五采样系统的模拟与分析

1、五 采样系统的模拟与分析一实验目的：1 培养学生模拟研究采样系统的技能，2 验证和加深理解采样系统的基本理论。二实验要求：1 了解信号的采样和恢复与采样周期的关系。2 分析采样系统的稳定性和瞬态响应。三实验仪器：1 TP80CS教学实验板 1台2 直流稳压电源 1台3示波器 1台4信号发生器 1台5数字万用表 1块四实验原理和电路：本实验采用“采样保持器”组件LF398。它具有将连续信号离散后以零阶保持器输出信号的功能。采样保持原理方块图示于图51，采样周期T等于部件U1S端的方波周期。T的调节范围为2mS6S。U1S端的周期性方波经单稳触发电路MC14538整形，得到脉宽符合保持器要求的采样

2、脉冲信号。送到LF398逻缉输入端8 （PU1），在输出端5（OUT1）获得具有零阶保持器功能的输出信号，线路连接见图52。 X（t） X（t） 1-e-TS Xh(t) IN1 LF398 Xh(t) T S OUT1 PU1 图51 LF398功能图 Q2 A2 S MC MC 14538 1555 图52 采样保持器电路图1 信号的采样保持连续信号X（t）经采样器采样后变为离散信号X*（t）。香农（Shannon）采样定理指出，离散信号X*（t）可以圆满复现为连续信号的条件为： （51）式中S为采样角频率，=2/T（T为采样周期），max 为连续信号X（t）的幅频谱 的上限频率，式（5-

3、1）可表示为 若连续信号X（t）是角频率为的正弦波。它经采样器采样后变为离散信号X*（t），则X*（t）经保持器可以复原为连续信号的条件是采样周期正弦波，所以2闭环采样控制系统原理方块图如图53所示 R(S) 1-e-TS 25 C(S) T S S(0.5S+1) 图53 闭环采样控制系统图54是它的实验电路图54闭环采样控制系统电路图53所示闭环采样控制系统开环脉冲传递函数为闭环脉冲传递函数为闭环采样控制系统的特征方程为从上式可知，特征方程式的根与采样周期T有关，若特征根的模均小于1，则系统稳定；若有一个特征根的模大于1，则系统不稳定；因此系统的稳定性与采样周期T的大小有关。五实验内容与步

4、骤：准备：将信号源单元（U1SG）的ST插针和+5V插针用“短路块”短接。1 信号的采样保持与采样周期的关系（1） 按图52接线。（2） 将信号发生器产生的频率为25Hz的正弦波信号接到LF398的输入端，X（t）= 0.5V。（3） 将信号源单元（U1SG）的开关S12置于2mS60 mS档，调节电位器W11使采样周期T = 3mS。（4） 用示波器同时观测LF398的输入波形和输出波形。（5） 改变采样周期，直至20 mS，同时观测LF398的输入波形和输出波形。2 采样系统的稳定性与瞬态响应（1） 按图54接线。（2） 取T = 3mS。按图69接线。加入阶跃信号r（t），观察并记录采样

5、系统的输出波形C（t），测量超调量Mp。并将实验结果记录在相应的实验记录表51中。（3） 将信号源单元（U1SG）的开关S12置于20ms600 ms档，调节电位器W11使采样周期T=30mS，加入阶跃信号r（t），观察并记录采样系统的输出波形C（t），测量超调量Mp。并将实验结果记录在相应的实验记录表51中。（4） 调节电位器W11使采样周期T=150mS，加入阶跃信号r（t），观察并记录采样系统的输出波形C（t）。并将实验结果记录在相应的实验记录表51中。六实验报告与要求：1 实验前计算相应的连续系统的超调量。2 实验前分析当采样周期T = 3mS、T = 30mS 、T=150mS时，图53所示闭环采样控制系统的稳定性。3 实验观测记录。4 实验结果分析体会和建议。七思考题：1 信号经采样后需要恢复，采样频率（或周期）的选取满足什么定理？2 采样周期对采样系统性能的影响怎样？3 与图53相应的连续系统会产生不稳定