信号与系统实验指导书

目录

实验一零输入与零状态响应 (2)

实验二信号的分解与合成 (4)

实验三信号的采样与恢复 (8)

实验四无失真传输系统 (12)

附录一数字示波器的使用 (15)

实验一零输入响应和零状态响应

一、实验目的

1、掌握电路的零输入响应。

2、掌握电路的零状态响应。

3、学会电路的零状态响应与零输入响应的观察方法。

二、实验内容

1、观察零输入响应的过程。

2、观察零状态响应的过程。

三、实验仪器

1、信号与系统实验箱一台（主板）。

2、系统时域与频域分析模块一块。

3、数字示波器一台。

4、函数信号发生器一台。

5、电源一台。

四、实验原理

1、零输入响应与零状态响应：

零输入响应：没有外加激励的作用，只有起始状态（起始时刻系统储能）所产生的响应。

零状态响应：起始状态等于零,只有外加输入的作用下，所产生的响应。

2、典型电路分析：

电路如上图所示：假设输入为方波时，分为两种情况。当方波为高电平时，电容C3充电，输出由零电平渐变为高电平，此时的输出只与输入有关，即为零状态响应。当方波为低电平时，电容C3通过电阻R5，R4（或R6，R4）放电，输出由高电平渐变为零电平。

五、实验步骤

1、把系统时域与频域分析模块插在主板上，接±12V两组电源！

2、系统的零输入响应和零状态响应特性观察

（1）按下此模块上的电源开关S1，将K1向上拨，此时灯会亮！（表示电源接入正确）

从函数信号发生器输出一个f=5KHZ ，峰峰值为1V的方波信号，通过导线引入到“零输入零状态响应”的输入端。

（2）用示波器的两个探头，一个观察输入信号，一个观察输出信号，当脉冲进入低电平阶段时，相当于此时激励去掉，此时的响应即为零输入响应；当脉冲进入高电平时，所观察到的是系统的零状态响应。在不同的坐标系中分别记录输入和输出的波形，用示波器测量它们的幅度及频率。注意：将两个坐标中的时间轴对齐！

（3）改变电路参数，观察其系统响应。

将K1向下拨，电路的参数会发生改变。记录输入和输出的波形，用示波器测量它们的幅度及频率。（注意：将两个坐标中的时间轴对齐！）并与步骤（2）得出的输出波形进行对比。

（4）改变输入，观察系统响应。

开关K1向上拨，保持信号源频率、幅度不变，将A路脉宽设置为Tw=0.03ms，记录输入和输出的波形，用示波器测量它们的幅度及频率。（注意：将两个坐标中的时间轴对齐！）并与步骤（2）、（3）得出的输入、输出波形进行对比。

六、实验报告

1、用坐标纸依次绘出实验过程中的所有波形，标明其参数。

2、在输出波形中，标明零状态响应和零输入响应。

3、将（2）、（3）、（4）步骤中的输出波形进行对比，并说明产生变化的原因。（选做）

七、实验思考题

图2-1-1所示电路中，根据实验提供的实验元件，计算系统的零状态和零输入过程。

八、实验测试点的说明

1、测试点分别为：

“输入”J1（孔和测试钩）：信号的输入端。

“输出”：信号的输出端。

“GND”：与实验箱的地相连。

实验二 信号分解与合成

一、实验目的

1、观察电信号的分解。

2、了解带通滤波器的有关特性测试方法。

3、观测基波和其各次谐波的合成。

二、实验内容

1、观察信号分解的过程及信号中所包含的各次谐波。

2、观察由各次谐波合成的信号。

三、预备知识

1、课前务必认真阅读教材中周期信号傅里叶级数的分解以及如何将各次谐波进行叠加等相关内容。

四、实验仪器

1、信号与系统实验箱一台（主板）。

2、电信号分解与合成模块一块。

3、 数字示波器一台。

4、函数信号发生器一台。

5、电源一台。

五、实验原理

任何电信号都是由各种不同频率、幅度和初相的正弦波迭加而成的。对周期信号由它的傅里叶级数展开式可知，各次谐波为基波频率的整数倍。而非周期信号包含了从零到无穷大的所有频率成份，每一频率成份的幅度均趋向无限小，但其相对大小是不同的。

通过一个选频网络可以将电信号中所包含的某一频率成份提取出来。本实验采用性能较佳的有源带通滤波器作为选频网络，因此对周期信号波形分解的实验方案如图2-1所示。

将被测方波信号加到分别调谐于其基波和各次奇谐波频率的一系列有源带通滤波器电路上。从每一有源带通滤波器的输出端可以用示波器观察到相应频率的正弦波。本实验所用的被测信号是

Hz 531=ω左右的周期信号，而用作选频网络的五种有源带通滤波器的输出频率分别是

543215432ωωωωω、、、、，因而能从各有源带通滤波器的两端观察到基波和各次谐波。其中，在理

想情况下，如方波的偶次谐波应该无输出信号，始终为零电平，而奇次谐波则具有很好的幅度收敛性，理想情况下奇次谐波中一、三、五、七、九次谐波的幅度比应为1：（1/3）：（1/5）：（1/7）：（1/9）。但实际上因输入方波的占空比较难控制在50%，且方波可能有少量失真以及滤波器本身滤波特性的有限性都会使得偶次谐波分量不能达到理想零的情况。

图2-1 信号分解的过程

六、实验步骤

1、 把电信号分解与合成模块插在主板上，接±12V 两组电源！按下S13，灯亮为准！

2、 用导线将各带通滤波器的输入端串接，将基波及各次谐波送入加法器。

3、 调节函数信号发生器，使其输出f=Hz 53，峰峰值为5V 的方波信号，将该信号接至该实验模块的带通滤波器的“输入”端。

4、 在Hz Hz 56~50之间调节信号源的频率，用示波器同步观察合成波（测试点：“合成”），当波形接近于图2-2时，再用示波器观察此时信号源的波形（测试点：“输入”），并测量其频率和幅度。

5、 考察基波和三次谐波的相位和幅度的关系。用示波器的两个探头，分别连接基波和三次谐波，看它们的幅度比是否为3：1，如果不是，则调节三次谐波下对应的调幅电阻。再看其相位差是否为180度，如果不是，则调节三次谐波下对应的调相电阻。观察相位的方法见第（十）步。

6、 考察基波和五次谐波的相位和幅度的关系。用示波器的两个探头，分别连接基波和五次谐波，看它们的幅度关系是否为5：1，如果不是，则调节五次谐波下对应的调幅电阻。再看其相位是否为0度，如果不是，则调节五次谐波下对应的调相电阻。观察相位的方法见第（十）步。

7、 在五个带通滤波器输出端逐个测量各谐波输出幅度，其中二次和四次谐波很小，几乎为零！

记录一，三，五次谐波的波形、频率及幅度。

8、 用示波器观察并记录加法器合成波的波形，测量其频率及幅度。示例如图2-2所示。

图2-2 合成波的的波形