信號(hào)通過(guò)線性系統(tǒng)的特征分析實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、信號(hào)通過(guò)線性系統(tǒng)的特性分析學(xué)號(hào)：1028401083姓名：趙靜怡一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)母拍钜约盁o(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)木€性系統(tǒng)滿足的條件2、分析無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)木€性系統(tǒng)輸入、輸出頻譜特性，給出系統(tǒng)的頻譜特性3、掌握系統(tǒng)幅頻特性的測(cè)試及繪制方法二、實(shí)驗(yàn)原理通過(guò)頻譜分析可以看出，在一般情況下線性系統(tǒng)的響應(yīng)波形與激勵(lì)波形是不同的，即：信號(hào)在通過(guò)線性系統(tǒng)傳輸?shù)倪^(guò)程中產(chǎn)生了失真。線性系統(tǒng)引起的信號(hào)失真是由兩方面的因素造成的，一是系統(tǒng)對(duì)信號(hào)中各頻率分量的幅度產(chǎn)生不同程度的衰減，使響應(yīng)各頻率分量的相對(duì)幅度產(chǎn)生變化，造成幅度失真；一是系統(tǒng)對(duì)各頻率分量產(chǎn)生的相移不與頻率成正比，是響應(yīng)各頻率分量在時(shí)間軸上的相對(duì)位置產(chǎn)生

2、變化，造成相位失真。線性系統(tǒng)的幅度失真一相位失真都不產(chǎn)生新的頻率分量。對(duì)于非線性系統(tǒng)，由于其非線性特性，對(duì)于傳輸信號(hào)產(chǎn)生非線性失真，非線性失真可能產(chǎn)生新的頻率分量。為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏敚€性系統(tǒng)應(yīng)該滿足：R(jw)二kE(jw)e-jwto在信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏敃r(shí)，系統(tǒng)函數(shù)應(yīng)該為：H(jw)二kejwto因此，為了實(shí)現(xiàn)任意信號(hào)通過(guò)線性系統(tǒng)不產(chǎn)生波形失真，該系統(tǒng)應(yīng)滿足一下兩個(gè)理想條件：Hjw)kQ(w)wt若RC=RC，該系統(tǒng)無(wú)線性失真。1122三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用Multisim研究線性電路的非線性失真繪制測(cè)量電路R1220C2C210nFV1PULSE0.06msec0.1msec1R2C1220Q1

3、0nF0無(wú)失真?zhèn)鬏斁€性系統(tǒng)當(dāng)R220Q、lk、4k分別觀測(cè)傳輸線性系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特2性，繪出幅頻特性和相頻特性曲線。如上圖，加上BIP0LAR_V0LTAGE信號(hào)源Circuit1o50.DkLW.OMkPlLae(de3)150DDiik2佃XiDOk（3）分別輸入占空比60%頻率為lK、0k、50k,幅度IV的方波,R2=220Q,1000Q,4000Q分別觀測(cè)輸入和輸出信號(hào)4個(gè)周期的波形，分別畫(huà)出曲線。R1220Q2C210nFV11kHz1V1R2C1220Q10nF0仿真電路圖輸入1k方波時(shí)，R2=220Q,1000Q,4000Q的輸入和輸出信號(hào)的波形：LEGEMQ同輯何輸出電

4、=1頁(yè)（K1廚輸己R2WFDU廚雯竺彗輸入10k方波時(shí)，R2=220Q,1000Q,4000Q的輸入和輸出信號(hào)的波形：LEGEH&MR2=1DG(K1輸入10k方波時(shí)，R2=200Q,1000Q,4000Q的輸入和輸出信號(hào)的波形：（4）根據(jù)（2）（3）的仿真結(jié)果，分析R2=220Q,1000Q,4000Q三種電路的失真/非失真現(xiàn)象（什么情況失真？什么情況不失真（近似）。通過(guò)（2）的仿真結(jié)果，在幅頻特性曲線上，當(dāng)R=220Q時(shí)，輸2出幅度是輸入幅度的整數(shù)倍，基本是一條直線。而隨著電阻的變大，不足滿足上述條件，則失真度會(huì)越來(lái)越大。在相頻特性曲線上，理想情況應(yīng)該是過(guò)原點(diǎn)的一條直線，我們可以看到在傳輸

5、有限頻寬的信號(hào)時(shí)，R=220Q時(shí)，最接近直線，隨著電阻的增大，失真度越來(lái)越大。2通過(guò)（3）的仿真結(jié)果，我們可以清楚的看到，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率不變時(shí)，R=220Q時(shí)，基本不失真，隨著電阻的增大，越來(lái)越不符2合RC=RC，失真度越來(lái)越嚴(yán)重。而保持電阻不變的情況下，隨著輸1122入信號(hào)的頻率增大，失真度也越來(lái)越大。綜上所述，只有R越符合RC=RC這個(gè)條件，那么失真度越小，21122隨著R越來(lái)越遠(yuǎn)離這個(gè)條件，那么失真現(xiàn)象也會(huì)越嚴(yán)重。2在測(cè)試實(shí)驗(yàn)板上測(cè)量，R4k。信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生周期矩形信號(hào)，2周期T100ys，脈沖寬度，=60Ms，脈沖幅度V5V；采用示波器測(cè)量p濾波器輸入、輸出信號(hào)的時(shí)域波形；用選頻電平

6、表測(cè)量待調(diào)試的系統(tǒng)輸入、輸出信號(hào)的頻譜，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。說(shuō)明輸入、輸出的差異，為什么？該電路具有什么特性？根據(jù)下圖焊接電路，電容為實(shí)際測(cè)量值。將信號(hào)發(fā)生源連接示波器,調(diào)處周期T100ys，脈沖寬度,60ys，脈沖幅度V5V的周期性矩形p信號(hào)。R1220QV1C10V5V0.06msec0.1msecR2_4kQ9.61nF實(shí)驗(yàn)測(cè)試電路圖將電源兩端接入信號(hào)發(fā)生器，同時(shí)將電源兩端接入選頻電平表。測(cè)量完成輸入電壓后，將電容C1兩端接入選頻電平表，測(cè)量輸出電壓。測(cè)量后將數(shù)值填入下表。頻率KHz輸入電壓（mV）輸出電壓（mV）103930354020990830309307204084060050210

761803902309027015010018099.8411029016012012.436.0313023012014010051.8通過(guò)上表，在origin中畫(huà)出輸入輸出信號(hào)頻譜。4000-3000-2000-1000-口20406080W012014-0160輸入頻率CkHz)待調(diào)試的系統(tǒng)輸入信號(hào)的頻譜待調(diào)試的系統(tǒng)輸出信號(hào)的頻譜通過(guò)信號(hào)輸入輸出頻譜可知，兩者的包絡(luò)線基本一致，但是輸出信號(hào)的幅度比輸入信號(hào)的幅度小，所以可以得知信號(hào)已經(jīng)發(fā)生失真。采用示波器測(cè)量濾波器輸入信號(hào)的時(shí)域波形:采用示波器測(cè)量濾波器輸出信號(hào)的時(shí)域波形:通過(guò)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)波形的直接對(duì)比，我們可以明顯的看出從方波信號(hào)的形狀發(fā)生改變，信號(hào)發(fā)生了失真。本電路具有低通濾波的功能，讓低頻信號(hào)能順利通過(guò)，而高頻信號(hào)則會(huì)被衰減或阻隔。四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，首先了解了無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)母拍钜约盁o(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)木€性系統(tǒng)應(yīng)滿足的條件。保持Rl,Cl,C2的不變，通過(guò)調(diào)整R2的值，可以使失真度不斷變大。學(xué)會(huì)通過(guò)示波器，調(diào)整占空比。學(xué)會(huì)通過(guò)幅頻特性和相頻特性曲線，分析信號(hào)的失真程度。根據(jù)輸入輸出信號(hào)頻譜，輸出頻譜比輸入頻譜幅度減小，分析信號(hào)的失真程度。學(xué)會(huì)正確使用選頻電平表，通過(guò)信號(hào)發(fā)生器穩(wěn)定基頻頻率，調(diào)整選頻電平表，測(cè)量電壓值，