信号与控制综合实验课程实验报告

1、电气学科大类 2010 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 张丰伟 学 号 u201011871 专业班号 1004 同组者 彭永晶 学 号 u201011868 专业班号 1004 指导教师 李开成 日 期 实验成绩 评 阅 人 实验评分表基本实验实验编号名称/内容实验分值评 分零输入、零状态及完全响应5信号的无失真传输 5设计性实验实验名称/内容实验分值评 分无源与有源滤波器10低通、高通、带通、带阻滤波器变换10信号的采样与恢复15调制与解调实验15创新性实验实验名称/内容实验分值评 分信号的产生、收集、处理、变换和基于matlab的分析040

2、教师评价意见总 分目 录正文实验一：零输入、零状态及完全响应6实验任务与目的6 总体方案设计 6 方案实现和具体设计 6 实验设计与实验结果 6 结果分析与讨论7实验二：信号的无失真传输8 实验任务与目的 8 总体方案设计 8 方案实现和具体设计 8 实验设计与实验结果 8 结果分析与讨论 11实验三：无源与有源滤波器 11 实验任务与目的 11 总体方案设计 11 方案实现和具体设计 12 实验设计与实验结果 12 结果分析与讨论 15实验四：lpf、hpf、bpf、bef间的变换16 实验任务与目的16 总体方案设计16 方案实现和具体设计 16 实验设计与实验结果 16 结果分析与讨论1

3、8实验五：信号的采样与恢复实验18 实验任务与目的18 总体方案设计18 方案实现和具体设计 19 实验设计与实验结果19结果分析与讨论24实验六：调制与解调实验24 实验任务与目的24 总体方案设计24 方案实现和具体设计 25 实验设计与实验结果 26 结果分析与讨论27实验七：方波信号的产生、分解、合成及转化28 实验任务与目的28 总体方案设计28 方案实现和具体设计 29 实验设计与实验结果 29 结果分析与讨论33实验结论33心得与自我评价34参考文献35实验一 零输入、零状态及完全响应一、实验任务和目标学习掌握零输入响应、零状态响应和完全响应的原理，设计一个能观测三者的电路图，用

4、示波器观测该电路的零输入响应、零状态响应和完全响应的动态曲线，同时提高设计实验电路的能力。2 总体方案设计(实验教程p2930，下同)一阶系统的零输入响应，零状态响应及完全响应的简单实验电路如图所示。合上s1，由电路可得，则图2-2 零输入响应、零状态响应和完全响应曲线其中：零输入响应 零状态响应 完全响应 三方案实现和具体设计（p30）1.连接数字示波器、实验电路板和函数发生器，接通各部分电源。2.通过两个开关s1 和s2的闭合/断开来设置电路工作状态（零输入/零状态/完全），用示波器观察输出（电容电压）的零输入响应、零状态响应和完全响应，记录波形和当前响应时的各开关的状态。四、实验设计与实

5、验结果1闭合s1，断开s2，s3，电容充电，得到零状态响应曲线。图2-4 零状态响应曲线 2闭合开关s1，断开s2，s3，电容充电到15v后，断开开关s1，闭合s3,电容放电，得到零输入响应曲线。图2-3 零输入响应曲线 3闭合开关s2，电容充电至5v，断开s2，闭合s1，得到完全响应曲线。图2-5 完全响应曲线 五、结果分析与讨论实验所测波形与理论波形较为一致，基本符合预期。此次实验通过改变电路上的开关组合状态，构成所需的输出电路，输出相应的响应波形，并在数字示波器上显示出来，并读出电压等参数。由图可看出，零状态、零输入、全响应都是指数规律增长或衰减。通过本次试验，我们进一步熟悉了产生零状态

6、响应、零输入响应和全响应的电路，对三种响应有了直观的认识，并加深了对零输入响应、零状态响应和完全响应原理的理解，了解了三种响应的响应曲线以及这三种响应之间的联系。 思考题1系统零输入响应的稳定性与零状态响应的稳定性是否相同？为什么？不相同。零输入响应与输入激励无关，其过程只和电路结构有关，只要电路结构自身是稳定的，零输入响应就是稳定的；零状态响应只与输入激励有关，与起始储能无关，在不同的输入信号下，电路会表征出不同的响应，所以零状态响应的稳定性不仅和电路结构有关，还与输入的信号有关。实验二 信号的无失真传输1 任务和目标通过实验进一步了解信号无失真传输基本原理。熟悉信号无失真系统的结构与特性，

7、掌握按试验原理或频率响应要求设计无失真系统或电路的方法。2 总体方案设计一般情况下，系统的响应波形和激励波形不相同，信号在传输过程中将产生失真。线性系统引起的信号失真有两方面因素造成，一是系统对信号中各频率分量幅度产生不同程度的衰减，使响应各频率分量的相对幅度产生变化，引起幅度失真。另一是系统对各频率分量产生的相移不与频率成正比，使响应的各频率分量在时间轴上的相对位置产生变化，引起相位失真。信号的无失真传输是指通过系统后输出信号的波形与输入信号的波形完全相同，仅有幅值上的差异和产生一定的延迟时间的传输。令输入信号为x(t)，则输出为y(t)=kx(t-t0)，取傅立叶变换得频率响应特性为，即幅

8、频特性为非零常数，相频特性是角频率的线性函数。3 方案实现和具体设计用函数信号发生器产生输入信号，用示波器观察输出及输入信号，并比较波形的失真4 实验设计与实验结果1. 设计一个无源或有源的无失真传输系统2. 令幅值固定，频率可变的正弦信号作为输入信号，测量输出信号的幅值和相位。（ch2为输入信号，ch1为输出信号）输入信号10khz时，不失真输入信号50khz时，不失真输入信号65khz时，不失真输入信号80khz时，失真输入信号120khz时，失真3. 在一定频率下，改变电路参数，观察电路输出波形的失真情况，分析失真度，并加以总结输入信号频率为50khz时，调节电位器5 结果分析与讨论实际

9、的线性系统，其幅频与相频特性都不可能完全满足不失真传输条件。当系统对信号中各频率分量产生不同程度的衰减，使信号的幅度频谱改变时，会造成幅度失真；当系统对信号中各频率分量产生的相移与频率不成正比时，会使信号的相位频谱改变，造成相位失真。改变电路的参数，会导致传输函数变化，频率响应变化，电路对不同频率信号的失真改变。在实验中，实验板对实验的影响很大，有的50khz不失真，有的10khz就明显失真了。但是通过人眼观察很难判定是否失真。6 思考题1.无失真传输时信号仍然会有幅值上的变化，那么输出信号波形与输入信号波形相同的主要原因是什么？ 波形相同，但波形所在的坐标轴的数值或单位不同。根据尼奎斯特采样

10、定理，信道的带宽应该大于信息的码元速率的两倍以上才能进行无失真传输。若增益为采样信号周期t，则输出信号与输入信号幅值相等；若增益不为t，则此时输出信号与输入信号幅值不同，但波形相同。2.信号的无失真传输系统与全通滤波器有何不同？ 无失真传输指的是幅度有固定的衰减，有固定的时延，相位是频率的常数倍。一般在要求传输的频段上基本满足要求就可以了。全通滤波器不衰减任何频率的信号，而对相位没有要求，会改变输入信号的相位。实验三 无源滤波器与有源滤波器一、实验任务和目标了解无源和有源lpf(低通滤波器)、无源和有源hpf(高通滤波器)、无源和有源bpf(带通滤波器)、无源和有源bef(带阻滤波器)基本结构

11、及其特性，通过设计电路，测量这些滤波器的幅频特性，分析比较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(实验教程p3637)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（实验教程p36）1将实验模

12、块电路板接通电源，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（vi）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（f200khz），测量滤波器输出端的电压v0 。当改变信号源频率时，应观测一下vi是否保持稳定，数据如有改变应及时调整。3按照以上步骤，分别测试无源和有源lpf、hpf、bpf、bef的幅频特性。四、实验设计与实验结果1. 低通滤波器lpf有源低通无源低通f/hzvivovo/vif/hzvivovo/vi1002.22.080.9454545451002.162.040.9444444445002.121.90.89622641

13、52002.121.960.92452830210002.081.50.7211538465002.121.60.75471698120002.120.820.3867924537002.121.320.62264150940002.120.30.14150943410002.121.080.50943396250002.080.1960.09423076915002.120.7040.33207547280002.120.120.05660377420002.120.60.283018868100002.080.0540.02596153830002.120.320.150943396150

14、002.120.02480.01169811350002.120.1580.074528302200002.120.020.009433962无源lpf和有源lpf幅频特性实验数据无源lpf和有源lpf幅频特性曲线比较无源，上限截止频率fh =638hz；有源, 上限截止频率fh =1120hz2. 高通滤波器hpf有源高通无源高通f/hzvivovo/vif/hzvivovo/vi1002.160.0140.0064814811002.120.0140.0066037744002.120.130.0613207552002.120.160.0754716986002.120.2680.126

15、4150945002.120.280.13207547210002.120.60.28301886810002.160.4960.2296296320002.121.30.61320754720002.120.960.45283018950002.121.880.88679245350002.121.620.76415094380002.122.040.96226415180002.121.860.877358491100002.122.080.981132075100002.121.920.905660377150002.122.080.981132075150002.0820.961538

16、462200002.082.081无源高通滤波器和有源高通滤波器幅频特性实验数据无源高通滤波器和有源高通滤波器幅频特性曲线比较无源，下限截止频率fl=3850hz；有源，下限截止频率fl =2350hz3. 带通滤波器bpf有源带通无源带通f/hzvivovo/vif/hzvivovo/vi1002.20.2760.1254545451002.160.1340.0620370375002.121.080.5094339625002.120.5120.24150943410002.121.380.65094339610002.120.6720.31698113220002.121.440.679

17、24528315002.120.6960.32830188730002.081.340.64423076918002.120.6960.32830188740002.121.20.56603773620002.120.6880.32452830250002.081.080.51923076950002.120.5040.237735849100002.080.380.182692308100002.080.3120.15200002.120.3360.158490566300002.120.2240.105660377500002.080.1240.059615385无源带通滤波器和有源带通滤

18、波器幅频特性实验数据无源带通滤波器和有源带通滤波器幅频特性曲线比较无源，fl=500hz，fh=5000hz，故通频带bw=4500hz，特征频率为1500hz有源，fl=440hz，fh=5200hz，故通频带bw=4660hz，特征频率为1700hz4 带阻滤波器bef有源带阻无源带阻f/hzvivovo/vif/hzvivovo/vi502.082.0811002.161.680.7777777782002.122.040.9622641515002.121.080.5094339625002.121.680.7924528310002.120.480.22641509410002.12

19、0.860.40566037715002.120.0760.03584905715002.080.0740.03557692320002.120.240.11320754720002.120.520.24528301925002.080.440.21153846230002.121.20.56603773630002.120.60.28301886840002.121.520.71698113240002.120.840.39622641550002.121.70.80188679250002.121.040.49056603860002.121.80.849056604100002.081.

20、460.701923077500002.082.081200002.081.660.798076923500002.081.720.826923077无源带阻滤波器和有源带阻滤波器幅频特性实验数据无源带阻滤波器和有源带阻滤波器幅频特性曲线比较无源，fl=7000hz，fh=400hz，故通频带bw=6600hz，特征频率为1600hz有源，fl=4750hz，fh=480hz，故通频带bw=4270hz，特征频率为1600hz5、 结果分析与讨论无源低通滤波器的截止频率比有源低通滤波器的截止频率低；无源高通滤波器的截止频率比有源高通滤波器的截止频率高；无源带通滤波器通带宽度比有源带通滤波器小很

21、多；无源带阻滤波器比有源带阻滤波器阻带宽度大。因此，有源滤波器比无源滤波器有更理想的滤波效果。这是因为无源滤波器主要由无源元件r、l和c组成，有源滤波器由集成运放和r、c组成，集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用，因此有源滤波器的频率响应比无源滤波器更为理想。但有源滤波器在本实验中，因受运放增益带宽积的影响，有源滤波器的稳定工作频率范围较为有限。思考题1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？示波器测出的实际幅频特性曲线比较平缓，不像计算出的理想幅频特性曲线那样陡升陡降。这是由于实际电路往往存在一定延时性造成

22、的。示波器测出的实际幅频特性的截止频率点与计算出的理想幅频特性有所偏差。这是因为实际电路元件与标称值均有一定的误差造成的，同时实际元器件跟理论上的元器件的理想表现也存在差异。2如果要实现lpf、hpf、bpf、bef源滤器之间的转换，应如何连接？将有源lpf与有源hpf串接即可得到bpf滤波器。将有源lpf与有源hpf的输出端口接在加法器的两个输入端口，加法器的输出端口输出滤波信号，即构成了bef。实验四 lpf、hpf、bpf、bef间的变换一、实验任务和目标通过本实验进一步理解低通、高通和带通等不同类型滤波器间的转换关系；熟悉低通、高通、带通和带阻滤波器的模拟电路，并掌握其参数的设计原则。

23、二、总体方案设计（实验教程p3940）1高通滤波器与低通滤波器 (6-1)式中为高通滤波器的幅频特性，为低通滤波器的幅频特性。如果已知，就可由式(1)求得对应的；反之亦然。2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，则由它们可构成一个带通滤波器，它们之间的关系可用下式表示：3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：如果低通滤波器的带宽频率小于高通滤波器的带宽频率，则由它们可构成一个带阻滤波器，它们之间的关系可用下式表示为：三、方案实现和具体设计（实验教程p40）1按实验电路板接通电源。2将函数信号发生器输出的正

24、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1lpf+hpf合成bpf低通滤波器带通滤波器fvivovo/vivivovo/vi101.721.91.1046511631.720.1220.070930233501.921.9211.920.60.31251001.961.920.9795918371.9210.5208333335001.921.880.9791666671.921.80.93751000

25、1.921.640.8541666671.921.640.85416666720001.921.240.6458333331.921.240.64583333350001.920.620.3229166671.920.620.322916667100001.920.340.1770833331.920.320.166666667200001.920.180.093751.920.20.104166667500001.880.0820.0436170211.920.0940.048958333低通+高通合成带通滤波器的幅频特性实验数据低通+高通合成带通滤波器的幅频特性曲线上限截止频率为1970h

26、z，下限截止频率为140hz，通频带bw=1830hz，特征频率为435hz4 lpf+hpf合成bef低通滤波器高通滤波器带阻滤波器f/khzfvivovo/vivivovo/vivivovo/vi0.05501.881.740.9255319151.880.080.0425531911.881.720.9148936170.11001.961.560.7959183671.960.160.0816326531.961.50.7653061220.22001.921.180.6145833331.920.240.1251.921.020.531250.33001.920.920.479166

27、6671.920.340.1770833331.920.660.343750.44001.920.680.3541666671.920.4340.2260416671.920.4240.2208333330.55001.920.60.31251.920.50.2604166671.920.360.18750.77001.920.4160.2166666671.920.6880.3583333331.920.440.229166667110001.920.2880.151.920.940.4895833331.920.740.385416667220001.880.180.0957446811.

28、881.320.702127661.881.260.670212766550001.80.05760.0321.81.540.8555555561.81.540.85555555610100001.620.02720.0167901231.641.440.878048781.621.440.888888889低通+高通合成带阻滤波器的幅频特性实验数据低通+高通合成带阻滤波器的幅频特性曲线上限截止频率为2200hz，下限截止频率为80hz，通频带bw=2120hz，特征频率为400hz五、结果分析与讨论所得实验结果与预期基本相符，由幅频特性曲线可知滤波器增益与理论值也比较接近。由实验可知，当lp

29、f的高频截止频率fh 要高于hpf的低频截止频率fl 时，将lpf与hpf串接即可得到bpf滤波器。当lpf的高频截止频率fh低于hpf的低频截止频率fl时，将lpf与hpf的输出端口接在加法器的两个输入端口，加法器的输出端口输出滤波信号，即可构成了bef。不同滤波器之间可以进行转换。思考题1由lpf、hpf连接带通、带阻滤波器有何条件？组成带通滤波器时，lpf的高频截止频率fh 要高于hpf的低频截止频率fl；组成带阻滤波器时，lpf的高频截止频率fh低于hpf的低频截止频率fl。2有源滤波器与无源滤波器的频率特性有何不同？无源滤波器主要有无源元件r、l和c组成, 有源滤波器由集成运放和r、

30、c组成，集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用，因此有源滤波器可以实现比无源滤波器更为理想的响应曲线。但受运放增益带宽积的影响，有源滤波器也有工作频率范围的限制。实验五 信号的采样与恢复一、实验任务和目标了解信号的采样方法与过程及信号的恢复。通过实验验证采样定理，并掌握采样周期的基本设计原则。掌握根据实验原理框图设计实验方案、自行搭建实验电路、自行设计电路参数的方法。二、总体方案设计（p43243）离散时间信号可由连续时间信号经抽样处理而获得，而且当用于抽样的周期性冲激函数信号的频率ws大于原始连续信号的频率wm的两倍时，采样信号可

31、经过一合适的低通滤波器而恢复为原始连续信号。(a)(b)(c) 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)采样信号信号的采样与恢复原理框图由傅立叶变换，采样信号的频谱是原始信号频谱的周期性延拓，其幅值衰减为原始信号幅值的1/t倍。采样信号可以恢复为原始信号的条件是：s2m，此时可用一截止频率为ws，增益为t的低通滤波器（lpf）对抽样信号进行滤波，从而恢复出原始连续信号；而当s2m时，采样信号的频谱会发生混叠从而导致不可恢复性失真。三、方案实现和具体设计（见实验教程p44）1连接采样脉冲（方波）信号发生器、采样器（采样开关）、低通滤波器组成的采样与恢复电路（实

32、验电路板7；或自己设计搭建的实验电路板）。2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。3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。4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1、未加信号时，采样信号波形 采样信号波形由图可以得出信号的频率为f=1200hz。输入信号为正弦波，分别取正弦波信号频率为f1=100hz（即s 2m）、f2=600hz（即s =2m）、f3=1000hz（即s 2m），波

33、形分别如下。2 输入频率为100hz的正弦信号被采样信号解调滤波后信号3 输入频率为600hz的正弦信号 被采样信号解调滤波后信号4 输入频率为1000hz的正弦信号被采样信号解调滤波后信号5 输入频率为100hz的三角波被采样信号解调滤波后信号6 输入频率为600hz的三角波被采样信号解调滤波后信号7 输入频率为1000hz的三角波被采样信号解调滤波后信号五、实验结论与分析在实验在s 2m、s = 2m、s 2m三种采样频率情况下对连续信号分别进行采样，从滤波恢复后的波形都可以看出，在s 2m 以及s = 2m时，采样后的信号可以较好的恢复；当s 2m 时，采样后的信号不可以较好的恢复，频率

34、出现失真。恢复后的波形均与原波形有一定的误差。此次实验中，由于函数信号发生器本身有内阻，所以输入信号的频率和幅度与发生器面板显示的有较大差别，应以示波器检测的结果为准。实验板上的多谐振荡电路产生的脉冲采样信号频率不是非常稳定，因而对应的奈奎斯特频率不易求得。试验中对于正弦信号和三角波信号，从波形中都可以看出，在以及（近似，频率不是非常稳定）时，采样后的信号均可以较好的恢复，而当时，采样后的信号不能无失真恢复。 实验六 调制与解调1、 实验任务和目标了解幅值调制和解调的原理。观察调制和解调后的波形。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。掌握集成模拟乘法器或其

35、他集成芯片在实现电路方案时的各种应用、2、 总体方案设计（参见实验教程p546）傅氏变换中的调制定理是实现频谱搬移的理论基础，形成了正弦波幅度调制，即一个信号的幅度参量受另一个信号控制的一种调制方式。只要正弦信号（载波）的频率在适合信道传输的频率范围内就在信道内很好的传输。 正弦幅度调制与解调原理图如下：正弦波调制与解调的方框图，图中x(t)为被调制信号，c(t)为载波信号，y(t)为已调制信号，由框图可知：y(t)=x(t)cos() 其傅立叶变换为如果x(t)是带宽有限的信号，用正弦波进行调制时，就是把调制信号的频谱x()对半分地分别搬到处。只要，y()就是一个带通频谱。信号传输信道为理想

36、信道，在接收端可以无失真地接收到已调制信号y(t)。解调的任务是从y(t)中恢复出原始信号。同步解调的原理就是用相同的载波在进行再进行一次调制。其频谱v()为若用一个合适的理想低通滤波器，在接收端就可以完全恢复原信号x(t)。三、方案实现和具体设计（参见实验教程p4748）1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），这里我们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

37、幅值相等，初相位相等，频率成比例（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设定为20khz、500mv，作为二路载波信号）。根据以上安排做相应的接线。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端上，将解调信号输出接到lpf输入端上。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，则调节rp2和rp3至两个波形近似。四、实验设计与实验

38、结果1被调制信号（tp1）2 载波信号3 调幅输出信号（tp2）载波信号与调幅输出信号比较图4. 解调输出信号（tp3）调制信号与解调信号比较图5. 解调滤波后的信号（tp4）调制信号与解调滤波信号比较图5、 结果分析与讨论调制与解调实验，幅度调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。在实际实验过程中，信号失真较严重，为了获得较为理想的解调信号，对电位器进行了多次、长时间的调试，这一过程借助示波器的实时波形显示完成，最终得到了较为可靠的结果。调幅

39、调制过程中，信号的衰减在本实验中是不可避免的，但信号的频域特性得到了较好的保留。思考题1已调制信号的幅度y(t)与解调信号x(t)的幅度是否相同？不相同。当用正弦波信号对已调制信号进行解调时，由傅里叶变换可知，在理想情况下，解调信号x(t)的幅度为已调制信号y(t)幅度的一半。但在解调过程中，当通过增益为2的低通滤波器后，两者的幅值应该相等。事实上，信号在调制的过程中会有所衰减，因此其幅值不相等。在本次实验中，两者的差值是比较大的。实验七 方波信号的产生、分解、合成及转化一、实验任务和目的设计电路产生方波，收集产生的波形，利用谐振电路对方波信号分解并取出前若干次谐波，后由加法电路合成，并与原方

40、波信号比较。方波通过低通滤波器转化为正弦波。掌握用数字示波器和计算机采集所测信号的数据，和利用matlab对测量结果进行频谱分析。掌握设计典型的信号产生和变换的方法。二、总体方案设计1. 采用多谐振荡器产生方波多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。 2. 方波的分解与合成对方波进行傅立叶级数展开为故方波可分解为不同频率、幅度的正弦信号。采用谐振电路分解并取出其1

41、7次谐波。因实际电路产生方波，不是理想方波，不是全时间段周期信号，可能有偶数次谐波，其频谱是全波段。利用加法电路将所取的谐波信号求和，得到近似方波信号，与原方波信号比较，观察失真情况。3. 方波的转化将方波通过低通滤波器即可得到正弦波或三角波三、方案实现和具体设计四、实验设计与实验结果1. 方波产生2. 方波的分解波形基波波形2次谐波波形3次谐波波形4次谐波波形5次谐波波形6次谐波波形7次谐波波形3. 方波谐波合成4. 方波转化为正弦波（1khz方波转化为50hz正弦波）5、 结果分析与讨论设计实验电路时，设计的方波发生电路是模拟数字混合电路，仿真比较困难，上网查资料后解决问题。通过多个并联l

42、c振荡电路测取其谐波，但买元件时发现买不到电感，实验时用实验室的电感多次串并联获得所需的近似的数值，增加了实验误差。方波转三角波电路也因缺少大电感而临时将lc滤波电路改为rc滤波电路。但实验结果比较符合预期。思考题1方波转换为正弦波失真的原因有哪些？原因如下：（1）输入的方波信号的占空比很难准确控制在50%；（2）滤波器本身的滤波特性就存在局限性。2假如要观察1,3,5,7次谐波相位关系有哪些方法？（1）线性扫描法；（2）椭圆法（李沙育图形法）3信号的分解还可以运用什么方法？还可以通过设计高阶滤波器滤波器滤波得到相应的n次谐波。实验结论经过此次信号与系统基本实验，才发现信号实验对于信号学科实际

43、应用及其原理阐释有着不可替代的作用。实验过程中的不断摸索和讨论让我们收获了不少知识和实验技巧，下面我从七个实验方面分条论述：首先是零输入、零状态及完全响应这个实验，在实验的过程中，第一次实验基本上是熟练学习的过程，逐渐掌握器材如示波器、信号发生器、稳压电源等的使用方法，加深了对零输入响应、零状态响应和完全响应原理的理解，了解了三种响应的响应曲线以及这三种响应之间的联系。 然后我们做了信号的无失真传输，实验板对实验的影响很大，有的50khz不失真，有的10khz就失真了。通过人眼观察很难判定是否失真，通过测取数据进行频谱分析能更准确判断是否失真。第三个实验是无源滤波器与有源滤波器，这个实验是个非常繁琐的实验，数据较多。进一步了解了各类滤波器的基本结构及其特性，通过测量和绘制这些滤波器的幅频特性曲线，比较无源滤波器与有源滤波器的滤波性能，有源滤波器因有放大增益而比无源滤波器有更好的效果。低通、高通、带通和带阻滤波器间的变换，这个实验也很繁琐，数据较多。在波形调试时，先找到各种波形的关