低通抽样定理验证实验

实验二低通抽样定理验证实验

一、实验目的

1、熟悉使用System View软件，了解各部分功能模块的操作和使用方法。

2、通过实验进一步掌握低通抽样定理的原理。

二、实验内容

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用System View建立一个低通抽样定理仿真电路，通过观察各个模块输出波形变化，理解低通抽样定理原理。

三、电路构成

图1 低通抽样定理验证实验原理图

参数设置：Token3：产生模拟信号（参数设置：Source――Periodic――Sinusoid，幅度1V，频率50HZ，相位0度）

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Token4：Multiplier

Token5：产生抽样信号（参数设置：Source——Periodic——Pulse Train，幅度1V，频率100Hz，脉冲宽度，偏移0V，相位0度，抽样速率可调）

Token6：产生一个模拟低通滤波器，滤除高频信号，保留低频信号（参数设置：Operator——Filters/Systems——Linear Sys Filters，选择：Analog——Lowpass——Butterworth，Lowcuttoff＝50Hz，No of Poles＝3，截止频率＝模拟信号最高频率）

四、实验结果

(1)原始的输入信号波形图

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图2 原始的输入信号波形图(2)原始的输入信号的频谱图

图3 原始的输入信号频谱图

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(3)被抽样以后的图形

图4 被抽样以后的图形

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(4)被抽样以后的频谱图

图5 被抽样以后的频谱图

分析：由于原始输入波形的离散化，使得输出频谱周期化。输出频谱如图5所示。

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(5)经过低通滤波器后，还原出波形如图6

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图6 还原出的波形

(6)经过低通滤波器后，还原后的频谱图

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图7 还原后的频谱图

可以发现频谱图基本和图3所示相同，但是由于滤波器不是理想低通，使得使得输出频谱周期化的现象仍然存在。但是基本上已被滤波器滤除，不影响输出波形。

五、思考题

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1、观察仿真电路中各个模块输出波形变化，理解低通抽样定理原理。

答：输出波形如上图2至7所示。

2、调节抽样速率的大小（f＝80Hz、100Hz、200Hz），观察低通滤波器输出波形变化，理解变化原因。

答：由于采样频率当大于最高频率的两倍的时候采样在还原后的波形才不会产生严重失真，下图为f＝80Hz时的最后输出波形，可以看出波形产生了失真。

图8 f＝80Hz还原后的频谱图

而当抽样频率为100Hz和200Hz的时候，低通滤波器输出波形不失真。

3、观察模拟信号与抽样信号的功率谱密度，观察有何变化，说明原因。

答：可以发现抽样信号的功率谱密度图7基本和模拟信号的功率谱密度图3所示相同，但是由于滤波器不是理想低通，使得使得输出频谱周期化的现象仍然存在。但是基本上已被滤波器滤除，不影响输出波形。

六、实验体会

这次实验是完成低通抽样定理验证的分析，对于以前不懂的，模糊的，这一次可以通过波形输出全部展现。过程中还可以不断的通过调制参数来改变输出波形，形象的了解到书中所说的各项定理。不过，由于对知识点的不清晰，需要很仔细的研究后才能进行下一步的实验验收。其实，要是平时对书本上的知识再了解的多一点，应该也不会如此困难。所以接下来，我要好好地把知识点梳理出来。希望下一次实验可以做的很顺利！