华中科技大学信号实验报告
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实验二零输入响应零状态响应及完全响应
实验五无源滤波器与有源滤波器
实验六LPF HPF BPF BEF间的变换
实验七信号的采样与恢复
实验八调制与解调
设计性实验
实验名称/内容
实验分值
评分
创新性实验
实验名称/内容
实验分值
评分
教师评价意见
总分
第一部分............................................................4
1.5V 3kHz锯齿波如图1-4，
1.5V 3kHz与1.5V 1kHz正弦波叠加后波形如图1-5。叠加后时间函数为
y=1.5sin(6000π)+1.5sin（2000π）
实验二
任务和目标
通过实验，进一步了解系统的零输入响应，零状态响应及完全响应的原理。学习实验电路的设计方法。实验中采用模拟电路实现线性系统零输入响应，零状态响应及完全响应的实验方案。
实验二零输入响应零状态响应及完全响应................................7
任务和目标.........................................................7
总体方案设计.......................................................7
方案实现和具体设计.................................................23
实验设计与实验结果................................................26
结果分析与讨论.....................................................26
方案实现和具体设计..................................................7
实验设计与实验结果.................................................9
结果分析与讨论......................................................9
总体方案设计
线性时不变系统的基本特性可以用简单的时间响应特性来说明和观察。
实验中将验证时间响应特性——零输入响应，零状态响应及完全响应。控制电路如图2-1。
图2-1
合上开关S1有电路可得
i(t)*R1+Uc(t)=E1
带入i(t)=CdUc(t)/dt得
R1*C*dUc(t)/dt+Uc(t)=E1
700.00
900.00
U
0.20
0.36
0.51
0.63
0.72
0.80
0.86
0.93
无源带阻
f
80.00
150.00
300.00
380.00
500.00
640.00
750.00
900.00
U
2.52
2.34
2.00
1.80
1.50
1.20
1.00
0.76
有源低通
f
100.00
200.00
500.00
根据幅频特性曲线可以将滤波器分为低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器，带阻滤波器等4种滤波器
滤波器电路图引用【信号与控制综合实验教材】图5-2
1.测量无源LPF和有源LPF的幅频特性
2.测量无源HPF和有源HPF的幅频特性
3.测量无源BPF和有源BPF的幅频特性
4.测量无源BEF和有源BEF的幅频特性
700.00
1100.00
1600.00
2000.00
2500.00
U
3.10
2.96
2.74
2.48
2.00
1.50
1.10
0.86
有源高通
f
50Hale Waihona Puke Baidu.00
1000.00
1300.00
1500.00
2000.00
2500.00
3000.00
4000.00
U
0.25
0.85
1.20
图2-2
图2-3
图2-4
实验结果
得到不同响应状态下的信号波形，零状态下电容两端电压由零逐渐升高至电源电压并不再改变。零输入响应时，电容两端电压由零逐渐生高至电源电压。完全响应时前两者的叠加，有原来电容两端电压逐渐升高至电源电压。
结果分析与讨论
电容没有储存电能时充电是零状态响应，充满电能时放电是零输入响应，两者的叠加是安全响应，在未充满时放电。
方案实现和具体设计.................................................14
实验设计与实验结果................................................14
结果分析与讨论.....................................................23
2.24
2.12
1.84
1.72
无源高通
f
500.00
1000.00
1500.00
1800.00
2000.00
2500.00
3000.00
4000.00
U
0.23
0.60
0.94
1.12
1.24
1.49
1.68
2.04
无源带通
f
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
实验五无源滤波器与有源滤波器........................................9
任务和目标.........................................................9
总体方案设计.......................................................9
实验五
任务和目标
了解无源滤波器和有源滤波器的种类，基本结构及特性。分析和对比无源滤波器与有源滤波器的滤波特性。掌握无源滤波器和有源滤波器参数的设计。
总体方案设计
滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络，它允许某些频率的信号通过，其他的一些频率的信号受到衰减或者抑制。这些网络可以使RLC原件或RC原件构成的无源滤波器，也可以是由RC原件和有源器件构成的有源滤波器。
方案实现和具体设计
如图2-1连接电路，用示波器测量电容两端电压，
1.闭合开关S1，测量并观察示波器波形，为零状态响应。如图2-2所示。
2.等到电容两端电压不再改变，打开S1闭合S3，测量并观察示波器波形为零输入响应。如图2-4所示。
3. 闭合S2观察示波器波形至电容电压不再改变，断开S2闭合S1，观察示波器波形，为完全响应。如图2-3所示。
取拉普拉斯变换得
R1CUc(s)-RCUc(0)+Uc(s)=E1/s
将Uc取拉普拉斯逆变换得
Uc（t）=E1(1-e^(-t/RC))+Uc(0)e^(-t/RC)
1.E1=0只有第二项，为零输入响应，即有初始条件激励下的输出响应
2.Uc(0)=0，初始条件为零，只有第二项，为零状态响应
3.零输入响应与零状态响应的叠加为全响应
3.按照以上步骤分别测量无源LPF HPF BPF BEF和有源LPF HPF BPF BEF
实验设计与实验结果
记录数据如表3-1
实验五原始数据记录表格 表3-1
无源低通
f
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
550.00
700.00
800.00
U
3.08
2.84
2.64
2.44
第一部分 正文
实验一
任务和目标
1.观察常用的正弦波，方波，三角波，锯齿波等信号及一些组合函数变形。
2.用示波器测量信号，读取信号的幅值和频率。
总体方案设计
描述信号的波形有多种，可以用数学表达式（时间的函数），也可以用函数图形（信号的波形）。信号分为周期信号与非周期信号两种。了解常见信号有关参数测量，学会观察常见信号组合函数的波形。学会使用函数发生器，了解仪器原理与所观察信号的关系。掌握误差观察和分析方法。
方案实现和具体设计.................................................12
实验设计与实验结果................................................12
结果分析与讨论.....................................................13
第二部分结论.......................................................26
第三部分体会与心得.................................................26
第四部分参考文献...................................................26
滤波器网络函数H(jw)又称为频率响应可以表示为
H(jw)=Uo(jw)/Ui(jw)=A(w)< （w）
A(w)为滤波器幅频特性， （w）为滤波器相频特性
方案实现和具体设计
1.所使用电路图见 信号与控制综合实验教程】图F2-4，用示波器先从整体上观察滤波特性曲线
2.实验时保持滤波器输入正弦信号幅值不变的情况下逐渐改变其频率，测量输出端电压
实验七信号的采样与恢复.............................................13
任务和目标........................................................13
总体方案设计......................................................14
实验六LPF HPF BPF BEF间的变换.....................................12
任务和目标........................................................12
总体方案设计......................................................12
实验八调制与解调...................................................23
任务和目标........................................................23
总体方案设计......................................................23
实验一常用信号的观察................................................5
任务和目标.........................................................5
总体方案设计.......................................................5
方案实现和具体设计
1.连接函数发生器的电源。
2.调节函数发生器选择不同频率不同波形，用示波器观察输出波形的变化。
实验设计与实验结果
图1-1
图1-2
图1-3
图1-4
图1-5
1.5V 3kHz方波如图1-1，
1.5V 3kHz正弦波如图1-2，时间函数为y=1.5sin(6000π)，
1.5mV 3kHz三角波如图1-3，
2012级
《信号与控制综合实验》课程
实 验 报 告
(基本实验一:信号与系统基本实验)
姓名梁欣学号U*********专业班号1208
同组者1李子健学号U*********专业班号1208
指导教师
日期
实验成绩
评阅人
实验评分表
基本实验
实验编号名称/内容（此列由学生自己填写）
实验分值
评分
实验一常用信号的观察.
方案实现和具体设计..................................................5
实验设计与实验结果.................................................5
结果分析与讨论......................................................5
方案实现和具体设计.................................................10
实验设计与实验结果................................................10
结果分析与讨论.....................................................12
实验五无源滤波器与有源滤波器
实验六LPF HPF BPF BEF间的变换
实验七信号的采样与恢复
实验八调制与解调
设计性实验
实验名称/内容
实验分值
评分
创新性实验
实验名称/内容
实验分值
评分
教师评价意见
总分
第一部分............................................................4
1.5V 3kHz锯齿波如图1-4，
1.5V 3kHz与1.5V 1kHz正弦波叠加后波形如图1-5。叠加后时间函数为
y=1.5sin(6000π)+1.5sin（2000π）
实验二
任务和目标
通过实验，进一步了解系统的零输入响应，零状态响应及完全响应的原理。学习实验电路的设计方法。实验中采用模拟电路实现线性系统零输入响应，零状态响应及完全响应的实验方案。
实验二零输入响应零状态响应及完全响应................................7
任务和目标.........................................................7
总体方案设计.......................................................7
方案实现和具体设计.................................................23
实验设计与实验结果................................................26
结果分析与讨论.....................................................26
方案实现和具体设计..................................................7
实验设计与实验结果.................................................9
结果分析与讨论......................................................9
总体方案设计
线性时不变系统的基本特性可以用简单的时间响应特性来说明和观察。
实验中将验证时间响应特性——零输入响应，零状态响应及完全响应。控制电路如图2-1。
图2-1
合上开关S1有电路可得
i(t)*R1+Uc(t)=E1
带入i(t)=CdUc(t)/dt得
R1*C*dUc(t)/dt+Uc(t)=E1
700.00
900.00
U
0.20
0.36
0.51
0.63
0.72
0.80
0.86
0.93
无源带阻
f
80.00
150.00
300.00
380.00
500.00
640.00
750.00
900.00
U
2.52
2.34
2.00
1.80
1.50
1.20
1.00
0.76
有源低通
f
100.00
200.00
500.00
根据幅频特性曲线可以将滤波器分为低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器，带阻滤波器等4种滤波器
滤波器电路图引用【信号与控制综合实验教材】图5-2
1.测量无源LPF和有源LPF的幅频特性
2.测量无源HPF和有源HPF的幅频特性
3.测量无源BPF和有源BPF的幅频特性
4.测量无源BEF和有源BEF的幅频特性
700.00
1100.00
1600.00
2000.00
2500.00
U
3.10
2.96
2.74
2.48
2.00
1.50
1.10
0.86
有源高通
f
50Hale Waihona Puke Baidu.00
1000.00
1300.00
1500.00
2000.00
2500.00
3000.00
4000.00
U
0.25
0.85
1.20
图2-2
图2-3
图2-4
实验结果
得到不同响应状态下的信号波形，零状态下电容两端电压由零逐渐升高至电源电压并不再改变。零输入响应时，电容两端电压由零逐渐生高至电源电压。完全响应时前两者的叠加，有原来电容两端电压逐渐升高至电源电压。
结果分析与讨论
电容没有储存电能时充电是零状态响应，充满电能时放电是零输入响应，两者的叠加是安全响应，在未充满时放电。
方案实现和具体设计.................................................14
实验设计与实验结果................................................14
结果分析与讨论.....................................................23
2.24
2.12
1.84
1.72
无源高通
f
500.00
1000.00
1500.00
1800.00
2000.00
2500.00
3000.00
4000.00
U
0.23
0.60
0.94
1.12
1.24
1.49
1.68
2.04
无源带通
f
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
实验五无源滤波器与有源滤波器........................................9
任务和目标.........................................................9
总体方案设计.......................................................9
实验五
任务和目标
了解无源滤波器和有源滤波器的种类，基本结构及特性。分析和对比无源滤波器与有源滤波器的滤波特性。掌握无源滤波器和有源滤波器参数的设计。
总体方案设计
滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络，它允许某些频率的信号通过，其他的一些频率的信号受到衰减或者抑制。这些网络可以使RLC原件或RC原件构成的无源滤波器，也可以是由RC原件和有源器件构成的有源滤波器。
方案实现和具体设计
如图2-1连接电路，用示波器测量电容两端电压，
1.闭合开关S1，测量并观察示波器波形，为零状态响应。如图2-2所示。
2.等到电容两端电压不再改变，打开S1闭合S3，测量并观察示波器波形为零输入响应。如图2-4所示。
3. 闭合S2观察示波器波形至电容电压不再改变，断开S2闭合S1，观察示波器波形，为完全响应。如图2-3所示。
取拉普拉斯变换得
R1CUc(s)-RCUc(0)+Uc(s)=E1/s
将Uc取拉普拉斯逆变换得
Uc（t）=E1(1-e^(-t/RC))+Uc(0)e^(-t/RC)
1.E1=0只有第二项，为零输入响应，即有初始条件激励下的输出响应
2.Uc(0)=0，初始条件为零，只有第二项，为零状态响应
3.零输入响应与零状态响应的叠加为全响应
3.按照以上步骤分别测量无源LPF HPF BPF BEF和有源LPF HPF BPF BEF
实验设计与实验结果
记录数据如表3-1
实验五原始数据记录表格 表3-1
无源低通
f
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
550.00
700.00
800.00
U
3.08
2.84
2.64
2.44
第一部分 正文
实验一
任务和目标
1.观察常用的正弦波，方波，三角波，锯齿波等信号及一些组合函数变形。
2.用示波器测量信号，读取信号的幅值和频率。
总体方案设计
描述信号的波形有多种，可以用数学表达式（时间的函数），也可以用函数图形（信号的波形）。信号分为周期信号与非周期信号两种。了解常见信号有关参数测量，学会观察常见信号组合函数的波形。学会使用函数发生器，了解仪器原理与所观察信号的关系。掌握误差观察和分析方法。
方案实现和具体设计.................................................12
实验设计与实验结果................................................12
结果分析与讨论.....................................................13
第二部分结论.......................................................26
第三部分体会与心得.................................................26
第四部分参考文献...................................................26
滤波器网络函数H(jw)又称为频率响应可以表示为
H(jw)=Uo(jw)/Ui(jw)=A(w)< （w）
A(w)为滤波器幅频特性， （w）为滤波器相频特性
方案实现和具体设计
1.所使用电路图见 信号与控制综合实验教程】图F2-4，用示波器先从整体上观察滤波特性曲线
2.实验时保持滤波器输入正弦信号幅值不变的情况下逐渐改变其频率，测量输出端电压
实验七信号的采样与恢复.............................................13
任务和目标........................................................13
总体方案设计......................................................14
实验六LPF HPF BPF BEF间的变换.....................................12
任务和目标........................................................12
总体方案设计......................................................12
实验八调制与解调...................................................23
任务和目标........................................................23
总体方案设计......................................................23
实验一常用信号的观察................................................5
任务和目标.........................................................5
总体方案设计.......................................................5
方案实现和具体设计
1.连接函数发生器的电源。
2.调节函数发生器选择不同频率不同波形，用示波器观察输出波形的变化。
实验设计与实验结果
图1-1
图1-2
图1-3
图1-4
图1-5
1.5V 3kHz方波如图1-1，
1.5V 3kHz正弦波如图1-2，时间函数为y=1.5sin(6000π)，
1.5mV 3kHz三角波如图1-3，
2012级
《信号与控制综合实验》课程
实 验 报 告
(基本实验一:信号与系统基本实验)
姓名梁欣学号U*********专业班号1208
同组者1李子健学号U*********专业班号1208
指导教师
日期
实验成绩
评阅人
实验评分表
基本实验
实验编号名称/内容（此列由学生自己填写）
实验分值
评分
实验一常用信号的观察.
方案实现和具体设计..................................................5
实验设计与实验结果.................................................5
结果分析与讨论......................................................5
方案实现和具体设计.................................................10
实验设计与实验结果................................................10
结果分析与讨论.....................................................12