信號(hào)與控制綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告信號(hào)與系統(tǒng)基本實(shí)驗(yàn)(共45頁)

1、信號(hào)與控制綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告信號(hào)部分 PAGE PAGE 48電氣學(xué)科大類 2013級(jí)信號(hào)(xnho)與控制綜合(zngh)實(shí)驗(yàn)課程(kchng)實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告(基本實(shí)驗(yàn)一:信號(hào)與系統(tǒng)基本實(shí)驗(yàn))姓 名 學(xué) 號(hào) 專業(yè)班號(hào) 同組者1 學(xué) 號(hào) 專業(yè)班號(hào) 指導(dǎo)教師日 期 2014年11月 實(shí)驗(yàn)成績評(píng) 閱 人實(shí)驗(yàn)(shyn)評(píng)分表基本實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)編號(hào)名稱/內(nèi)容實(shí)驗(yàn)分值評(píng)分實(shí)驗(yàn)一 常用信號(hào)的觀察實(shí)驗(yàn)二 零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)及完全響應(yīng)實(shí)驗(yàn)五 無源濾波器與有源濾波器實(shí)驗(yàn)六 LPF、HPF、BPF、BEF間的變換實(shí)驗(yàn)七 信號(hào)的采樣與恢復(fù)實(shí)驗(yàn)八 調(diào)制與解調(diào)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱/內(nèi)容實(shí)驗(yàn)分值評(píng)分創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱/內(nèi)容實(shí)驗(yàn)分

2、值評(píng)分教師評(píng)價(jià)意見總分目 錄實(shí)驗(yàn)(shyn)一 常用(chn yn)信號(hào)的觀察 4一 實(shí)驗(yàn)(shyn)目的4二 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與原理4三 實(shí)驗(yàn)步驟 4四 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果5五 實(shí)驗(yàn)分析與討論7實(shí)驗(yàn)二 零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)及完全響應(yīng)8一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與原理8三 實(shí)驗(yàn)步驟9四 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果10五 實(shí)驗(yàn)分析與討論11六 思考題 11實(shí)驗(yàn)五 無源濾波器與有源濾波器12一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?12二 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與原理 12三 實(shí)驗(yàn)步驟13四 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果 13五 實(shí)驗(yàn)分析與討論19六 思考題 19實(shí)驗(yàn)六 LPF、HPF、BPF、BEF間的變換20一 實(shí)驗(yàn)(shyn)目的 20二 實(shí)驗(yàn)(shyn)內(nèi)容與原理2

3、0三 實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟22四 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果22五 實(shí)驗(yàn)分析與討論 26六 思考題26實(shí)驗(yàn)七 信號(hào)的采樣與恢復(fù)27一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?7二 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與原理27三 實(shí)驗(yàn)步驟30四 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果34五 實(shí)驗(yàn)分析與討論35實(shí)驗(yàn)八 調(diào)制與解調(diào) 36一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?6二 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與原理36三 實(shí)驗(yàn)步驟39四 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果40五 實(shí)驗(yàn)分析與討論41六 思考題41心得與自我評(píng)價(jià)42參考文獻(xiàn)43實(shí)驗(yàn)(shyn)一 常用(chn yn)信號(hào)的觀察一、實(shí)驗(yàn)(shyn)目的了解常見信號(hào)的波形特點(diǎn)以及常見信號(hào)有關(guān)參數(shù)的測量；學(xué)習(xí)使用函數(shù)發(fā)生器發(fā)出要求波形，學(xué)會(huì)用示波器觀察常見信號(hào)，并測量信號(hào)的幅值、頻率等參數(shù)二、實(shí)驗(yàn)

4、內(nèi)容與原理用示波器觀察正弦波、方波、三角波、鋸齒波等常用的周期信號(hào)，從示波器上觀察信號(hào)的波形，測量出信號(hào)的幅值、頻率。三、實(shí)驗(yàn)步驟1接通函數(shù)發(fā)生器和數(shù)字示波器電源，將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出端與示波器的CH1通道相連。2調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器，通過波形選擇，分別讓函數(shù)發(fā)生器輸出正弦波、方波、三角波和鋸齒波，通過示波器觀察其波形并截取波形，改變信號(hào)的峰峰值和頻率，觀察波形的變化。四、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果圖1.1 正弦波信號(hào)(xnho)正弦波信號(hào)(xnho)的波形圖如圖1.1所示。從圖1.1中可以(ky)看出，CH1的Y增益為,X增益2.5 ,于是得到輸入正弦信號(hào)的峰-峰值為：周期為： 該正弦信號(hào)的頻率為：角速度為：

5、從而可寫出該正弦信號(hào)的函數(shù)表達(dá)式為：圖1.2 三角(snjio)波信號(hào)三角(snjio)波信號(hào)的波形圖如圖1.2所示。從圖1.2中可以(ky)看出，CH2的Y增益為,X增益,可以直接讀出得到輸入三角波信號(hào)的峰-峰值為：周期為：三角波信號(hào)的頻率為：于是可以可寫出該三角波信號(hào)的函數(shù)表達(dá)式為：其中，k為整數(shù)，公式中為國際單位。圖1.3 方波信號(hào)(xnho)方波信號(hào)(xnho)的波形圖如圖1.3所示。從圖1.3中可以(ky)看出，CH2的X增益為,于是可以得到輸入方波信號(hào)的峰-峰值為：周期為：由此可得該方波信號(hào)的頻率為：于是可以可寫出該方波信號(hào)的函數(shù)表達(dá)式為：其中，k為整數(shù)，公式中為國際單位。圖1.4

6、 鋸齒(jch)波信號(hào)從圖1.4中可以(ky)看出，CH2的X增益(zngy)，直接得到輸入鋸齒波信號(hào)的峰-峰值,鋸齒波信號(hào)的周期為：，該鋸齒波信號(hào)的頻率為：, 五、結(jié)果分析與討論第一次實(shí)驗(yàn)為常用信號(hào)的觀察，目的在于讓我們了解函數(shù)發(fā)生器和示波器儀器的使用，特別是要了解函數(shù)發(fā)生器波形的轉(zhuǎn)換，參數(shù)的調(diào)節(jié)，以及各項(xiàng)參數(shù)的具體意義和影響，例如偏移量的作用等等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中有觀察組合函數(shù)波形的要求，這個(gè)則是對我們示波器使用的要求，學(xué)會(huì)使用示波器的各項(xiàng)功能和測量數(shù)據(jù)的方法。說到底，此次實(shí)驗(yàn)是為以后打基礎(chǔ)的，是對我們做實(shí)驗(yàn)最基本能力的要求。實(shí)驗(yàn)二 零輸入、零狀態(tài)(zhungti)及完全響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)(shyn)

7、目的了解(lioji)掌握零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的原理，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)電路方案的設(shè)計(jì)方法。用示波器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)曲線，提高操作示波器的能力。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與原理（參考教材30頁）如圖2.1所示一階電路, 若設(shè)電容初始時(shí)刻電壓為，輸入直流電壓為，則其電路方程為：解此微分方程可得：其中，等式中右邊第一項(xiàng)為零狀態(tài)響應(yīng)，第二項(xiàng)為零輸入響應(yīng)，全響應(yīng)為二者之和，三種響應(yīng)過程曲線如圖2.2所示。圖2.1 零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路圖零狀態(tài)響應(yīng)完全響應(yīng)零輸入響應(yīng)圖2.2 零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)曲線三、實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟1.連接數(shù)字示波器、實(shí)驗(yàn)(shy

8、n)電路板和函數(shù)發(fā)生器，接通各部分(b fen)電源。2斷開，閉合，電容器充電；當(dāng)充到5v后，斷開，閉合，電容放電，得到零輸入響應(yīng)曲線。 3等步驟2中放電完成后，斷開，閉合，電容充電，得到零狀態(tài)響應(yīng)曲線。4只閉合對電容放電后，斷開，閉合,充電至5v后，斷開，再閉合，得到完全響應(yīng)曲線。四、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果實(shí)驗(yàn)各個(gè)(gg)曲線如以下(yxi)各圖所示。圖2.3 零輸入響應(yīng)(xingyng)曲線圖2.4 零狀態(tài)響應(yīng)曲線圖2.5 全響應(yīng)(xingyng)曲線 從以上(yshng)零輸入、零狀態(tài)、完全響應(yīng)(xingyng)曲線可以看出，完全響應(yīng)曲線是零輸入響應(yīng)曲線和零狀態(tài)響應(yīng)曲線的疊加，與理論相符。五、結(jié)

9、果分析與討論本實(shí)驗(yàn)探討零輸入、零狀態(tài)及完全響應(yīng)，通過改變電路上的開關(guān)組合狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)。驗(yàn)證了大一時(shí)期學(xué)習(xí)的電路理論的基礎(chǔ)知識(shí)，使我們對零輸入，零狀態(tài)及完全響應(yīng)的產(chǎn)生和現(xiàn)象的有了具體和直觀的認(rèn)識(shí)。學(xué)習(xí)只停留在理論一定會(huì)是空洞的，是不完整的，只有經(jīng)過了自己的親身驗(yàn)證才能真正領(lǐng)略到知識(shí)的魅力，才能真正產(chǎn)生學(xué)習(xí)的興趣，才能真正投入其中。六、思考題1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)定性是否相同？為什么？答：不相同。 因?yàn)榱爿斎腠憫?yīng)與輸入激勵(lì)無關(guān)，零輸入響應(yīng)是從電容初始電壓值開始以指數(shù)規(guī)律進(jìn)行衰減，其過程只和電路結(jié)構(gòu)有關(guān)，只要電路自身是穩(wěn)定的，零輸入響應(yīng)就是穩(wěn)定的；而零狀態(tài)響應(yīng)只與輸入激勵(lì)有關(guān)，與起始

10、儲(chǔ)能無關(guān)，在不同的輸入信號(hào)下，電路會(huì)表征出不同的響應(yīng)。所以零狀態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)定性不僅和電路結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與輸入的信號(hào)有關(guān)。實(shí)驗(yàn)(shyn)五 無源(w yun)與有源濾波器一、實(shí)驗(yàn)(shyn)目的了解無源和有源LPF(低通濾波器)、無源和有源HPF(高通濾波器)、無源和有源BPF(帶通濾波器)、無源和有源BEF(帶阻濾波器)基本結(jié)構(gòu)及其特性，通過設(shè)計(jì)電路，測量這些濾波器的幅頻特性，分析比較無源和有源濾波器的濾波特性。掌握無源和有源濾波器參數(shù)的設(shè)計(jì)方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與原理(參考教材36-37頁)濾波器是一種能讓某些頻率的信號(hào)通過，而抑制某些頻率的信號(hào)的二端口網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)可以由RLC元件或RC元件構(gòu)成

11、的無源濾波器，也可由RC元件和有源器件構(gòu)成的有源濾波器。根據(jù)幅頻特性所表示的通過或阻止信號(hào)頻率范圍的不同，濾波器可分為低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（BPF）、和帶阻濾波器（BEF）四種。各種濾波器的幅頻特性曲線如下個(gè)圖所示。BEFBPF圖5.1 四種(s zhn)濾波器的幅頻特性三、實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟1將電路板接通(ji tn)電源，用示波器從總體上先觀察各類濾波器的濾波特性。2實(shí)驗(yàn)時(shí)，在保持濾波器輸入正弦波信號(hào)幅值（Vi）不變的情況下，逐漸改變其頻率，用示波器測量濾波器輸出端的電壓,記錄各次的頻率f和。注意：當(dāng)改變信號(hào)源頻率時(shí)，應(yīng)觀測一下Vi是否保持穩(wěn)定，數(shù)據(jù)如有

12、改變應(yīng)及時(shí)調(diào)整。3按照以上步驟，分別測試無源和有源LPF、HPF、BPF、BEF的幅頻特性。四、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果1. 無源LPF和有源LPF的幅頻特性測量圖5.2 無源(w yun)LPF和有源LPF的幅頻特性曲線表5.1 無源(w yun)LPF和有源LPF的幅頻特性測量從表5.1可以(ky)看出，無源LPF的上限截止頻率約為580Hz,有源LPF的上限截止頻率約為1000Hz,即無源LPF的上限截止頻率略低于有源LPF，這從其幅頻特性曲線圖中也可以明顯的看出。2. 無源HPF和有源HPF的幅頻特性測量表5.2 無源(w yun)HPF和有源HPF的幅頻特性測量圖5.3 無源(w yun)HP

13、F和有源HPF的幅頻特性曲線(qxin)從表5.2中可以看出，無源HPF的下限截止頻率約為4500Hz，有源HPF的下限截止頻率約為2600Hz,可見無源HPF的下限截止頻率略高于有源HPF的上限截止頻率。3. 無源(w yun)BPF和有源BPF的幅頻特性測量(cling)圖5.4 無源(w yun)BPF和有源BPF的幅頻特性表5.3 無源BPF和有源BPF的幅頻特性測量從上圖中還是可以非常清楚的看出帶通的效果，即允許某一段頻率通過，衰減和削弱兩邊的頻率，但是(dnsh)此次實(shí)驗(yàn)的誤差較大，帶通電路(dinl)對允許通過(tnggu)頻率的衰減也略大。4. 無源BPF和有源BPF的幅頻特性

14、測量 表5.4 無源BPF和有源BPF的幅頻特性測量圖5.5 無源(w yun)BEF和有源BEF的幅頻特性曲線從表3.4中可以看出(kn ch)，無源BEF的特征頻率約為1600Hz，上限(shngxin)截止頻率fH=240Hz，下限截止頻率fL=13000Hz；有源BEF的特征頻率為10000Hz，上限截止頻率fH=610Hz，下限截止頻率fL=4000Hz。五、結(jié)果分析與討論有源濾波器比無源濾波器濾波效果更好。這是因?yàn)闊o源濾波器主要由無源元件R、L和C組成，有源濾波器還加入了集成運(yùn)放，集成運(yùn)放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出電阻小，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用，

15、因此有源濾波器的頻率響應(yīng)比無源濾波器更為理想。但有源濾波器也有其問題，在本實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)為，受運(yùn)放增益帶寬積的影響，有源濾波器的穩(wěn)定工作頻率范圍較為有限。六、思考題1示波器所測濾波器的實(shí)際幅頻特性與計(jì)算出的理想幅頻特性有何區(qū)別？答：示波器測出的實(shí)際幅頻特性曲線比較平緩，不像計(jì)算出的理想幅頻特性曲線那樣陡升陡降。這是由于實(shí)際電路往往存在一定延時(shí)性造成的。 示波器測出的實(shí)際幅頻特性的截止頻率點(diǎn)與計(jì)算出的理想幅頻特性有所偏差。這是因?yàn)閷?shí)際電路元件與標(biāo)稱值均有一定的誤差造成的，同時(shí)實(shí)際元器件跟理論上的元器件的理想表現(xiàn)也存在差異。2如果要實(shí)現(xiàn)LPF、HPF、BPF、BEF源濾器之間的轉(zhuǎn)換，應(yīng)如何連接？答：將

16、有源LPF與有源HPF串接即可得到BPF濾波器。將有源LPF與有源HPF的輸出端口接在加法器的兩個(gè)輸入端口，加法器的輸出端口輸出濾波信號(hào)，即構(gòu)成了BEF。實(shí)驗(yàn)(shyn)六 LPF、HPF、BPF、BEF間的變換(binhun)一、實(shí)驗(yàn)(shyn)目的通過本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步理解低通、高通和帶通等不同類型濾波器間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；熟悉低通、高通、帶通和帶阻濾波器的模擬電路，并掌握其參數(shù)的設(shè)計(jì)原則。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與原理1、由于高通濾波器與低通濾波器間有著(yu zhe)下列的關(guān)系：2、帶通濾波器的幅頻特性（）:3、帶阻濾波器的幅頻特性():其中(qzhng)，為LPF的帶寬(di kun)頻率，為HPF的帶寬頻

17、率。用EWB畫出分別用LPF和HPF合成BPF、BEF的模擬電路如下：圖6.1 LPF和HPF合成BPF模擬電路圖圖6.2 LPF和HPF合成(hchng)BEF模擬(mn)電路圖三、實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟1將實(shí)驗(yàn)電路接通電源。2將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出的正弦信號(hào)接入電路中濾波器的輸入端，保持其峰峰值不變，調(diào)節(jié)該正弦信號(hào)頻率（由小到大改變）時(shí),用示波器觀察其低通濾波器輸出峰峰的變化，記錄各頻率與輸出信號(hào)的峰峰值。 3按步驟2，逐步用示波器觀察測量各LPF、HPF、BPF、BEF輸出，并記錄數(shù)據(jù)。四、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果1. 有源LPF+有源HPF合成BPF實(shí)驗(yàn)：表6.1 有源LPF幅頻特性測量(cling

18、)LPF頻率f/HzVo/Vi2015011000.982000.9753000.984000.964200.985000.967000.9410000.8815000.7618000.720000.6625000.5630000.5240000.3860000.27100000.17200000.085400000.06圖6.3 有源LPF幅頻特性曲線(qxin)表6.2 有源BPF的幅頻特性測量(cling)BPF頻率f/HzVo/Vi200.12500.31000.562000.763000.844000.8754200.885000.887000.8710000.8115000.711

19、8000.6520000.6125000.5330000.4740000.3760000.26100000.16200000.0825400000.05從表6.1中可以看出(kn ch)，有源LPF的上限截止頻率fH=1700Hz；從表5.2中可以(ky)看出，有源HPF的下限截止頻率fL=1500Hz。于是可見fHfL, 可合成帶通濾波器。圖6.4 有源BPF幅頻特性曲線(qxin)從表6.3中可以(ky)看出，合成BPF的特征頻率為500Hz,下限(xixin)截止頻率fL=150Hz，上限截止頻率fH=1850Hz,通帶帶寬BW=1700Hz。2.有源LPF+有源HPF合成BEF實(shí)驗(yàn)：表

20、6.4 有源LPF幅頻特性測量LPF頻率f/HzVo/Vi201500.961000.881500.721600.72000.643000.464000.375000.36300.2757000.22510000.1615000.10520000.0830000.05550000.07825圖6.6 有源LPF幅頻特性曲線有源HPF的測量和前面合成BPF的實(shí)驗(yàn)時(shí)用到的HPF一樣。從表6.4可以看出，有源LPF的上限截止頻率fH=160Hz;從表5.2可以看出，有源HPF的下限截止頻率fL=2600Hz，于是fL fH,可以合成帶阻濾波器。圖6.7 合成(hchng)BEF幅頻特性曲線(qxin

21、)表6.5 合成(hchng)BEF幅頻特性測量BEF頻率f/HzVo/Vi201500.971000.8321500.691600.672000.573000.35254000.235000.1856300.17000.25510000.40515000.6120000.7130000.8350000.91從表6.5可得，合成BEF的特征頻率為630Hz,上限截止頻率為130Hz，下限截止頻率為2000Hz。五、實(shí)驗(yàn)(shyn)結(jié)論與分析通過(tnggu)此次(c c)實(shí)驗(yàn)可以清晰地看出實(shí)驗(yàn)所得的現(xiàn)象，即BPF、BEF的幅頻特性曲線與理論分析的曲線基本相符。通過本實(shí)驗(yàn)，使我們對濾波器，特別是

22、帶通濾波器和帶阻濾波器有了更清醒的認(rèn)識(shí)，對其幅頻特性以及相關(guān)之外的計(jì)算也有了更好的掌握；也明白了在何種情況下，低通濾波器和高通濾波器可組成帶通濾波器和帶阻濾波器。六、思考題1由LPF、HPF連接帶通、帶阻濾波器有何條件？答：組成帶通濾波器時(shí)，LPF的高頻截止頻率fH 要高于HPF的低頻截止頻率fL； 組成帶阻濾波器時(shí)，LPF的高頻截止頻率fH低于HPF的低頻截止頻率fL。2有源濾波器與無源濾波器的頻率特性有何不同？答：無源濾波器主要有無源元件R、L和C組成, 有源濾波器由集成運(yùn)放和R、C組成，集成運(yùn)放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出電阻小，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用，

23、因此有源濾波器可以實(shí)現(xiàn)比無源濾波器更為理想的響應(yīng)曲線。但受運(yùn)放增益帶寬積的影響，有源濾波器也有工作頻率范圍的限制。實(shí)驗(yàn)(shyn)七 信號(hào)的采樣與恢復(fù)一、實(shí)驗(yàn)(shyn)目的了解信號(hào)的采樣方法與過程及信號(hào)的恢復(fù)。通過實(shí)驗(yàn)(shyn)驗(yàn)證采樣定理，并掌握采樣周期的基本設(shè)計(jì)原則。掌握根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理框圖設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、自行搭建實(shí)驗(yàn)電路、自行設(shè)計(jì)電路參數(shù)的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與原理（參考教材42-43頁）離散時(shí)間信號(hào)可以從離散信號(hào)源獲得，也可以從連續(xù)時(shí)間信號(hào)經(jīng)采樣而獲得。采樣信號(hào)r(kT)可以看成連續(xù)信號(hào)r(t)和一組開關(guān)函數(shù)S(t)的乘積；S(t)是一組周期性窄脈沖。采樣信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為:其傅立葉變換為

24、：采樣信號(hào)在一定條件下可以恢復(fù)原來的信號(hào)，只要用一個(gè)截止頻率等于原信號(hào)頻譜中最高頻率、增益為T的低通濾波器，濾去信號(hào)中所有的高頻分量，就得到只包含原信號(hào)頻譜的全部內(nèi)容，即低通濾波器的輸出為恢復(fù)后的原信號(hào)原信號(hào)。 得以恢復(fù)(huf)的條件是，其中(qzhng)為采樣(ci yn)頻率，為原信號(hào)占有的頻帶寬度。當(dāng)時(shí)，采樣信號(hào)的頻譜會(huì)發(fā)生混迭，因而無法用低通濾波器獲得原信號(hào)頻譜的全部內(nèi)容。 圖7.1 采樣前后的信號(hào)頻譜圖7.2 采樣(ci yn)前后的信號(hào)頻譜連續(xù)信號(hào)(xnho)的采樣和恢復(fù)過程如圖7.3所示。圖 7.3 信號(hào)(xnho)的采樣與恢復(fù)原理框圖三、實(shí)驗(yàn)步驟1連接(linji)采樣脈沖信

25、號(hào)發(fā)生器、采樣器、低通濾波器組成的采樣與恢復(fù)電路。2利用(lyng)函數(shù)發(fā)生器，輸入頻率為100Hz左右的正弦(zhngxin)信號(hào)（或其它形狀波形的信號(hào)作為被采樣信號(hào)）給信號(hào)采樣與恢復(fù)實(shí)驗(yàn)電路的輸入端，觀察采樣輸出信號(hào)以及通過低通濾波器后的恢復(fù)信號(hào)，記錄各個(gè)波形。3改變被采樣輸入信號(hào)的頻率（分別為 ），再觀察采樣輸出信號(hào)以及通過低通濾波器后的恢復(fù)信號(hào)，記錄各個(gè)波形。4改換被采樣輸入信號(hào)為三角波，再重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。四、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果1.采樣脈沖的波形曲線 圖7.4 采樣脈沖波形從圖7.4中可以讀出，此采樣脈沖的采樣頻率 =1149Hz。2.輸入頻率為100Hz的正弦信號(hào)CH1 100Hz正弦輸入

26、(shr)信號(hào) CH2 采樣后信號(hào)圖7.5 100Hz正弦信號(hào)(xnho)和采樣后信號(hào)CH1 100Hz正弦(zhngxin)輸入信號(hào) CH2 恢復(fù)后信號(hào)圖7.6 100Hz正弦信號(hào)和恢復(fù)后信號(hào)從圖7.6中可以看出，100Hz的正弦信號(hào)經(jīng)采樣、恢復(fù)后基本恢復(fù)成了與原信號(hào)等頻率的正弦信號(hào)，但恢復(fù)后的信號(hào)與原信號(hào)相比，有明顯的相位延遲；同時(shí)，對于本實(shí)驗(yàn)采用的電路，也使信號(hào)的峰峰值發(fā)生變化。3. 輸入頻率為500Hz的正弦信號(hào)CH1 500Hz正弦輸入信號(hào)(xnho) CH2 采樣后信號(hào)圖7.7 500Hz的正弦(zhngxin)信號(hào)和采樣后信號(hào)CH1 500Hz正弦輸入(shr)信號(hào) CH2 恢復(fù)

27、后信號(hào)圖7.8 500Hz的正弦信號(hào)和恢復(fù)后信號(hào)從圖7.7中可以看出，500Hz的正弦信號(hào)經(jīng)采樣、恢復(fù)后完全不能恢復(fù)成正弦信號(hào)，同時(shí)恢復(fù)后的信號(hào)與原信號(hào)在頻率上有非常大的差異，有明顯的相位延遲，與原信號(hào)剛好處于反相位。所以信號(hào)未能得到恢復(fù)。4. 輸入頻率為20Hz的正弦信號(hào)CH1 20Hz正弦輸入信號(hào)(xnho) CH2 采樣后信號(hào)圖7.8 20Hz的正弦(zhngxin)信號(hào)和采樣后信號(hào)CH1 20Hz正弦(zhngxin)輸入信號(hào) CH2 恢復(fù)后信號(hào)圖7.9 20Hz的正弦信號(hào)和恢復(fù)后信號(hào)從圖7.9中可以看出，20Hz的正弦信號(hào)經(jīng)采樣、恢復(fù)后也基本恢復(fù)成了與原信號(hào)等頻率正弦信號(hào)，但恢復(fù)后的

28、信號(hào)與原信號(hào)相比，同時(shí)，對于本實(shí)驗(yàn)采用的電路，也使信號(hào)的峰峰值發(fā)生變化。5.輸入頻率為100Hz的三角波CH1 100Hz三角波輸入信號(hào)(xnho) CH2 采樣后信號(hào)圖7.10 100Hz的三角波信號(hào)(xnho)和采樣后信號(hào)CH1 100Hz三角波輸入信號(hào)(xnho) CH2 恢復(fù)后信號(hào)圖7.11 100Hz的三角波信號(hào)和恢復(fù)后信號(hào)從圖7.11中可以看出，100Hz的三角波信號(hào)經(jīng)采樣、恢復(fù)后基本恢復(fù)成了與原信號(hào)等頻率的三角波信號(hào)，但恢復(fù)后的信號(hào)與原信號(hào)相比，有明顯的相位延遲；同時(shí)，對于本實(shí)驗(yàn)采用的電路，也使信號(hào)的峰峰值發(fā)生變化。6.輸入頻率為30Hz的三角波CH1 30Hz三角波輸入信號(hào)(x

29、nho) CH2 采樣后信號(hào)圖7.12 30Hz的三角(snjio)波信號(hào)和采樣后信號(hào)CH1 30Hz三角波輸入(shr)信號(hào) CH2 恢復(fù)后信號(hào)圖7.13 30Hz的三角波信號(hào)和恢復(fù)后信號(hào)從圖7.13中可以看出，30Hz的三角波信號(hào)經(jīng)采樣、恢復(fù)后也基本恢復(fù)成了與原信號(hào)等頻率三角波信號(hào)，但相位有所改變。 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論與分析根據(jù)采樣信號(hào)的頻率=1149Hz，試驗(yàn)中取分別輸入正弦20Hz、100 Hz、500 Hz、三角信號(hào)的頻率30Hz、100Hz.從實(shí)驗(yàn)所得波形可以看出，100Hz信號(hào)經(jīng)采樣、恢復(fù)后基本恢復(fù)成了與原信號(hào)等頻率信號(hào)，但恢復(fù)后的信號(hào)與原信號(hào)相比，有明顯的相位延遲；同時(shí)，對于本實(shí)驗(yàn)采

30、用的電路，也使信號(hào)的峰峰值發(fā)生變化；500Hz的信號(hào)經(jīng)采樣、恢復(fù)后也基本恢復(fù)成了與原信號(hào)等頻率信號(hào)，但恢復(fù)后的信號(hào)與原信號(hào)相比，有明顯的相位延遲，與原信號(hào)剛好處于反相位；而20Hz的信號(hào)經(jīng)采樣、恢復(fù)后完全不能恢復(fù)成原信號(hào)，同時(shí)恢復(fù)后的信號(hào)與原信號(hào)在頻率上有非常大的差異，所以信號(hào)未能得到恢復(fù)。這結(jié)論與理論情況相符。實(shí)驗(yàn)八 調(diào)制(tiozh)與解調(diào)一、實(shí)驗(yàn)(shyn)目的了解幅度調(diào)制和解調(diào)的原理，觀察(gunch)調(diào)制和解調(diào)后的波形，在前面的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步掌握根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)和要求、實(shí)驗(yàn)原理方框圖來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)電路的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與原理（參考教材45-47頁）調(diào)制就是用一個(gè)信號(hào)去控制另一

31、個(gè)信號(hào)的某個(gè)參量，產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)。解調(diào)則是調(diào)制的相反過程，而從調(diào)制的信號(hào)中恢復(fù)出原信號(hào)。用正弦信號(hào)作為載波的一類調(diào)制稱為正弦波調(diào)制，它包含正弦波幅度調(diào)制，正弦波頻率調(diào)制和相位調(diào)制。 正弦幅度調(diào)制與解調(diào)過程如圖8.1所示。圖8.1 正弦波調(diào)制解調(diào)過程圖6.1中X(t)為被調(diào)制信號(hào)，C(t)為載波信號(hào)，Y(t)為已調(diào)制信號(hào)，由框圖可知：其傅氏變換(binhun)為：如果(rgu)X(t)是帶寬有限(yuxin)的信號(hào)，圖8.2示出了調(diào)制頻分相應(yīng)多點(diǎn)的頻譜。上式可知，用正弦波進(jìn)行調(diào)制，就是把調(diào)制信號(hào)的頻譜對半分地分別搬到處。信號(hào)傳輸信道為理想信道，在接收端可以無失真地接收到已調(diào)信號(hào)Y(t)。解調(diào)的任務(wù)

32、是從Y(t)中恢復(fù)出原始信號(hào)X(t)。同步解調(diào)的原理就是用相同的載波再用一次調(diào)制。框圖中V(t)的頻譜為：圖8.2 各點(diǎn)頻譜圖其頻譜如圖所示。顯然(xinrn)，若用一個(gè)截止頻率為的理想(lxing)低通濾波器，在接收端就可以(ky)完全恢復(fù)原信號(hào)X(t)。三、實(shí)驗(yàn)步驟（參考教材47-48頁）利用用實(shí)驗(yàn)電路板輸出的低頻正弦作為被調(diào)制信號(hào)，通過函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生高頻正弦信號(hào)，作為載波信號(hào)。先調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)電路板輸出的正弦(zhngxin)信號(hào)頻率約為500Hz、幅度(fd)為500mV，作為被調(diào)制信號(hào)；函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生(chnshng)的正弦信號(hào)約為20KHz、500mV，作為二路載波信號(hào)，然后連接到實(shí)驗(yàn)電

33、路板上。接通實(shí)驗(yàn)電源，用示波器觀察“調(diào)制信號(hào)輸出”（調(diào)制信號(hào)輸出先不要連接解調(diào)部分），觀察調(diào)幅器輸出波形。將“調(diào)幅信號(hào)輸出”接到解調(diào)電路中的“調(diào)幅信號(hào)輸入”上，將載波接到“載波信號(hào)輸入”上，將解調(diào)信號(hào)輸出接到“LPF（低通濾波器）輸入”上。用雙蹤示波器分別觀察被調(diào)制信號(hào)（原信號(hào)）和“LPF輸出”信號(hào)（調(diào)制解調(diào)后的信號(hào)）并且記錄波形。四、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果實(shí)驗(yàn)中被調(diào)制信號(hào)波形、載波信號(hào)、調(diào)制后信號(hào)、解調(diào)后信號(hào)、濾波后信號(hào)分別如下各圖所示。CH2被調(diào)制信號(hào)波形圖 CH1載波信號(hào)波形圖CH2 被調(diào)制(tiozh)信號(hào) CH1 調(diào)制(tiozh)后信號(hào)圖8.5 被調(diào)制(tiozh)信號(hào)和調(diào)制后信號(hào)CH2

34、被調(diào)制信號(hào) CH1解調(diào)后信號(hào)圖8.6 被調(diào)制信號(hào)和解調(diào)后信號(hào)CH2被調(diào)制(tiozh)信號(hào) CH1 濾波(lb)后信號(hào)圖8.7 被調(diào)制信號(hào)(xnho)和濾波后信號(hào)五、結(jié)果分析與討論以前在理論學(xué)習(xí)時(shí)一直無法理解調(diào)制解調(diào)的實(shí)現(xiàn)過程與原理，這次實(shí)驗(yàn)使我恍然大悟，從實(shí)驗(yàn)所得的波形圖中可以看出，輸入信號(hào)經(jīng)過調(diào)制、解調(diào)、濾波后得到了較好的恢復(fù)，在頻率和幅值等方面，基本與原信號(hào)一致，可見實(shí)驗(yàn)比較成功。我也理解了為什么要調(diào)制解調(diào)，它的目的，作用及實(shí)現(xiàn)原理，也聯(lián)想到生活中經(jīng)?？梢月牭秸{(diào)制解調(diào)器這個(gè)東西，總之這次實(shí)驗(yàn)解決了我一直以來在調(diào)制解調(diào)理論學(xué)習(xí)上的不透徹，使我不僅理解了，也能夠自己實(shí)現(xiàn)了。六、思考題1已調(diào)制