信号与系统实验讲义

实验一常用信号的分类与观察

一、实验目的

1、观察常用信号的波形特点及产生方法。

2、学会使用示波器对常用波形参数的测量。

二、实验仪器

1、信号与系统实验箱一台。

2、40MHz双踪示波器一台。

三、实验原理

对于一个系统特性的研究，其中重要的一个方面是研究它的输入输出关系，即在一特定的输入信号下，系统对应的输出响应信号。因而对信号的研究是对系统研究的出发点，是对系统特性观察的基本手段与方法。在本实验中，将对常用信号和特性进行分析、研究。

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、复指数信号、Sa(t)信号、钟形信号、脉冲信号等。

1、指数信号：指数信号可表示为f(t)=Ke at。对于不同的a取值，其波形表现为不同的形式，如下图所示：

图1―1 指数信号

2、正弦信号：其表达式为f（t）=Ksin（ωt＋θ），其信号的参数：振幅K、角频率ω、与初始相位θ。其波形如下图所示：

图1－2 正弦信号图1－3 指数衰减正弦信号

3、指数衰减正弦信号：其表达式为其波形如上图：

4、Sa(t)信号：其表达式为：Sa(t)是一个偶函数，t= ±π,±2π,…,±nπ时，函数值为零。该函数在很多应用场合具有独特的运用。其信号如下图所示：

5、钟形信号（高斯函数）：其表达式为：其信号如下图所示：

6、脉冲信号：其表达式为f(t)=u(t)-u(t-T)，其中u(t)为单位阶跃函数。其信号如下图所示：

图1－6 脉冲信号

7、方波信号：信号为周期为T，前T/2期间信号为正电平信号，后T/2期间信号为负电平信号，其信号如下图所示

四、实验内容及主要步骤

1、用示波器测量指数信号波形，并分析其所对应的a、k参数。具体步骤

如下：

（1）接通电源，并按下此模块电源开关S8。

（2）按下此模块中的按键“指数波”，用示波器观察输出的指数信号,并分析其对应的频率、a、k参数。

（3）再按一下“频率降”或“频率升”键，观察波形的变化，分析其对应频率的变化，并分析此时的参数a的变化。（注：复位后输出的信号频率最大，只有当按下“频率降”时，按“频率升”键波形才会变化。以下波形的输出与此类似。）

2、利用示波器观察正弦信号的波形，并测量分析其对应的振幅K，角频率

w。具体步骤如下：

（1）按下此模块中的按键“正弦波”，用示波器观察输出的正弦信号，并分析其对应的频率（注：如果前一次波形频率有下降，则此时波形的频率不是最大值，而也会下降。以下波形的输出与此类似。）

（2）再按一下“频率降”或“频率升”键，观察波形的变化，并分析且测量对应频率的变化，记录此时的振幅K，角频率w。

3、指数衰减正弦信号观察（正频率信号）。具体步骤如下：

（1）按下此模块中的按键“指数衰减”，用示波器观察输出的指数信号,并分析其对应的频率。

（2）再按一下“频率降”或“频率升”键，观察波形的变化，并分析且测量对应频率的变化。

4、信号的观察：具体操作如下：

（1）按下此模块中的按键“Sa(t)”，用示波器观察输出的指数信号,并分析其对应的频率。

（2）再按一下“频率降”或“频率升”键，观察波形的变化，并分析且测量对应频率的变化。

5、钟形信号的观察：

（1）按下此模块中的按键“高斯”，用示波器观察输出的指数信号,并分析其对应的频率。

（2）再按一下“频率降”或“频率升”键，观察波形的变化，并分析且测量对应频率的变化及相应的参数。

6、脉冲信号的观察：

（1）按下此模块中的按键“脉冲”，用示波器观察输出的指数信号,并分析其对应的频率。

（2）再按一下“频率降”或“频率升”键，观察波形的变化和特点，并分析且测量对应频率的变化。

7、方波、三角波、锯齿波信号的观察：

（1）按下此模块中的相应信号的按键，用示波器观察输出的指数信号,并分析其对应的频率。

（2）再按一下“频率降”或“频率升”键，观察波形的变化和特点，并分析且测量对应频率的变化。

五、实验报告要求

1、用坐标纸画出各波形。

2、分析各信号在频率升和频率降时的波形变化。

实验二函数信号的产生与测试

一、实验目的

1、通过实验掌握函数信号的产生原理。

2、学会函数信号的测量方法。

二、实验设备

1、信号与系统实验箱一台。

2、20M示波器一台。

三、实验原理（能分析电路图）

1、方波、三角波产生电路原理

下图中IC1(U1A)、R100、R102组成比较器电路；IC2(U1B)、R104、W100、C100成有源积分电路，R103右端输出(TP100)为方波信号，IC2(U1B)输出(TP101)为三角波信号。

图2－1方波、三角波产生电路原理图

利用差分放大器传输特性的非线性，实现的三角波－正弦波变换的过程如下图所示：

图2－2 三角波－正弦波变换的过程

实现三角波－正弦波变换差放电路如下：

图2－3 三角波－正弦波变换差分放电路

四、实验内容及主要步骤

1、接通电源，按下此模块中的电源开关S1。

2、用示波器分别测量方波、三角波波形，调节电位器w100(频率调节)改变

其频率再次观察与测量，并用坐标纸按1：1画出测量波形。

3、用示波器测量正弦波，首先调节电位器w102(对称调节)使线性区变窄，

从而使差分放大器传输特性更加对称，则输出波形更接近正弦波，然后

可以调节电位器w101(幅度调节)改变其输出的幅度。用坐标纸按1：1

画出测量波形

五、实验报告的要求

1、画出测量信号的波形。

2、分析正弦波失真几种原因。

实验三函数信号发生器的组装与调试

一、实验目的

1、了解单片多功能集成电路函数信号发生器的功能及特点

2、进一步掌握波形参数的测试方法

二、实验原理

1、 ICL8038是单片集成函数信号发生器，其内部框图如图3－1所示。它

由恒流源I

1和I

2

、电压比较器A和B、触发器、缓冲器和三角波变正弦波电路等

组成。

图3－1 ICL8038原理框图

外接电容C由两个恒流源充电和放电，电压比较器A、B 的阈值分别为电源电

压（指U

CC ＋U

EE

）的2/3和1/3。恒流源I

1

和I

2

的大小可通过外接电阻调节，但

必须I

2＞I

1

。当触发器的输出为低电平时，恒流源I

2

断开，恒流源I

1

给 C充电，

它的两端电压u

C 随时间线性上升，当u

C

达到电源电压的2/3时，电压比较器A