信号取样与恢复系统设计课程设计报告毕业论文.doc

信号取样与恢复系统设计摘要本文详细研究了信号取样与恢复的软硬件实现方法以及相关滤波器的设计及应用。首先，根据实验需要，设计了信号取样与恢复电路的原理图。然后，分别设计了截止频率分别为1kHz，4kHz，8kHz的低通滤波器。并分别用Multisim和MATLAB两款软件给出了三种滤波器的频率特性并对结果进行了比较分析。对应上面三种滤波器，各选取了三组有代表性的信号进行了仿真，并对仿真所得的时域波形和频谱的幅度，相位等参数进行了理论推导，定性和定量分析，对产生差异的原因进行了分析。然后，将输入信号分别改为了三角波，锯齿波和方波，并对所得的时域和频域图形进行了理论推导和定性分析。最后，分别采用50%，20%，10%三种占空比的取样脉冲序列进行了仿真，并比较分析了不同占空比的取样序列对取样结果和恢复结果的影响。最后，对元器件进行安装焊接并根据有混叠和无混叠的情况合理设计验证方案进行了验证，分别采用三种占空比的取样脉冲序列进行了验证。选取三组典型信号，对其仿真测试结果进行了详细的定性和定量分析。（由于篇幅限制，这里只列举了部分分析结果，其他请见同组人报告及电子版报告）关键字：取样 ，恢复 ，滤波 ，Multisim ，仿真1课程设计的目的、意义本课题主要研究信号取样与恢复的软硬件实现方法以及相关滤波器的设计及应用。通过本课题的设计，拟主要达到以下几个目的：1.1了解模拟信号取样与恢复电路的原理及实现方法。1.2深入理解信号频谱和信号滤波的概念，掌握模拟低通滤波器的设计与实现方法。1.3通过对各种条件下的信号取样与恢复仿真及实测波形的深入分析，加深对时域取样定理的理解。1.4掌握利用Multisim软件进行模拟电路设计及仿真的方法。1.5了解信号取样与恢复硬件电路系统的设计、制作、调试过程及步骤。1.6培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。2 设计任务及技术指标本课题采用软件仿真与硬件电路设计制作相结合的方式，对信号取样与恢复的原理、实现方法进行深入研究分析，并完成信号取样与恢复电路的制作与调试。主要任务包括以下几个方面：2.1信号取样与恢复实验电路原理图设计与功能仿真。2.2信号恢复理想低通滤波器的参数调节及其频率响应的理论与仿真分析。2.3借助Multisim软件，分别在有混叠和无混叠的条件下，对输入信号、取样脉冲序列、取样信号、恢复信号的时域波形、频谱进行仿真，并结合所学课程相关知识，对所得结果进行深入分析。2.4研究取样脉冲序列的频率、脉宽对取样及恢复信号的影响。2.5信号取样与恢复实验电路板的制作、调试和测试，并与仿真结果进行比较分析。3 设计方案及论证3.1 信号取样与恢复电路设计根据信号与线性系统课程硬件实验需要，设计信号取样与恢复实验电路的原理图如图3.1所示。图3.1信号取样与恢复电路3.2三种截止频率的恢复滤波器的设计根据所设计的电路原理图，可知恢复滤波器的系统模型和各种模型的数学表达式。二阶压控电压源低通滤波器的系统函数为 对应的频率响应为 3.2.1截止频率为1KHZ的低通滤波器的设计（1）参数：R12=3.3k，R13=4.7 k，C5=33nF，C6=33nF（2）MATLAB程序及结果：A=0,0,2/(3300*4700*33*33*10(-18);B=1,1/(3300*33*10(-9),1/(3300*4700*33*33*10(-18);H,W=freqs(A,B);f=W/2/pi;subplot(2,1,1)plot(f,abs(H);line(1000,1000,0,2)line(0,1000,2,2)xlabel(f/Hz);ylabel(abs(H);title(幅频特性)subplot(2,1,2)plot(f,angle(H);xlabel(f/Hz);ylabel(angle(H);title(相频特性)图3.2.1.1 MATLAB仿真结果（3）Multisim仿真结果幅频特性：图3.2.1.2 二阶压控电压源低通滤波器幅频响应图3.2.1.3 阻容无源滤波电路幅频响应相频特性：图3.2.1.4 二阶压控电压源低通滤波器幅频响应图3.2.1.5 阻容无源滤波电路相频响应3.2.2截止频率为4KHZ的低通滤波器的设计（1）参数：R12=1k，R13=1.66 k，C5=33nF，C6=33nF（2）MATLAB程序及结果：A=0,0,2/(1000*1660*33*33*10(-18);B=1,1/(1000*33*10(-9),1/(1000*1660*33*33*10(-18);H,W=freqs(A,B);f=W/2/pi;subplot(2,1,1)plot(f,abs(H);line(4000,4000,0,1.414)line(0,4000,1.414,1.414)xlabel(f/Hz);ylabel(abs(H);title(幅频特性)subplot(2,1,2)plot(f,angle(H);xlabel(f/Hz);ylabel(angle(H);title(相频特性)图3.2.2.1 MATLAB仿真结果（3）Multisim仿真结果幅频特性：图3.2.2.2 二阶压控电压源低通滤波器幅频响应图3.2.2.3 阻容无源滤波电路幅频响应相频特性：图3.2.2.4 二阶压控电压源低通滤波器相频响应图3.2.2.5 阻容无源滤波电路相频响应3.2.3截止频率为8KHZ的低通滤波器的设计（1）参数：R12=500，R13=840，C5=33nF，C6=33nF（2）MATLAB程序及结果A=0,0,2/(500*840*33*33*10(-18);B=1,1/(500*33*10(-9),1/(500*840*33*33*10(-18);H,W=freqs(A,B);f=W/2/pi;subplot(2,1,1)plot(f,abs(H);line(8000,8000,0,1.414)line(0,8000,1.414,1.414)xlabel(f/Hz);ylabel(abs(H);title(幅频特性)subplot(2,1,2)plot(f,angle(H);xlabel(f/Hz);ylabel(angle(H);title(相频特性)图3.2.3.1 MATLAB仿真结果（3）Multisim仿真结果幅频特性：图3.2.3.2 二阶压控电压源低通滤波器幅频响应图3.2.3.3 阻容无源滤波电路幅频响应相频特性：图3.2.3.4 二阶压控电压源低通滤波器相频响应图3.2.3.5 阻容无源滤波电路相频响应分析：通过将Mutisim仿真的频率特性曲线与MATLAB绘出的频率特性曲线相比较可发现，两者相吻合。4 仿真、测试方案，步骤及分析4.1仿真方案的设计表4.1 仿真测试输入信号设置表恢复滤波器截止频率取样脉冲序列1kHz4kHz8kHz8kHz矩形脉冲序列7kHz正弦波2kHz正弦波2kHz正弦波16kHz矩形脉冲序列1kHz正弦波12kHz正弦波10kHz正弦波32kHz矩形脉冲序列1kHz正弦波4kHz正弦波8kHz正弦波4.1.14.1.1.1仿真设置输入信号：7KHz正弦波 ，幅度5V，占空比50%取样脉冲序列：8kHz矩形脉冲序列，幅度5V，占空比20%4.1.1.2示波器仿真测试结果分析：图4.1.1.2.1 4通道示波器测试结果理论推导： 因为 所以 在范围内，包括以下几项其中第1项为的主延拓，后一项由时的延拓得到。采用截止频率为1KHz的低通滤波器对进行滤波恢复，可得对应的时域信号为 由上式可以看出恢复的信号依然是一个余弦信号，但其频率为1000Hz，此结果与示波器仿真结果相一致，理论幅度为=0.187，与原信号不同。由仿真图可知：输入信号的峰值为4.813V，而输出信号的峰值为1.711V，本电路在1kHz处恢复滤波器的幅频响应为1.931。恢复输出信号的理论幅值应该为与实测值1.711V相符。4.1.1.3频谱分析仪仿真测试结果分析从图中可看出由于混叠的原因，第1个周期延拓左侧的频谱峰值正好混叠到频率为1kHz处，也就是恢复之后的信号基波频率所处的位置。图4.1.1.3.1 输入信号频谱图4.1.1.3.2 取样信号频谱图4.1.1.3.3 输出信号频谱4.1.24.1.2.1仿真设置输入信号：1KHz正弦波 ，幅度5V，占空比50%取样脉冲序列：32kHz矩形脉冲序列，幅度5V，占空比20%4.1.2.2示波器仿真测试结果分析：从各点信号的波形形状可知，与信号取样与恢复电路的基本工作原理和预期结果是吻合的。4.1.2.2.1 4通道示波器测试结果（1）采用模拟开关取样电路的取样特性：图中T1时标点：输入信号幅度为4.829V，取样输出幅度为1.830V，两者有很大差异。取样脉冲序列的幅度为4.829V，但它对取样输出幅度无影响。（2）恢复信号与输入信号的相位和幅度差异。相位差异主要是由恢复滤波器的相频响应决定，幅度差异取决于恢复滤波器的幅频响应以及取样脉冲序列的占空比。根据上图，可求得输入输出信号相位差和幅度比值分别为4.1.2.3 Bode图分析仪仿真测试结果分析Bode图分析仪XBP1和XBP2测得的二阶压控电压源低通滤波器和阻容无源滤波电路的频率响应（包括幅频响应与相频响应）如图所示。4.1.2.3.1 二阶压控电压源低通滤波器幅频响应4.1.2.3.2 二阶压控电压源低通滤波器相频响应4.1.2.3.2 阻容无源滤波电路幅频响应4.1.2.3.3 阻容无源滤波电路相频响应Bode图分析仪XBP1和XBP2测试结果图中分别精确定位了两级滤波器在1kHz频率点出的幅频和相频特性，据此可直接定量分析取样信号恢复前后的幅度和相位差异：（1）相位差异分析。在1kHz处，二阶压控电压源低通滤波器的相频响应为-71.043，即滞后71.043，阻容无源滤波电路相频响应为-6.452，即滞后6.452。两级滤波累计滞后为71.043+6.452=77.495，与理论计算结果基本一致。（2）幅度差异分析。1kHz处，二阶压控电压源低通滤波器的幅频响应为1.943，阻容无源滤波电路幅频响应为0.994。两级滤波串联幅频响应为1.9430.994=1.931。此外，输入输出幅度差异还与取样脉冲序列占空比有关，在无混叠条件下，主延拓的幅度与占空比的关系为 此处，占空比取20%，故。综合前面的结果，输入输出幅度比值（输出/输入）理论值为1.9310.2=0.386，与理论计算结果基本一致。4.1.2.4 频谱分析仪仿真测试结果分析4.1.2.4.1 输入信号频谱4.1.2.4.1 取样脉冲序列频谱4.1.2.4.2 取样信号频谱4.1.2.4.2 输出信号频谱图中，1kHz输入信号幅度为4.827V，与示波器测量值4.829V基本相同。在采用占空比20%的取样脉冲序列取样后， 1kHz基波的幅度为896.212mV，与4.827*0.2=0.965V的理论值基本吻合。采用恢复滤波器恢复之后， 1kHz输出信号的幅度为1.755V，与示波器测量值1.830V相吻合，也与774.444mV1.931=1.731V的理论结果相吻合。4.1.34.1.3.1仿真设置输入信号：2KHz正弦波 ，幅度5V，占空比50%取样脉冲序列：8kHz矩形脉冲序列，幅度5V，占空比20%4.1.3.2示波器仿真测试结果分析：首先，从各点信号的波形形状可知，与信号取样与恢复电路的基本工作原理和预期结果有一定差异，这主要是由于滤波器的截止频率太大，滤波不彻底造成的。理论推导： 因为 所以 分析上式，可知在范围内，包括以下几项其中第1项为的主延拓，后一项由时的延拓得到。经截止频率为8kHz的滤波器后对应的时域信号为恢复的结果是两个余弦信号相叠加的结果，此结果与示波器仿真结果相一致。理论幅度为（0.2+）V=0.387V，与原信号f(t)不同，此结果与示波器仿真结果基本相一致。由仿真图可知：输入信号的峰值为4.829V，而输出信号的峰值为3.927V，本电路在2kHz处恢复滤波器的幅频响应为1.97。恢复输出信号的理论幅值应该为与实测值3.927V有差异，这主要是由于滤波器截止频率太大，导致不能完全滤除其他信号造成的。 4.1.3.2 4通道示波器测试结果（1）采用模拟开关取样电路的取样特性：图中T1时标点：输入信号幅度为4.829V，取样输出幅度为3.927V，两者相吻合。取样脉冲序列的幅度为4.829V，但它对取样输出幅度无影响。（2）恢复信号与输入信号的相位和幅度差异。相位差异主要是由恢复滤波器的相频响应决定，幅度差异取决于恢复滤波器的幅频响应以及取样脉冲序列的占空比。根据上图，可求得输入输出信号相位差（输出滞后输入）和幅度比值（输出/输入）分别为4.1.3.3 Bode图分析仪仿真测试结果分析Bode图分析仪XBP1和XBP2测得的二阶压控电压源低通滤波器和阻容无源滤波电路的频率响应（包括幅频响应与相频响应）如图所示。4.1.3.3.1 二阶压控电压源低通滤波器幅频响应4.1.3.3.2 二阶压控电压源低通滤波器相频响应4.1.3.3.3 阻容无源滤波电路幅频响应4.1.3.3.4 阻容无源滤波电路相频响应Bode图分析仪XBP1和XBP2测试结果图中分别精确定位了两级滤波器在2kHz频率点出的幅频和相频特性，据此可直接定量分析取样信号恢复前后的幅度和相位差异：（1）相位差异分析。在2kHz处，二阶压控电压源低通滤波器的相频响应为-20.581，即滞后20.581，阻容无源滤波电路相频响应为-12.745，即滞后12.745。两级滤波累计滞后为20.581+12.745=33.326，与理论计算结果基本一致。（2）幅度差异分析。2kHz处，二阶压控电压源低通滤波器的幅频响应为2.02，阻容无源滤波电路幅频响应为0.975。两级滤波串联幅频响应为2.020.975=1.97。此外，输入输出幅度差异还与取样脉冲序列占空比有关，在无混叠条件下，主延拓的幅度与占空比的关系为 此处，占空比取20%，故。综合前面的结果，输入输出幅度比值理论值为1.970.2=0.394，与理论计算结果有微小差异，这主要是由于滤波器的截止频率太大，滤波不彻底，其他信号叠加在有用信号上导致的。此结果与4.1.3.2中的理论推导结果相一致。4.1.3.4 频谱分析仪仿真测试结果分析频谱分析仪XSA1XSA4的仿真测试结果如下图所示。4.1.3.4.1 输入信号频谱4.1.3.4.2 取样脉冲序列频谱4.1.3.4.3 取样信号频谱(1)4.1.3.4.4 取样信号频谱(1)4.1.3.4.5 输出信号频谱(1)4.1.3.4.5 输出信号频谱(1)图中，2kHz输入信号幅度为4.826V，与示波器测量值4.829V基本相同。在采用占空比20%的取样脉冲序列取样后， 2kHz基波的幅度为933.554mV，与4.826*0.2=0.965V的理论值基本吻合。采用恢复滤波器恢复之后， 2kHz输出信号的幅度为1.883V，与示波器测量值3.927V有一些差异，这主要是由于滤波器的截止频率太大，滤波不彻底，其他信号叠加在有用信号上导致的，频谱叠加结果1.883V+1.342V=3.175与示波器测量结果相吻合。而且与（933.554mV+876.167）1.97=3.565V的理论推导结果相吻合.4.2 改变输入信号的波形的仿真4.2.1三角波4.2.1.1仿真设置输入信号：1kHz三角波 ，幅度5V，占空比50%取样脉冲序列：16kHz矩形脉冲序列，幅度5V，占空比20%4.2.1.2示波器仿真测试结果分析：4.2.1.2 4通道示波器测试结果理论推导：设三角形脉冲周期T=2，幅度为E则相应周期信号的傅里叶系数 所以因为所以 采用截止频率为1KHz的低通滤波器所以 最终恢复信号为正弦信号，与原信号类型不同。4.2.1.3 Bode图分析仪仿真测试结果分析Bode图分析仪XBP1和XBP2测得的二阶压控电压源低通滤波器和阻容无源滤波电路的频率响应（包括幅频响应与相频响应）如图所示。4.2.1.3.1 二阶压控电压源低通滤波器幅频响应4.2.1.3.2 二阶压控电压源低通滤波器相频响应4.2.1.3.3 阻容无源滤波电路幅频响应4.2.1.3.4 阻容无源滤波电路相频响应4.2.1.4频谱分析仪仿真测试结果分析频谱分析仪XSA1、XSA3、XSA4的仿真测试结果如图所示。 4.2.1.4.1 输入信号频谱4.2.1.4.1 取样信号频谱4.2.1.4.1 输出信号频谱4.3分别采用50%、20%、10%三种占空比的取样脉冲序列取样4.3.1占空比50%4.3.1.1仿真设置输入信号：1KHz正弦波 ，幅度5V，占空比50%取样脉冲序列：16kHz矩形脉冲序列，幅度5V，占空比50%4.3.1.2示波器仿真测试结果分析：首先，从各点信号的波形形状可知，与信号取样与恢复电路的基本工作原理和预期结果是吻合的。4.3.1.2 4通道示波器测试结果采用模拟开关取样电路的取样特性：图中T1时标点：输入信号幅度为4.829V，取样输出幅度为4.602V，两者相符，取样脉冲序列的幅度为4.829V，但它对取样输出幅度无影响。恢复信号与输入信号的相位和幅度差异。相位差异主要是由恢复滤波器的相频响应决定，幅度差异取决于恢复滤波器的幅频响应以及取样脉冲序列的占空比。根据上图，可求得输入输出信号相位差和幅度比值分别为4.3.1.3 Bode图分析仪仿真测试结果分析4.3.1.3.1 二阶压控电压源低通滤波器幅频响应4.3.1.3.2 二阶压控电压源低通滤波器相频响应4.3.1.3.3 阻容无源滤波电路幅频响应4.3.1.3.4 阻容无源滤波电路相频响应Bode图分析仪XBP1和XBP2测试结果图中分别精确定位了两级滤波器在1kHz频率点出的幅频和相频特性，据此可直接定量分析取样信号恢复前后的幅度和相位差异：（1）相位差异分析。在1kHz处，二阶压控电压源低通滤波器的相频响应为-71.043，即滞后71.043，阻容无源滤波电路相频响应为-6.452，即滞后6.452。两级滤波累计滞后为71.043+6.452=77.495，与理论计算结果基本一致。（2）幅度差异分析。1kHz处，二阶压控电压源低通滤波器的幅频响应为1.943，阻容无源滤波电路幅频响应为0.994。两级滤波串联幅频响应为1.9430.994=1.931。此外，输入输出幅度差异还与取样脉冲序列占空比有关，在无混叠条件下，主延拓的幅度与占空比的关系为 此处，占空比取50%，故。综合前面的结果，输入输出幅度比值（输出/输入）理论值为1.9310.5=0.966，与理论计算结果基本一致。4.3.1.4 频谱分析仪仿真测试结果分析4.3.1.4.1 输入信号频谱4.3.1.4.2 取样脉冲序列频谱4.3.1.4.3 取样信号频谱4.3.1.4.4 输出信号频谱图中，1kHz输入信号幅度为4.821V，与示波器测量值4.829V相符。在采用占空比50%的取样脉冲序列取样后， 1kHz基波的幅度为2.390V，与4.821*0.5=2.41V的理论值基本吻合，相差0.02。采用恢复滤波器恢复之后， 1kHz输出信号的幅度为4.391V，与示波器测量值4.602V基本吻合，相差0.211，也与2.390V1.931=4.615V的理论结果基本吻合，相差0.224。4.3.2占空比20%4.3.2.1仿真设置输入信号：1KHz正弦波 ，幅度5V，占空比50%取样脉冲序列：16kHz矩形脉冲序列，幅度5V，占空比20%4.3.2.2示波器仿真测试结果分析：首先，从各点信号的波形形状可知，与信号取样与恢复电路的基本工作原理和预期结果是吻合的。4.3.2.2 4通道示波器测试结果采用模拟开关取样电路的取样特性：图中T1时标点：输入信号幅度为4.829V，恢复信号幅度为1.830V，两者有很大差异，取样脉冲序列的幅度为4.829V，但它对取样输出幅度无影响。恢复信号与输入信号的相位和幅度差异。相位差异主要是由恢复滤波器的相频响应决定，幅度差异取决于恢复滤波器的幅频响应以及取样脉冲序列的占空比。根据上图，可求得输入输出信号相位差（输出滞后输入）和幅度比值（输出/输入）分别为4.3.2.3 Bode图分析仪仿真测试结果分析Bode图分析仪XBP1和XBP2测得的二阶压控电压源低通滤波器和阻容无源滤波电路的频率响应（包括幅频响应与相频响应）如图所示。4.3.2.3.1 二阶压控电压源低通滤波器幅频响应4.3.2.3.2 二阶压控电压源低通滤波器相频响应4.3.2.3.3 阻容无源滤波电路幅频响应4.3.2.3.4 阻容无源滤波电路相频响应Bode图分析仪XBP1和XBP2测试结果图中分别精确定位了两级滤波器在1kHz频率点出的幅频和相频特性，据此可直接定量分析取样信号恢复前后的幅度和相位差异：（1）相位差异分析。在1kHz处，二阶压控电压源低通滤波器的相频响应为-71.043，即滞后71.043，阻容无源滤波电路相频响应为-6.452，即滞后6.452。两级滤波累计滞后为71.043+6.452=77.495，与理论计算结果基本一致。（2）幅度差异分析。1kHz处，二阶压控电压源低通滤波器的幅频响应为1.943，阻容无源滤波电路幅频响应为0.994。两级滤波串联幅频响应为1.9430.994=1.931。此外，输入输出幅度差异还与取样脉冲序列占空比有关，在无混叠条件下，主延拓的幅度与占空比的关系为 此处，占空比取50%，故。综合前面的结果，输入输出幅度比值（输出/输入）理论值为1.9310.2=0.386，与理论计算结果基本一致。4.3.2.4 频谱分析仪仿真测试结果分析4.3.2.4.1 输入信号频谱4.3.2.4.2 取样脉冲序列频谱4.3.2.4.3 取样信号频谱4.3.2.4.4 输出信号频谱图中，1kHz输入信号幅度为4.826V，与示波器测量值4.829V相符。在采用占空比20%的取样脉冲序列取样后，1kHz基波的幅度为896.212mV，与4.826*0.2=0.965V的理论值基本吻合，相差0.069。采用恢复滤波器恢复之后， 1kHz输出信号的幅度为1.8V，与示波器测量值1.830V基本吻合，相差0.03，也与896.212mV1.931=1.73V的理论结果,基本吻合，相差0.07。4.3.3占空比10%4.3.3.1仿真设置输入信号：1KHz正弦波 ，幅度5V，占空比50%取样脉冲序列：16kHz矩形脉冲序列，幅度5V，占空比10%4.3.3.2示波器仿真测试结果分析：首先，从各点信号的波形形状可知，与信号取样与恢复电路的基本工作原理和预期结果是吻合的。4.3.3.2 4通道示波器测试结果采用模拟开关取样电路的取样特性：图中T1时标点：输入信号幅度为4.829V，恢复信号幅度为9.852mV，两者有很大差异，取样脉冲序列的幅度为4.829V，但它对取样输出幅度无影响。恢复信号与输入信号的相位和幅度差异。相位差异主要是由恢复滤波器的相频响应决定，幅度差异取决于恢复滤波器的幅频响应以及取样脉冲序列的占空比。根据上图，可求得输入输出信号相位差（输出滞后输入）和幅度比值（输出/输入）分别为4.3.3.3 Bode图分析仪仿真测试结果分析Bode图分析仪XBP1和XBP2测得的二阶压控电压源低通滤波器和阻容无源滤波电路的频率响应（包括幅频响应与相频响应）如图所示。4.3.3.3.1 二阶压控电压源低通滤波器幅频响应4.3.3.3.2 二阶压控电压源低通滤波器相频响应4.3.3.3.3阻容无源滤波电路幅频响应4.3.3.3.4 阻容无源滤波电路相频响应Bode图分析仪XBP1和XBP2测试结果图中分别精确定位了两级滤波器在1kHz频率点出的幅频和相频特性，据此可直接定量分析取样信号恢复前后的幅度和相位差异：（1）相位差异分析。在1kHz处，二阶压控电压源低通滤波器的相频响应为-71.043，即滞后71.043，阻容无源滤波电路相频响应为-6.452，即滞后6.452。两级滤波累计滞后为71.043+6.452=77.495，与理论计算结果基本一致。（2）幅度差异分析。1kHz处，二阶压控电压源低通滤波器的幅频响应为1.943，阻容无源滤波电路幅频响应为0.994。两级滤波串联幅频响应为1.9430.994=1.931。此外，输入输出幅度差异还与取样脉冲序列占空比有关，在无混叠条件下，主延拓的幅度与占空比的关系为 此处，占空比取50%，故。综合前面的结果，输入输出幅度比值（输出/输入）理论值为1.9310.1=0.193，与理论计算结果基本一致。4.3.3.4 频谱分析仪仿真测试结果分析4.3.3.4.1 输入信号频谱4.3.3.4.1 取样脉冲序列频谱4.3.3.4.1 取样信号频谱4.3.3.4.1 输出信号频谱图中，1kHz输入信号幅度为4.828V，与示波器测量值4.829V相符。在采用占空比20%的取样脉冲序列取样后， 1kHz基波的幅度为448.106mV，与4.828*0.1=0.483V的理论值基本吻合，相差0.035。采用恢复滤波器恢复之后， 1kHz输出信号的幅度为0.922V，与示波器测量值905.988mV基本吻合，相差0.016，也与448.106mV1.931=0.865V的理论结果,基本吻合，相差0.057。结论：由以上三种不同占空比的取样脉冲序列所得的结果可以看出：占空比越小，取样脉冲序列越接近理想的冲击取样，所得的取样信号的误差越小，所得的恢复信号与原信号的差值越小。5 仿真、测试结果与分析5.1测试方案的设计表5.1实验测试输入信号设置表取样脉冲序列输入信号频率占空比1kHz 正弦波16kHz矩形脉冲50%20%10%2kHz矩形脉冲20%2kHz 正弦波16kHz矩形脉冲20%2kHz矩形脉冲20%1kHz 三角波16kHz矩形脉冲20%2kHz矩形脉冲20%5.1.1 （1）实验设置输入信号：1KHz正弦波 ，幅度4V，占空比50%取样脉冲序列：16kHz矩形脉冲序列，幅度4V，占空比20%（2） 5.1.1.1 输入信号与取样脉冲序列 5.1.1.2 取样信号与输出信号输入信号：幅度4V 频率1kHz输出信号:幅度3.4V 频率1kHz输入与输出信号之间的相位差：72可见，输入信号幅度和频率与输入信号相一致。将此结果与仿真结果相比较，可知两者相一致。5.1.2（1）实验设置输入信号：1KHz正弦波 ，幅度2V，占空比50%取样脉冲序列：2kHz矩形脉冲序列，幅度3V，占空比20% 5.1.2.1 输入信号与取样脉冲序列 5.1.2.2 取样信号与输出信号输入信号：幅度2V 频率1kHz恢复信号幅度1.6V 频率1kHz5.1.3 （1）实验设置输入信号：2KHz正弦波 ，幅度6V，占空比50%取样脉冲序列：16kHz矩形脉冲序列，幅度3V，占空比20%（2） 5.1.3.1 输入信号与取样脉冲序列 5.1.3.2 取样信号与输出信号输入信号：幅度6V 频率2kHz恢复信号：幅度3v 频率2kHz6 总结 6.1不同占空比对信号的影响比较取样脉冲序列占空比分别为50%,20%,10%的取样信号与恢复信号，无明显差异，这主要是由于，数字示波器的精度不够高，微小差异不易体现导致的，但从仿真结果中可以看出，取样脉冲序列占空比越小，越接近理想采样序列，恢复的信号与原信号间的差异越小。6.2 选择三组结果进行对比分析6.2.1选择参数：输入信号：1kHz 正弦波 幅度4v 占空比50%取样脉冲信号：16kHz矩形脉冲 幅度4v 占空比20% 表6.2.1参数结果取样信号与恢复信号波形恢复信号幅度恢复信号频率相位差仿真结果3.864v1kHz78.25实测结果3.4v1kHz72由上表可看出仿真结果与实测结果基本一致。6.2.2输入信号：1kHz 正弦波 幅度2v占空比50%取样脉冲序列：2kHz矩形脉冲 幅度 3v占空比20%表6.2.2参数结果取样信号与恢复信号波形恢复信号幅度恢复信号频率相位差仿真结果1.932v1kHz4.07实测结果1.6v1kHz6由上表可看出仿真结果与实测结果基本一致。6.2.3输入信号：2kHz 正弦波 幅度6v占空比50%取样脉冲信号：16kHz矩形脉冲 幅度3v 占空比20%表6.2.3参数结果取样信