信号与系统实验指导书

实验一常用信号分类与观察

一、实验目的

1、观察常用信号的波形，了解其特点及产生方法。

2、学会用示波器测量常用波形的基本参数，了解信号及信号的特性。

二、实验内容

1、了解几种常用典型信号的解析式及时域波形。

2、观察这些信号的波形，思考可以从那几个角度观察分析这些信号的参数。

三、实验仪器

1、信号与系统实验箱一台（主板）。

2、20MHz双踪示波器一台。

四、实验原理

信号可以表示为一个或多个变量的函数，在这里仅对一维信号进行研究，自变量为时间。常用信号有：指数信号、正弦信号、指数衰减正弦信号、抽样信号、钟形信号、脉冲信号等。

1、指数信号：指数信号可表示为

()at

f t Ke

。对于不同的a取值，其波形表现为

不同的形式，如图1-1所示：

图1-1 指数信号2、指数衰减正弦信号：其表达式为

(0)()sin()(0)

at

t f t Ke

t t ω-<⎧=⎨>⎩，

其波形如图1-2所示：

图1-2 指数衰减正弦信号

3、抽样信号：其表达式为：sin ()a t S t t

=。()a S t 是一个偶函数，t =±π,±2π,…,

±n π时，函数值为零。该函数在很多应用场合具有独特的运用。其信号如图1-3所示：

图1-3 抽样信号

4、钟形信号（高斯函数）：其表达式为：

()2

t f t Ee

τ⎛⎫- ⎪⎝⎭

=，其信号如图1-4所示：

图1-4钟形信号

5、脉冲信号：其表达式为)()()(T t u t u t f --=，其中)(t u 为单位阶跃函数。

6、方波信号：信号周期为T ，前2T 期间信号为正电平信号，后2

T

期间信号为负电平信号。

五、实验步骤

常规信号是由DSP 产生，并经过D/A 后输出，按以下步骤，分别观察各信号。

预备工作：将开关S401——S408置为OFF （on 为闭合，off 为断开）。将拨号开关SW601置为“0001”（开关拨上为1，拨下为0）, 打开实验箱电源，按下复位键S601。

1、用示波器观测指数信号波形，并分析其所对应的K a 、参数。具体步骤如下： （1）S408拨为“ON ”,其他开关拨为“OFF ”，用示波器在TP401观察输出的指数信号,并分析其对应的频率、K a 、参数。

（2）S407拨为“ON ”，其他开关拨为“OFF ”。观察指数信号波形的变化，分析原因。 2、指数衰减正弦信号观察（正频率信号）。具体步骤如下：

（1）S406拨为“ON ”， 其他开关拨为“OFF ”。用示波器在TP401观察输出的指数衰减正弦信号。

（2）S405拨为“ON ”，其他开关拨为“OFF ”。注意波形的变化情况，分析原因。 3、抽样信号的观察。具体操作如下：

（1）S404拨为“ON ”，其他开关拨为“OFF ”。用示波器在TP401处观察输出的抽样信号。 4、钟形信号的观察：

（1）S403拨为“ON ”，其他开关拨为“OFF ”。用示波器在TP401观察输出的钟形信号,观测波形。

六、实验报告要求

用坐标纸画出各波形。

七、实验讲解提纲

1、讲解信号与系统实验箱的结构布局和数字示波器的使用方法。

2、本实验主要是观察几种常用信号的波形，了解其特点及产生方法。

3、介绍指数信号，指数衰减信号，抽样信号，钟形信号的表达式和波形特点

4、验收四种常用信号的时域波形图

5、讲解作图要求和方法。

实验二阶跃响应与冲激响应

一、实验目的

1、观察和测量RLC串联电路的阶跃响应与冲激响应的波形和有关参数，并研究

其电路元件参数变化对响应状态的影响；

2、掌握有关信号时域的测量分析方法。

二、实验仪器

信号系统实验箱 1台

数字万用表 1台

双踪示波器 1台

三、实验原理

作为激励，LTI连续系统产生的零状态响应称为单位冲激响以单位冲激信号()t

h t。冲激响应示意图如图2-1：

应，简称冲激响应，记为()

图2-1冲激响应示意图

以单位阶跃信号()u t 作为激励，LTI 连续系统产生的零状态响应称为单位阶跃响应，简称阶跃响应，记为()g t 。阶跃响应示意图如图2-2：

t

t

)

(t u )

(t g

图2-2阶跃响应示意图

阶跃激励与阶跃响应的关系简单地表示为：

[])()(t u H t g = 或者 )()(t g t u →

如图2-3所示为RLC 串联电路的阶跃响应与冲激响应实验电路图，其响应有以下三种状态：

1、当电阻R ＞2 L

C

时，称过阻尼状态； 2、当电阻R = 2 L

C

时，称临界状态； 3、当电阻R ＜2

L

C

时，称欠阻尼状态。 冲激信号是阶跃信号的导数，即

⎰-=t

d h t g 0

ττ)()(，所以对线性时不变电路冲

激响应也是阶跃响应的导数。为了便于用示波器观察响应波形，实验中用周期方波代替阶跃信号。而用周期方波通过微分电路后得到的尖顶脉冲代替冲激信号。

四、实验内容

1、阶跃响应实验波形观察与参数测量 设激励信号为方波，频率为500Hz 。 实验电路连接图如图2-3（a ）所示。

t

)

(t δ)

(t h