單元的X輸入端，同時用示波器測量輸入、輸出信號的波形；（3） 改變信號源的輸出頻率，觀察輸出信號幅度的變化，并將各頻率的幅度記錄下

38、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，重復上述實驗，并分析實驗結(jié)果；2、 并聯(lián)諧振電路頻響特性的觀察：（1） 調(diào)整低頻信號源產(chǎn)生一正弦輸出信號，信號電平為2Vpp，信號的頻率范圍為0Hz500KHz。（2） 將低頻信號產(chǎn)生的輸出信號加到并聯(lián)諧振單元的X輸入端，同時用示波器測量輸入、輸出信的波形；（3） 改變信號源的輸出頻率，觀察輸出信號幅度的變化，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，重復上述實驗，并分析實驗結(jié)果；三、實驗數(shù)據(jù)1、 串聯(lián)諧振電路頻響特性的

39、觀察：（1） 調(diào)整低頻信號源產(chǎn)生一正弦輸出信號，信號電平為2Vpp，信號的頻率范圍為0Hz500KHz。（2） 將低頻信號產(chǎn)生的輸出信號加到串聯(lián)諧振單元的X輸入端，同時用示 波器測量輸入、輸出信號的波形；（3） 改變信號源的輸出頻率，觀察輸出信號幅度的變化，并將各頻率的幅度記錄下來；2、 并聯(lián)諧振電路頻響特性的觀察：（1） 調(diào)整低頻信號源產(chǎn)生一正弦輸出信號，信號電平為2Vpp，信號的頻率范圍為0Hz500KHz。（2） 將低頻信號產(chǎn)生的輸出信號加到并聯(lián)諧振單元的X輸入端，同時用示波器測量輸入、輸出信的波形；（3） 改變信號源的輸出頻率，觀察輸出信號幅度的變化，并將各頻率的幅度記錄下來；四、實驗

40、結(jié)果分析及思考1、分析電阻對串聯(lián)諧振電路參數(shù)影響？對幅頻特性有影響，R越大，幅頻越大，還對電路的Q值有影響，Q=WL/R2、分析電阻對并聯(lián)諧振電路參數(shù)影響？對幅頻特性有影響，R越大，幅頻越大、小，還對電路的Q值有影響，Q=WL/R3、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：一.并聯(lián)諧振電路:當外來頻率加于一并聯(lián)諧振電路時,它有以下特性:1.當外加頻率等于其諧振頻率時并聯(lián)諧振電路阻抗呈純電阻性，且有最大值；當外加頻率等于其諧振頻率時串聯(lián)諧振電路阻抗呈純電阻性，且有最少值。2.當外加頻率高于其諧振頻率時，并聯(lián)諧振電路阻抗呈容性，相當于一個電容；當外加頻率高于其諧振頻率時，串聯(lián)諧振電路阻

41、抗呈感性，相當于一個電感線圈.3.當外加頻率低于諧振頻率時,這時并聯(lián)諧振電路呈感性,相當于一個電感線圈；當外加頻率低于諧振頻率時,這時串聯(lián)諧振電路呈容性,相當于一個電容所以當串聯(lián)或并聯(lián)諧振電路不是調(diào)節(jié)在信號頻率點時,信號通過它將會產(chǎn)生相移.(即相位失真)實驗七 信號的抽樣與恢復（）一、實驗內(nèi)容1、 驗證抽樣定理2、 觀察了解PAM信號形成的過程；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。在滿足抽樣定理的條件下，抽樣信號保留了原信號的全部信息，并且從抽樣信號中可以無失真地恢復出原始信號。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

42、。數(shù)字通信系統(tǒng)是以此定理作為理論基礎。抽樣過程是模擬信號數(shù)字化的第一步，抽樣性能的優(yōu)劣關系到通信設備整個系統(tǒng)的性能指標。抽樣定理指出，一個頻帶受限信號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。抽樣信號的時域與頻域變化過程如下圖所示。二、實驗過程按1.3節(jié)的方法設置JH5004信號產(chǎn)生模塊為模式1，在該模式下在正弦信號16KHz、32KHZ輸出端產(chǎn)生相應的信號輸出，同時在信號A組產(chǎn)生1KHz信號，在信號B組產(chǎn)生125KHZ信號輸出，以及PAM所需的抽樣時鐘。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

43、量采樣信號的頻率。2、 模擬信號的加入：用短路線將“信號A組”輸出1KHz正弦信號與“PAM抽樣定理”模塊的信號輸入X端相連。3、 信號采樣的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的采樣序列，用示波器比較采樣序列與原始信號的關系、及采樣序列與采樣沖擊串之間的關系。4、 PAM信號的恢復：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出的模擬信號，用示波器比較恢復出的信號與原始信號的關系與差別。5、 用短路器連接“PAM抽樣定理”模塊的A與C端，重復上述實驗。三、實驗數(shù)據(jù)

44、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，測量采樣信號的頻率。2、 模擬信號的加入：用短路線將“信號A組”輸出1KHz正弦信號與“PAM抽樣定理”模塊的信號輸入X端相連。3、 信號采樣的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的采樣序列，用示波器比較采樣序列與原始信號的關系、及采樣序列與采樣沖擊串之間的關系。4、 PAM信號的恢復：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出的模擬信號，用示波器比較恢復出的信號與原始

45、信號的關系與差別。四、實驗結(jié)果分析及思考1、 在實驗電路中，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譜的形狀是怎樣的？答：沖擊序列的采樣信號頻譜是一個個等距的窄矩形。2、 用短路器連接“PAM抽樣定理”模塊的A與C端，由外部信號源產(chǎn)生一65KHz的正弦信號送入“PAM抽樣定理”模塊中，再將采樣序列送入低通濾波器，用示波器測量恢復出來的信號是什么？為什么？答：恢復出來的是原信號，因為、待取樣信號必須是時限信號且取樣頻率需要大于等于原信號的2倍。由抽樣定理的性質(zhì)可知，可以無失真的恢復原始信號。實驗八 一階網(wǎng)絡特性測量一、實驗內(nèi)容測量一階網(wǎng)絡波特圖和一階網(wǎng)絡單位階躍響應，掌握

46、一階網(wǎng)絡的系統(tǒng)響應特性。在電路系統(tǒng)中，一階系統(tǒng)是構成復雜系統(tǒng)的基本單元。學習一階系統(tǒng)的特點有助于對一般系統(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。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)響應呈低通方式，其3dB帶寬點。系統(tǒng)的波特圖如下圖：一階低通系統(tǒng)的單位沖擊響應與單位階躍響應如下圖：二、實驗過程一階網(wǎng)絡波特圖的測量：（1） 首先用低頻信號源產(chǎn)生一正弦信號，輸出信號幅度為2Vpp。加入到“一階網(wǎng)絡”模塊的X輸入端。（2） 用示波器測量一階網(wǎng)絡的輸出信號Y(t)。（3） 然后從低頻開始不斷增加信號源的輸出頻率（1KHz一個步進），并保持其輸出幅度

47、不變，測量相應頻點一階網(wǎng)絡的輸出信號，并記錄下輸出信號的幅度、輸入信號與輸出信號的相位差。以頻率與輸出幅度（可換算成相對0點的相對電平值，其單位為dB）為變量畫出一曲線，同時以頻率與輸入輸出信號相位差為變量畫出一曲線。這兩條曲線即為一階網(wǎng)絡的波特圖。1、 一階網(wǎng)絡單位階躍響應測量：（1） 按1.3節(jié)使JH5004信號產(chǎn)生模塊處于模式2，在該模式下，脈沖信號輸出端產(chǎn)生一周期為45ms的方波信號。（2） 將脈沖信號加入到“一階網(wǎng)絡”模塊的X1輸入端。用示波器測量一階網(wǎng)絡的單位階躍響應。2、 用二次開發(fā)模塊的元件，改變一階網(wǎng)絡的元件參數(shù)，重復上述實驗。實驗思考三、實驗數(shù)據(jù)1、 一階網(wǎng)絡波特圖的測量：（1） 首先用低頻信號源產(chǎn)生一正弦信號，輸出信號幅度為2Vpp。加入到“一階網(wǎng)絡”模塊的X輸入端。（2） 用示波器測量一階網(wǎng)絡的輸出信號Y(t)。（3） 然后從低頻開始不斷增加信號源的輸出頻率（1KHz一個步進），并保持其輸出