信号与系统综合实验报告

华中科技大学12 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 学号 专业班号指导教师日 实验成绩第1页共46页实验评分表基本实验

实验编号名称/内容

实验分值 评分5实验二零输入、零状态及完全响应5实验名称/内容

实验分值 评分10

实验六低通、高通、带通、带阻滤10波器间的变换实验七信号的采样与恢复实验 15实验八调制与解调实验 15实验名称/内容

实验分值 评分创新性实验教师评价意见 总分第2页共46页目 录实验一常用信号的观察实验二零输入、零状态及完全响应实验五无源与有源滤波器实验六低通、高通、带通、带阻滤波器间的变换实验七信号的采样与恢复实验实验八调制与解调实验实验体会

……………4……………7……………8……………14……………19……………31……………35第3页共46页实验一常用信号的观察一、任务与目标1.了解常用信号的波形和特点。2。了解相应信号的参数。3.二、实验过程1．接通函数发生器的电源。用示波器观察输出波形的变化.三、实验报告（x为时间，y为幅值）第4页共46页100Hz4V正弦波y=2sin(628x-π/2）100Hz4V方波第5页共46页y=2 t=（2n-1)x*0.0025～(2n+1)x*00025 x为奇y=—2 t=(2n—1）x＊0.0025～(2n+1)x＊0.0025 x为100Hz4V锯齿波第6页共46页100Hz4V三角波第7页共46页由50Hz的正弦波和100Hz正弦波组合的波形y=0.2sin(628x）+0.1sin(314x)实验二零输入、零状态及完全响应一、实验目标通过实验，进一步了解系统的零输入响应、零状态响应和完全响应的原理。学习实验电路方案的设计方法——本实验中采用用模拟电路实现线性系统零输入二、原理分析三、实验过程1、接通电源；2K2,K2K3,观察零输入响应曲线；3K3K1，观察零状态响应曲线；第8页共46页4K1K3,再次让电容放电,K3K2,在电容电压稳定于5V后断开K2,闭合K1,观察完全响应曲线。四、实验报告上图为零输入响应、零状态响应和完全响应曲线。五、实验思考题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?答：相同.因为系统零输入响应和零状态响应稳定的充分必要条件都是系统传递函数的全部极点si(i=1，2，3,…，n)，完全位于s平面的左半平面。实验五无源与有源滤波器一、实验原理实验指导书P14第9页共46页二、实验目的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。三、实验内容1、观察电路板,接通电源；2TP1录几点；3、依次记录其他各滤波器幅频特性。四、实验报告无源滤波器幅频特性无源LPF

无源HPF

无源BPF

无源BEFf/HzU/Vf/HzU/Vf/HzU/Vf/HzU/V106.164000。20500。202004。60606.126000。44800.403004。041006.048000。681500.604003.562005。8010000。962000。805002.863005.4820001。243001。007001.924005.0830001.805001.408001。605004.6040002。607001.809001。286004。1250003。2415002.2010001.087003。6860003.8422002.2014000.648003.4080004.4430002.0016000。529003。04100004。8835001.8018000.44第10页共46页10002。80130005.1645001。6020000。6815002。08150005。2060001.4022000.9220001.60200005.2080001.2030001。3230000.6590001。0040002。5240000.34150000.4670003.76100004.28110004.60有源滤波器幅频特性f/Hz有源LPFU/Vf/Hz有源HPFU/Vf/Hz有源BPFU/Vf/HzBEFU/V1006。043000。20500.36506。402006.044000.321000.782006.024005.725000。522001.444005.646005.086000。763002。046004.207004。447001.024002。528003.2210004.008001.165002。8010002。3815003。0810001。566002.9812001。22第11页共46页20002。4415002.567003.1415000.9825001。8420003.449003.3817001。1230001.2430004。4815003.8020001.6040000。7840005.2020003.9225002.6260000.4250005。3225003.8030003。6480000.3470005.5230003。6040004.4490000.2090005.6040003.1450005。02100005.6860002.4060005.20150005。68100001.5680005.66150000.76100006.38200000.44根据实验测量所得数据，绘制各类滤波器的幅频特性曲线.Matlab仿真的无源低通滤波器幅频特性曲线与有源低通滤波器幅频特性曲线第12页共46页有源低通滤波器截止频率：500Hz无源低通滤波器截止频率：398HzMatlab有源高通滤波器截止频率：2200Hz6000Hz第13页共46页Matlab仿真的无源带通滤波器幅频特性曲线与有源带通滤波器幅频特性曲线无源带通滤波器上限截止频率10000Hz有源带通滤波器下限截止频率：199Hz通带宽度9801Hz上限截止频率5011Hz下限截止频率：707Hz通带宽度4304Hz第14页共46页Matlab无源带阻滤波器上限截止频率398Hz 下限截止频率：5623Hz阻带宽度5225Hz有源带阻滤波器上限截止频率630Hz 下限截止频率：3981Hz 通频带3351Hz答：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多;无源带阻滤波器比有源带阻滤波器阻带宽度大.综上，有源滤波器的滤波特性要比无源率波器的特性好。五、实验思考题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：第15页共46页0〈w〈WlWl的BW为无穷大,但实际上,滤波电路的带宽也是有限的。同样的，带阻滤波电路的幅频响应曲线中，它有两个通带:0〈w〈Whw〉和一个阻带:Wh<w<WlWlWh间的信号。同高通滤波电路相似，w>wL也是有限的。LPF、HPF、BPF、BEF源滤器之间的转换，应如何连接?答：LPFHPF原来的倒数，可以变换成相应的高通滤波器；将低通滤波器和高通滤波器并联在一起，可以形成带阻滤波电路，设低通滤波器f1＜f2,f＜f1f＞f2f1＜f＜f2的信号被阻断,于是电路成为一个带阻滤波器；将低通滤波器和高通滤波器串联起来，即可获得带通滤波电路，低通滤波器的通f2f＜f2的信号通过；而高通滤波器的通带截止频f1f＞f1f2＞f1上述二者频带的覆盖部分,f2f1，成为一个带通滤波器.第16页共46页第17页共46页实验六低通、高通、带通、带阻滤波器间的变换一、实验原理二、实验目的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.三、实验内容由低通滤波器变换为高通滤波器。由高通滤波器变换为低通滤波器。在一定条件下,由低通和高通滤波器构成带通滤波器。在一定条件下，由低通和高通滤波器构成带阻滤波器.四、实验步骤实验电路接通电源。将函数信号发生器输出的正弦信号接入无源(或有源）正弦信号频率时,用示波器观察其低通滤波器输出幅值的变化。21LPF、HPF、BPF、BEF输出幅值的变化。五、实验报告实验数据

带阻滤波器TP5f/HzU/Vf/HzU/Vf/HzU/Vf/HzU/Vf/HzU/V506。20100。12505。76500。20306.043006.20200.401005.161000.388505。804006.11301.001504.482000。752805.36第18页共46页5006。04401.402003。883001。121005。006005。86601.642503.324001.521504.208005.60702。163502.65001。842003.4010005.20902。884502。086002.163002.1612004.881003。086001。648002.764001。4015004。321503。968001.2410003.245001.1620004。002004.4410001.0815004。126001.3225003。603005。1615000.7820004.767001.6030003.204005.3620000.5230005.328001。9635002.808005。3230000.3840005。6010002.6040002。4810005.1240000。2060005。8815003.8050002。1615004.4890006。0020004。6060001.8420003.8425005。0090001.2030002。9430005。32150000.7840002.3660005.8470001.4690006.00100001.08150000.78画出由低通滤波器和高通滤波器构成带通、带阻滤波器的模拟电路。第19页共46页带通滤波器如上图带阻滤波器如上2．画出各种滤波器实验的频率特性曲线。第20页共46页TP1的幅频特性曲线TP2的合成带通幅频特性曲线第21页共46页TP3的低通幅频特性曲线TP4的高通幅频特性曲线第22页共46页TP5的合成带阻电路幅频特性曲线七、实验思考题HPF答：带通滤波器的构成可以把一个低通滤波器和一个高通滤波器串联起来LPF的截止频率f2大于的截止频率f。它使频率为f1〈f〈f2的信号通过，从而消除其余高频段和低频段的信号。带阻滤波器的构成把一个低通滤波器和一个高通滤波器并联起来，使LPF的截止频率ff1小于HPFf2f1〈f<f2的信号通过。答：.滤除谐波可达到95补偿无功细致。第23页共46页第24页共46页实验七信号的采样与恢复实验一、实验原理二、实验目的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。(7-1）电路、自行设计电路参数的方法。三、实验内容四、实验步骤7电源；100Hz端,观察采样输出信号以及通过低通滤波器后的恢复信号。号。改换被采样输入信号为三角波，再重复以上实验。五、实验报告绘制原始的连续信号、采样后信号以及解调滤波后信号的波形。第25页共46页TP1第26页共46页输入信号为100Hz正弦波第27页共46页采样后信号恢复信号第28页共46页输入100Hz三角波信号第29页共46页采样信号恢复信号第30页共46页输入600Hz正弦波第31页共46页采样信号第32页共46页恢复信号输入600Hz三角波第33页共46页采样信号第34页共46页恢复信号正弦800Hz采样信号&恢复波形第35页共46页第36页共46页输入800Hz三角波采样信号第37页共46页恢复信号答：由实验结果可见，在100Hz下恢复结果较好，800Hz时严重失真，600Hz左右开始有轻微失真，且三角波的恢复较正弦波要差。如果采样器的输入信号最高角频率为ωmax，则只有当采样频率ωs≥2ωmax，才可能从采样信号中无失真地恢复出连续信号.三角波恢复较差,由采样信号可见低频下采样图形完好,但恢复后图形很差，我认为主要原因有：电路本身有一定误差；三角波线性度较差。因而要完好的复原三角波需要比正弦波更高的采样频率。第38页共46页第39页共46页实验八调制与解调实验一、实验原理见实验指导书P29二、实验目的1。了解幅度调制和解调的原理。观察调制和解调后的波形。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(用设计。三、实验内容幅度调制与解调的实验。根据实验原理方框图确定实验方案,四、实验