信号的抽样与恢复和模拟滤波器

实验一信号的抽样与恢复（ＰＡＭ）

一、实验目的

1、验证抽样定理

2、观察了解PAM信号形成的过程；

二、实验原理

利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为抽样，抽样后的信号称为脉冲调幅（PAM）信号。在满足抽样定理的条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息，并且从抽样信号中可以无失真地恢复出原始信号。

抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的地位。数字通信系统是以此定理作为理论基础。抽样过程是模拟信号数字化的第一步，抽样性能的优劣关系到通信设备整个系统的性能指标。

抽样定理指出，一个频带受限信号m(t)，如果它的最高频率为f

，则可以唯

h

一地由频率等于或大于2f

的样值序列所决定。抽样信号的时域与频域变化过程

h

及原理框图如下。

抽样定理实验原理框图

1、JH5004“信号与系统”实验箱一台；

2、20MHz示波器一台；

四、实验模块说明

在JH5004“信号与系统”实验箱的中有一“PAM抽样定理”模块，该模块主

要由一个抽样器与保持电容组成。一个完整的PAM电路组成如下图所示。

即在输入、输出端需加一低通滤波器。前一个低通滤波器是为了滤除高于

f

／2的输入信号，防止出现频谱混迭现象，产生混迭噪声，影响恢复出的信号s

质量。后面一低通滤波器是为了从抽样序列中恢复出信号，滤除抽样信号中的高

次谐波分量。

五、实验步骤

通过信号发生器产生相应的正弦信号输出，信号频率1KHz、2KHz、5KHz等。

1、采样冲激串的测量：在JH5004的“PAM抽样定理”模块的D(t)输入端测量

采样冲激串，测量采样信号的频率。

2、模拟信号的加入：用短路线将信号发生器产生的1KHz正弦信号与“PAM抽

样定理”模块的信号输入X端相连。

3、信号采样的PAM序列观察：在“PAM抽样定理”模块的输出端可测量到输

入信号的采样序列，用示波器比较采样序列与原始信号的关系及采样序列与

采样冲击串之间的关系。

4、PAM信号的恢复：用短路线将“PAM抽样定理”模块输出端的采样序列与

“无源与有源滤波器”单元的“八阶切比雪夫低通滤波器”的输入端相连。

在滤波器输出端可测量出恢复出的模拟信号，用示波器比较恢复出信号与原

始信号的关系与差别。

5、用短路线连接“PAM抽样定理”模块的A与C端，重复上述实验。

1、在实验电路中，采样冲激串不是理想的冲激函数，通过这样的冲激序列

所采样的采样信号谱的形状是怎样的？

2、短路线连接“PAM抽样定理”模块的A与C端，由外部信号源产生一65KHz

的正弦信号送入“PAM抽样定理”模块中，再将采样序列送入低通滤波器，用示波器测量恢复出来的信号是什么？为什么？

七、实验报告

1、实验仪器名称、型号和编号；

2、实验数据整理、实验现象分析；

3、实验方法及仪器使用总结；

4、问题讨论。

实验二 模拟滤波器实验

一、实验目的

1、掌握低通无源滤波器的设计；

2、学会将无源低通滤波器向带通、高通滤波器的转换；

3、了解常用有源低通滤波器、高通滤器、带通滤波器、带阻滤波器的结构

与特性；

4、了解巴特沃思低通滤器与切比雪夫低通滤波器的特点；

5、学会用信号源与示波器测量滤波器的频响特性。

二、实验原理

模拟滤波器根据其通带的特征可分为：

（1） 低通滤波器；

（2） 高通滤波器；

（3） 带通滤波器；

（4） 带阻滤波器；

在这四类滤波器中，又以低通滤波器最为典型，其它几种类型的滤波器均可从它转化而来。

对于模拟低通滤波器的设计方法，一般是通过逼近的设计方法。在最常用的滤波器中又以巴特沃思滤波器、切比雪夫滤波器最常用。

1、巴特沃思滤波器

其频响特性为： 222))(11(|)(|N

c

a j H ΩΩ+=Ω 特点：

1）最大平坦性：其滤波器在0频点处附近一段范围内是非常平直的，它是以原点的最大平坦性来逼近理想低通滤波器；

2）通带、阻带下降的单调性；

3）具有良好的相频特性；

4）3dB 的不变性：随着N 的增加，频带边缘下降越陡峭，越接近理想特性。但不管N 是多少，幅频特性都通过3dB 点；

2、切比雪夫滤波器 其频响特性为：22222))(11

(|)(|N c N a T j H ΩΩ+=Ωε

特点：

1）所有曲线通过（c Ω，

2211N T ε+）点，因而把c Ω=Ω定义为切比雪夫滤

波器的截止角频率；

2）在通带

1<ΩΩc 内，)(Ωj H a 在1和2211N T ε+之间变化；在通带外，c ΩΩ1>单调下降；

3）通带内波动均匀性；

4）相位的非线性特性。 三、实验仪器

1、JH5004“信号与系统”实验箱

一台； 2、20MHz 示波器

一台； 3、低频信号源（0Hz ～2MHz ） 一台；

四、实验模块说明

在JH5004“信号与系统”实验箱的左中部有一“无源与有源滤波器”模块，该模块的布局右下图所示：

在该模块上一共设计了四个无源滤波器与六个有源滤波器，下面从左到右逐一介绍滤波器的类型：

（1）四阶无源巴特沃思低通滤波器，其元件取值为：

680R 62056056.1220680L 2211======、、、、、P C uH L nF C uH L R s

（2）四阶无源巴特沃思带通滤波器，其元件取值为：

680

R 11502.2560220820470330680L 44332211==========、、、、、、、、、nF C uH L nF C uH L P C uH L P C uH L R s

（3）六阶无源巴特沃思低通滤波器，其3dB 点在2MHz 处。其元件取值为： 680

R 2702201330620100680L 332211========、、、、、、、P C uH L nF C uH L P C uH L R s

（4）六阶无源巴特沃思高通滤波器，其过渡频率在2MHz 处。其元件取值为： 680

R 30033020082620100680L 332211========、、、、、、、P C uH L P C uH L P C uH L R s

（5）二阶有源巴特沃思低通滤波器，其3dB 点在50KHz 。其元件取值为： P C K R nF C K R 620101102211====、、、