[理学]信号与系统实验报告

1、北京联合大学实 训 报 告课 程 名 称: 信号与系统分析 学 院: 专 业: 班 级: 学 号: 姓 名: 成 绩: 2012年 05月 16日实验一 信号的时域分析1.1常见信号分类观察实验1.1.1 实验目的1.了解常用信号的波形特点2.掌握信号发生器的虚拟仪器的使用方法1.1.2 实验设备pc机一台，td-sas系列教学实验系统一套。1.1.3实验原理及内容信号是随时间和空间变化的某种物理量，它一般是时间变量t的函数。信号随时间变量t变化的函数曲线成为信号的波形。按照不同的分类原则，信号可分为：连续信号和离散信号；周期信号和非周期信号；实数信号和复数信号；能量信号和功率信号等。本实验中

2、利用信号发生器我们可以观察工程实际和理论研究中经常用到的正弦波、方波、脉冲等信号。1.1.4实验步骤1.连续周期信号的产生与测量1）在该实验箱配套软件界面中，单击“信号发生器”进入其界面。如图1-1-1所示选择参数，（ch1通道可以选择周期或非周期信号，ch2通道只能选择周期信号）点击确定。2）在实验箱配套软件界面中，单击“示波器”进入其界面，界面如图1-1-2所示。用探笔测量实验箱上信号发生器单元的输出1和输出2端，（分别对应信号发生器界面的ch1和ch2通道）点击“运行”测量信号。3）在示波器测量到信号后，点击“停止”，测量两路信号的各参数，验证其频率、幅值等值与所选参数匹配。将实验数据记

3、录到表1-1-1中。（具体操作方法参见td-sas实验系统软件的安装及操作部分） 4）选取其他波形及相关参数进行测量并验证。2.连续非周期信号的产生与测量1）重新如图1-1-3所示选择参数，（当通道1选择位非周期信号时，通道2无输出）点击确定。 2）进入示波器界面，用探笔测量实验箱上信号发生器单元的输出1端，(非周期信号只能从实验箱信号发生器单元输出1端输出)点击“运行”。 3）在实验箱的信号发生器单元，按下单次按钮，便产生一个周期的所选波形。（此信号在其余时间全部是零）我们可以理解每个单次信号是一个非周期信号。当示波器捕捉到该信号后，点击“停止”对信号进行测量并将实验数据记录到表1-1-1中

4、。 4）选取其他波形及相关参数进行测量。 3.离散周期信号的产生和测量 本实验中将任意周期信号通过脉冲采样电路，便可得到经过脉冲采样后的离散信号。1) 在该实验箱配套软件界面中，进入进入信号发生器界面。选择ch1通道为频率10hz、幅值3v的正弦波信号，ch2通道选择频率100hz、幅值5v、占空比50%的脉冲信号作为脉冲采样的采样脉冲信号.2) 将信号发生器的输出1接入脉冲采样与恢复单元脉冲采样器的in1端,输出2接入脉冲采样器 的pu端.用示波器测量out1端,观察经过采样后的离散信号并将实验数据记录到表1-1-1中。3) 任意选择采样信号以及采样脉冲的相关参数.观察采样信号的变换. 实验

5、数据记录表1-1-1连续周期信号连续非周期信号离散周期信号正弦波方波脉冲正弦波脉冲幅值32335频率501501010100（离散周期信号）(连续周期信号1)(连续周期信号2)(脉冲信号)1.2信号的时域变换实验1.2.1 实验目的3.掌握信号在时域中各种变化的性质。4.学习折叠、时移、展缩变换的方法1.2.2 实验设备pc机一台，td-sas系列教学实验系统一套。1.2.3 实验原理及内容信号在时域中的变换基本包括：1. 折叠：信号的时域折叠，就是将信号f (t) 的波形以纵轴为轴翻转180。纵轴定义为波形0相位时刻对应点的纵轴。其表达式为f (-t)2. 时移：信号的时移，就是将信号f（t

6、）的波形沿时间轴t平移，但波形的形状不变。其表达式为f (t+n)，n为正左移，n为负右移。3. 展缩：信号的展缩，就是将信号f（t）在时间轴上展缩或压缩，但纵轴上的值不变。其表达式为f（nt），n0为压缩，n1时扩大；0nwn,即rp4k时，称为过阻尼状态（2）当a=wn,即rp=4k时，称为临界状态（3）当awn,即rp=2wmax时，采样函数能够无失真地恢复出原信号。三角波信号的采样如图4-1-1所示 2. 采样信号的频谱 连续周期信号经过周期矩形脉冲抽样后，抽样信号的频谱为它包含了原信号频谱以及重复周期为的原信号频谱的搬移，且幅度按规律变化。所以抽样信号的频谱便是原信号频谱的周期性拓延

7、。某频带有限信号被采样前后频谱如图4-1-2 从图中可以看出，当s2bf时拓延的频谱不会与原信号的频谱发生重叠。这样只需要利用截止频率适当的滤波器便可以恢复出原信号。 3. 采样信号的恢复 将采样信号恢复成原信号，可以是用低通滤波器。低通滤波器的截止频率fc应当满足fmaxfcfx-fmax。实验中采用的低通滤波器原理图如图4-1-3所示。其截止频率固定为 4. 单元构成 本实验电路由脉冲采样电路和滤波器两个部分构成，滤波器部分不再赘述。其中的采样保持部分电路由一片cd4052完成。此电路由两个输入端，其中in1端输入被采样信号，pu端输入采样脉冲，经过采样后的信号如图4-1-1所示。 4.4

8、实验步骤 本实验在脉冲采样与恢复单元完成 1. 信号的采样 1）使信号发生器第一路输出幅值3v、频率10hz的三角波信号；第二路输出幅值5v，频率100hz、占空比50的脉冲信号。将第一路信号接入in1端，作为输入信号；将第二路信号接入pu端，作为采样脉冲。 注：由于三角波含有1次、3次、5次、7次、9次等谐波分量，实验中我们认为三角波的1次、3次、5次谐波分量为有用信号，所以三角波的有效带宽为50hz，故当脉冲信号为100hz时，其刚好是三角波的最高有效频率的2倍。 2）用示波器分别测量in1端和out1端，观察采样前后波形的差异。3）增加采样脉冲的频率为200、500、800等值。观察ou

9、t1端信号的变化，解释现象的产生原因。现象产生原因：答：有限带宽信号产生器是一个三阶有源低通滤波器, 该滤波器输出的信号, 仅含有输入信号的基波分量和三次谐波分量, 作为被采信号加到取样电路3dk7的集电极上。当正矩形脉冲信号未来到时, 3dk7a管子处于饱和导通状态, 这时集电极输出信号电压近似于零, 当负的脉冲信号到来后, 管子立即转换为截止工作状态, 集电极就有信号电压输出, 这样就把连续的被采信号变换为离散的信号。 离散信号通过一级三阶和两级二阶有源低通滤波器, 滤波作用后, 输出端得到恢复信号 4）上述输入信号不变，用频谱分析仪测量采样前的信号频谱和当采样率(输入pu端的脉冲信号的频率)分别为100hz、200hz、500hz、800hz时采样信号的频谱。观察不同采样频率时，频谱的混叠情况。观察到的现象：抽样频率越大，波形恢复越接近原波形 现象的解释：对于一个具有有限频谱，且最高频率为max的连续信号进行采样，当采样频率s满足s=max时，采样信号