信号的采样与分析和无失真传输系统 3

1、渤海大学学生实验报告（理工类）课程名称： 信号与系统实验 开课实验室： 信号与系统实验室 实验室位置： 新实验 楼 301 室 完成实验时间：2013 年 月 日院（系、部）工学院电子工程系专业/年级/班电子信息工程2011级2班姓 名实验项目（题目）信号的采样与分析和无失真传输系统学 号实验环境良好指导教师成 绩成绩评定标准： 序 号项 目满分成绩备 注1预习、实验原理22实验内容与实验步骤33分析、解决问题及创新能力24实验结果、数据处理25讨论及建议1评阅教师： 年 月 日一、实验目的：信号的采样与分析:1、了解电信号的采样方法与过程以及信号恢复的方法。2、验证抽样定理。无失真传输系统:

2、1、了解无失真传输的概念。 2、了解无失真传输的条件。二、实验设备（名称、型号）：实验电路箱、实验电路板、连接线三、实验（设计）原理概述：信号的采样与分析:1、离散时间信号可以从离散信号源获得，也可以从连续时间信号抽样而得。抽样信号可以看成连续信号和一组开关函数的乘积。是一组周期性窄脉冲，见图2-1-1，TS称为抽样周期，其倒数称抽样频率。对抽样信号进行傅里叶分析可知，抽样信号的频率包括了原连续信号以及无限个经过平移的原信号频率。平移的频率等于抽样频率及其谐波频率、。当抽样信号是周期性窄脉冲时，平移后的频率幅度按规律衰减。抽样信号的频谱是原信号频谱周期的延拓，它占有的频带要比原信号频谱宽得多。

3、2、正如测得了足够的实验数据以后，我们可以在坐标纸上把一系列数据点连起来，得到一条光滑的曲线一样，抽样信号在一定条件下也可以恢复到原信号。只要用一截止频率等于原信号频谱中最高频率fn的低通滤波器，滤除高频分量，经滤波后得到的信号包含了原信号频谱的全部内容，故在低通滤波器输出可以得到恢复后的原信号。3、但原信号得以恢复的条件是，其中为抽样频率，B为原信号占有的频带宽度。而为最低抽样频率又称“奈奎斯特抽样率”。当时，抽样信号的频谱会发生混迭，从发生混迭后的频谱中我们无法用低通滤波器获得原信号频谱的全部内容。在实际使用中，仅包含有限频率的信号是极少的。因此即使，恢复后的信号失真还是难免的。4、为了实

4、现对连续信号的抽样和抽样信号的复原，可用实验原理框图2-2-3的方案。除选用足够高的抽样频率外，常采用前置低通滤波器来防止原信号频谱宽而造成抽样后信号频谱的混叠。但这也会造成失真。如实验选用的信号频带较窄，则可不设前置低通滤波器。本实验就是如此。无失真传输系统: 图 2-2-3 抽样定理实验方框图渤海大学学生实验报告用纸1、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

5、分量在时间轴上的相对位置产生变化，引起相位失真。 线性系统的幅度失真与相位失真都不产生新的频率分量。而对于非线性系统则由于其非线性特性对于所传输信号产生非线性失真，非线性失真可能产生新的频率分量。 所谓无失真是指响应信号与激励信号相比，只是大小与出现的时间不同，而无波形上的变化。设激励信号为，响应信号为，无失真传输的条件是 （41）式中是一常数，为滞后时间。满足此条件时，波形是波形经时间的滞后，虽然，幅度方面有系数倍的变化，但波形形状不变。2、对实现无失真传输，对系统函数应提出怎样的要求？ 设与的傅立叶变换式分别为。借助傅立叶变换的延时定理，从式41可以写出 （42）此外还有 （43）所以，为

6、满足无失真传输应有 （44）（44）就是对于系统的频率响应特性提出的无失真传输条件。欲使信号在通过线性系统时不产生任何失真，必须在信号的全部频带内，要求系统频率响应的幅度特性是一常数，相位特性是一通过原点的直线。 2-4-1 无失真传输系统的幅度和相位特性3、本实验箱设计的电路图：（采用示波器的衰减电路）图2-4-2 示波器衰减电路 （45） 如果 则 是常数， （46） 式（46）满足无失真传输条件。四、实验内容与步骤（方法）、实验数据（表格）、数据处理：信号的采样与分析：1、把系统时域与频域分析模块插在主板上，用导线接通此模块“电源接入”和主板上的电源（看清标识，防止接错，带保护电路），并

7、打开此模块的电源开关。2、将函数信号发生器产生一正弦波幅度（峰峰值）为2V左右，为便于观察，被抽样信号频率一般选择50HZ400HZ的范围，此时可以选择150Hz，将其送入抽样器，即用导线将函数信号发生器的输出端与本实验模块的输入端相连；抽样脉冲的频段由开关SK1000进行选择，有“高”“中”“低”档，此时可以选择低频，频率则是通过电位器“频率调节”来调节的，调节抽样脉冲的频率为800Hz左右，抽样脉冲的脉宽则是由电位器“脉宽调节”进行调节的，调节抽样信号脉宽为30以上；用示波器测试“抽样信号”的波形，观察经抽样后的正弦波。1ms/2V 抽样脉宽为30%以上 抽样后的正弦波3、改变抽样脉冲的频

8、率为和，用导线将“抽样信号”和“低通输入”相连，用示波器测试测试钩“抽样恢复”，观察复原后的信号，比较其失真程度。 大于2B失真 临界失真 频率236Hz4、（对于要求高的学生可以进行以下实验）设计一定截至频率的低通滤波器，用于信号的抽样恢复。（可以参考第三章的实验六“模拟滤波器的设计”）无失真传输系统：1、把系统复域与频域分析模块插在主板上，用导线接通此模块“电源接入”和主板上的电源（看清标识，防止接错，带保护电路），并打开此模块的电源开关。2、打开函数信号发生器的电源开关，使其输出一方波信号，频率为1，峰峰值为，将其接入到此实验模块的输入端，用示波器的两个探头观察，一个接入到输入端，一个接

9、入到输出端，以输入信号作输出同步进行观察。失真 、 3、观察信号是否失真，即信号的形状是否发生了变化，如果发生了变化，可以调节电位器“失真调节”，可调节到输出与输入信号的形状一致，只是信号的幅度发生了变化（一般变为原来的两倍）。4、改变信号源，采用的信号源可以从函数信号发生器引入，也可以从常用信号分类与观察引入各种信号，重复上述的操作，观察信号的失真和非失真的情况。三角波失真 三角波不失真正弦波方波渤海大学学生实验报告用纸渤海大学学生实验报告用纸五、实验结果及误差分析:信号的采样和恢复实验证明了失真有临界点，采样频率大于信号的2倍时，才不会是失真。无失真传出系统，在改变幅度和相频因素时达到无失真传输信号。 实验误差来自实验设备