信号实验报告模版

107级信号与控制综合实验课程实验报告基本实验一信号与系统基本实验姓名王鑫学号U200712174专业班号0707指导教师日期实验成绩评阅人电气学科大类2实验评分表实验编号名称/内容实验分值评分非正弦周期信号的分解与合成无源与有源滤波器低通、高通、带通、带阻滤波器间的变换信号的采样与恢复实验调制与解调实验基本实验实验名称/内容实验分值评分设计性实验实验名称/内容实验分值评分创新性实验教师评价意见总分3目录一、实验内容（一）实验三非正弦周期信号的分解与合成实验任务与目的总体方案设计方案实现和具体设计实验设计与实验结果结果分析、讨论与思考题（二）实验五无源与有源滤波器实验任务与目的总体方案设计方案实现和具体设计实验设计与实验结果结果分析、讨论与思考题（三）实验六低通、高通、带通、带阻滤波器间的变换实验任务与目的总体方案设计方案实现和具体设计实验设计与实验结果结果分析、讨论与思考题（四）实验七信号的采样与恢复实验4实验任务与目的总体方案设计方案实现和具体设计实验设计与实验结果结果分析、讨论与思考题（五）实验八调制与解调实验实验任务与目的总体方案设计方案实现和具体设计实验设计与实验结果结果分析、讨论与思考题二、实验总结三、实验心得与体会四、参考文献5实验三非正弦周期信号的分解与合成一、实验任务与目的1用硬件电路分解（带通滤波器）非周期正弦信号，同时分析观测信号的频谱，并与其理论傅里叶级数公式中各项的频率与系数作比较；2观测基波和其谐波的合成结果。3掌握低通滤波器、带通滤波器、加法器的设计方法。二、总体方案设计原理分析与方案设计特点任何周期电信号都可以用傅立叶级数来表示，即表示为三角函数的线性组合1101110SINSINCONNNTCTBTATU即任何周期电信号都可以分解成直流分量、各种不同频率、幅值和初相的正弦波，将频率对应的正弦分量称为基波分量，而对应于其它高次频率的分11N量称为高次谐波。由其傅里叶级数展开式可知，各次谐波的频率为基波频率的整数倍，每一频率成份的幅值大小是不同的。在这个实验中我们可以采用50HZ方波信号作为分析信号。将被测方波信号加到分别调谐于其基波和各次奇谐波频率的电路上，从每一个带通滤波器的输出端可以用示波器观察到相应频率的正弦波。实验方案原理框图图11实验方案原理框图6三、方案实现和具体设计根据实验方案原理框图，设计实验电路图，本次试验所采用的电路图为实验指导书上附三实验电路板3非正弦周期信号的分解与合成的电路原理图及参数。由电路图易知，输入的方波经过分解可以分解为基波、3次谐波、5次谐波等多次谐波，并由TP4输出合成信号，以下为实验的主要步骤（依据实验指导书）1调节函数信号发生器，使其输出50HZ的方波信号，并将其接至信号分解实验模块的输入端，再细调函数信号发生器的输出频率，使该模块的基波50HZ成分TP1的输出幅度为最大。2用示波器观测各带通滤波器的输出（各次谐波）的幅值，并列表记录。3将方波分解所得的基波、三次谐波分别接至加法器的相应输入端，观测加法器的输出波形，并记录。4在步骤3的基础上，再将五次谐波分量加到加法器的输入端，观测相加后的合成波形，并记录。（以上引自信号与系统实验指导书）四、实验结果在同一坐标纸上绘制方波及其分解后所得的基波和各次谐波的波形。7图12方波及其各次谐波波形将所得的基波和三次谐波及其合成波形一同绘制在同一坐标纸上。图13基波、三次谐波及其合成波形将所得的基波、三次谐波、五次谐波及三者合成的波形一同绘制在同一坐标纸上。8图14基波、三次谐波、五次谐波与其合成波形五、结果分析、讨论及思考题1什么样的周期性函数没有直流分量和余弦项答周期性奇函数没有直流分量和余弦项。2基波三次谐波合成波形，与基波三次谐波五次谐波合成波形的区别在哪里你能解释其中区别的原因所在吗答基波三次谐波五次谐波合成波形较基波三次谐波合成波形更接近于方波，因为五次谐波的存在，改变了原波形，使原波波峰处抖动变多而让峰值处变的平缓3分析理论合成的波形与实验观测到的合成波形之间误差产生的原因。答理论合成是由无限个谐波波形合成的，而实验中只是取了有限个波形合成的，所以与理论合成波形之间还是有不小误差的。9实验五无源与有源滤波器一、实验任务与目的1测试无源和有源LPF低通滤波器的幅频特性；2测试无源和有源HPF高通滤波器的幅频特性；3测试无源和有源BPF带通滤波器的幅频特性；4测试无源和有源BEF带阻滤波器的幅频特性。通过实验进而了解无源和有源滤波器的种类、基本结构及其特性；分析和对比无源和有源滤波器的滤波特性；掌握无源和有源滤波器参数的设计方法。二、总体方案设计滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络，它允许某些频率（通常是某个频率范围）的信号通过，而其它频率的信号幅值均要受到衰减或抑制。这些网络可以由RLC元件或RC元件构成的无源滤波器，也可由RC元件和有源器件构成的有源滤波器。根据幅频特性所表示的通过或阻止信号频率范围的不同，滤波器可分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、和带阻滤波器（BEF）四种。三、方案实现和具体设计根据实验要求，设计实验电路，本次试验运用实验模版5无源与有源录波器的原理图及参数，以下为主要的实验步骤1将设计搭建的实验电路板或基本实验模块电路板5接通电源，用示波器从总体上先观察各类滤波器的滤波特性。2实验时，在保持滤波器输入正弦波信号幅值（UI）不变的情况下，逐渐改变其频率，用示波器或交流数字电压表（F15KHZ），测量滤波器输出端的电压U0。当改变信号源频率时，都应观测一下UI是否保持稳定，数据如有改变应及时调整。3按照以上步骤，分别测试无源、有源LPF、HPF、BPF、BEF的幅频特性。（以上引自信号与系统实验指导书）四、实验设计与实验结果根据实验测量所得数据，绘制各类滤波器的幅频特性曲线。注意应将同10类型的无源和有源滤波器幅频特性绘制在同一坐标平面上，以便比较。并计算出特征频率、截止频率和通频带。无源低通有源低通频率HZ幅值MV频率HZ幅值MV5010605010402001000200104040088050096045084075086065072080084085060090080010005401000780170036014006002000300160056025002401800500300020020004403500140300028045001044500124550080550086表21无源低通与有源低通02004006008001000120010100100010000F/HZU/MV无源低通有源低通图2111无源高通有源高通频率HZ幅值MV频率HZ幅值MV501050152002420025300403004440060400685008460013285017695028095020011503501150248125044012502721500520150032819006401900416220070022004723600880360070042009204200760500096050008206000980720092072001000表22无源高通与有源高通02004006008001000120010100100010000F/HZU/MV无源高通有源高通图2212无源带通有源带通频率HZ幅值MV频率HZ幅值MV1008010014420014020026430018030036050025650051270030070060010003281000720150035215007401800356180074820003522000740350029635006604500264450060075001927500440950017695003801250014412500340表23无源与有源带通010020030040050060070080010100100010000100000F/HZU/MV无源带通有源带通图2313无源带阻有源带阻频率HZ幅值MV频率HZ幅值MV1008801001040300740300960700420700680900300900520110022011003601300140130020015001001500801800100180020020001402000256250024025004483000320300056040004603500660800070045007601200080080009201500082012000960表24无源与有源带阻02004006008001000120010100100010000100000F/HZU/MV无源带阻有源带阻图2414五、结果分析、讨论及思考题无源高通滤波器截止频率为3500HZ，有源高通滤波器截止频率为2100HZ；无源低通滤波器截止频率为600HZ，有源低通滤波器截止频率为1040HZ；通带频约为4000HZ1示波器所测滤波器的实际幅频特性与计算出的理想幅频特性有何区别答实际幅频曲线下滑坡度比较大，过渡频率范围比较长，不像理想幅频曲线那样陡度陡翘，实际电路往往存在一定延时造成这种情况。2如果要实现LPF、HPF、BPF、BEF源滤器之间的转换，应如何连接答通过电路的组合连接，可以实现以上四种滤波电路的转换，由于高通滤波器与低通滤波器间有着下列的关系,式中1JHJLOWHIGH为高通滤波器的幅频特性，为低通滤波器的幅频特性。如果JHIGHLOW已知，就可由上式可求得对应的；反之亦然。如果高通滤LOWJIGH波器的下限FH大于低通滤波器的上限FL,则将两者并联起来可以组合成带阻滤波器；如果高通滤波器的下限FH小于低通滤波器的上限FL,则两者串起来可以组合成带通滤波器。15实验六低通、高通、带通、带阻滤波器间的变换一、实验任务与目的1由低通滤波器变换为高通滤波器。2由高通滤波器变换为低通滤波器。3在一定条件下，由低通和高通滤波器构成带通滤波器。4在一定条件下，由低通和高通滤波器构成带阻滤波器。二、总体方案设计原理分析与方案设计特点A高通滤波器与低通滤波器间通过电路的组合连接，可以实现低通、高通、带通、带阻四种滤波电路的转换，由于高通滤波器与低通滤波器间有着下列的关系,式中为高通滤波器的幅频特性，1JHJLOWHIGHJHIGH为低通滤波器的幅频特性。如果已知，就可由上式可求得对LOWJLOW应的；反之亦然。JIGHB带通滤波器的幅频特性与低通、高通滤波器幅频特性间的关JBAND系设为低通滤波器的带宽频率，为高通滤波器的带宽频率，如果CLCH，则由它们可串联构成一个带通滤波器。HC带阻滤波器的幅频特性与低通、高通滤波器幅频特性间的关系JBLOCK如果低通滤波器的带宽频率小于高通滤波器的带宽频率，则由它CLCH们可串联构成一个带阻滤波器。（以上引自信号与系统实验指导书）三、方案实现和具体设计本次实验利用实验电路板6低通、高通、带通、带阻滤波器间的变换，电路的原理图以及参数在信号与系统基础实验第22页。图中，由低通输出端TP1与高通滤波电路串联合成带通电路，输出端为TP2；TP3为低通输出端、16TP4为高通输出端，有它们合成带阻电路，输出端为TP5。以下为主要的实验步骤1实验电路接通电源（有源滤波器电路）。2将函数信号发生器输出的正弦信号接入无源（或有源）滤波器的输入端，调节该正弦信号频率（由小到大改变）时,用示波器观察其低通滤波器输出幅值的变化。3按步骤1，逐步用示波器或数字万用表观察测量LPF、HPF、BPF、BEF输出幅值的变化。四、实验设计与实验结果图31低通滤波器幅频特性图32高通滤波器幅频特性17图33带通滤波器幅频特性图34带阻滤波器幅频特性五、实结果分析、讨论及思考题试验结果分析由试验波形可知所得结果与预期值基本相符，通过实验加深了对几种滤波器的理解。1、由LPF、HPF连接带通、带阻滤波器有何条件答设为低通滤波器的带宽频率，为高通滤波器的带宽频率，如果CLCH18，则由它们可串联构成一个带通滤波器。如果低通滤波器的带宽频CHL率小于高通滤波器的带宽频率，则由它们可并联构成一个带阻滤波器。CH2有源滤波器与无源滤波器的频率特性有何不同答有源滤波器的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，波形稳定，具有一定的电压放大和缓冲作用。而无源滤波器达不到这点。19实验七信号的采样与恢复实验一、实验任务与目的本实验主要任务是通过研究正弦信号和三角波信号被采样的过程以及采样后的离散化信号恢复为连续信号的波形，并对实验结果进行分析，实验中选用S2M、S2M、S2M三种采样频率对连续信号进行采样，以验证采样定理，其中S为采样频率，M为原信号占有的频带宽度。进而使同学们了解信号的采样方法与过程及信号的恢复，并能过自主的完成实验任务。二、总体方案设计原理分析与方案设计特点以上参见信号与系统基础实验实验七。TRTR0KTTTSABC图41采样过程A采样开关可等效成脉冲调制器B被采样的连续时间信号C采样信号图42信号的采样与恢复原理框图20三、方案实现和具体设计本次实验利用实验电路板7信号的采样与恢复，其电路的原理图与参数可参见信号与系统基础实验第27页所示。电路图TP2输出脉冲信号，TP4与TP5分别输出采样后的信号与恢复信号，具体的实验步骤如下1利用函数发生器，输入频率为100HZ左右的正弦信号（或其它形状波形的信号作为被采样信号）给信号采样与恢复实验电路的输入端，观察采样输出信号以及通过低通滤波器后的恢复信号。2改变被采样输入信号的频率，再观察采样输出信号以及通过低通滤波器后的恢复信号。3改换被采样输入信号为其它波形（三角波等），再重复以上实验。四、实验设计与实验结果绘制原始的连续信号、采样后信号以及解调滤波后信号（采样信号恢复为原始信号）的波形。图43脉冲信号的波形由图可以得出信号的频率为F12KHZ211输入信号为正弦波，由脉冲信号F1200HZ，分别取正弦波信号频率为F1100HZ（即S2M）、F2600HZ（即S2M）、F31000HZ（即S2M）,波形分别为图44正弦波频率F100HZ的实验波形图45正弦波频率F600HZ的实验波形22图46正弦波频率F1000HZ的实验波形2输入信号为三角波，由脉冲信号F1200HZ，我们分别取三角波信号频率为F1100HZ（即S2M）、F2600HZ（即S2M）、F31000HZ（即S2M）,波形分别为图47正弦波频率F100HZ的实验波形23图48正弦波频率F600HZ的实验波形图48正弦波频率F1000HZ的实验波形24五、结果分析、讨论及思考题在实验中所选用M三种采样频率情况下对连续信号分别进行采样，从波形中都可以看出，在S2M以及S2M时，采样后的信号均可以较好的恢复，而当S2M时，采样后的信号均不可以较好的恢复，从而验证采样定理。25实验八调制与解调实验一、实验任务与目的1了解幅度调制和解调的原理。2观察调制和解调后的波形。3在前面的实验基础上，进一步掌握根据实验任务和要求、实验原理方框图来设计实验方案、实验电路的方法。4掌握集成模拟乘法器或其它集成芯片在实现电路方案时的各种应用（学会选型、应用设计）。二、总体方案设计参见信号与系统基础实验实验八三、方案实现和具体设计1方案实现中的若干工作因实验室的函数信号发生器仅能提供一路正弦信号电源，而本实验需要2个正弦信号（一路低频正弦信号，作为电路板输入的被调制信号；而实验所需要的接收端与发送端的载波信号完全同频同相，因此需要提供另一个高频正弦信号作为载波信号，同时提供给调制部分和解调部分），故可采用实验电路板输出的低频正弦作为被调制信号，另外通过函数发生器产生高频正弦信号，供调制和解调两部分用。这两个正弦信号应幅值相等，初相位相等，频率成比例。本实验中可先实验电路板输出的正弦信号频率约为500HZ、幅度为500MV，作为调制信号。函数发生器产生的正弦信号约为20KHZ、500MV，作为二路载波信号。注意将两种信号源的地应接在一起。2接通实验电源，用示波器观察“调制信号输出”（调制信号输出先不要连接解调部分），调节电位器RP1观察调幅器输出波形。3将“调幅信号输出”接到解调电路中的“调幅信号输入”上，将载波接到“载波信号输入”上，将解调信号输出接到“LPF（低通滤波器）输入”上。用双踪示波器分别观察被调制信号（原信号）和“LPF输出”信号（调制解调后的信号）并且记录波形，如果两个波形相差较大时，调节RP1和RP2至两个波形近似。26四、实验设计与实验结果图51调制后波形图52解调后