信号系统实验报告.docx

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信号系统实验报告

实验一信号的时域分析

1.1常见信号分类观察实验

1.1.1实验目的

1.了解常用信号的波形特点

2.掌握信号发生器的虚拟仪器的使用方法

1.1.2实验设备

PC机一台，TD-SAS系列教学实验系统一套。

1.1.3实验原理及内容

信号是随时间和空间变化的某种物理量，它一般是时间变量t的函数。

信号随时间变量t变化的函数曲线成为信号的波形。

按照不同的分类原则，信号可分为：

连续信号和离散信号；周期信号和非周期信号；实数信号和复数信号；能量信号和功率信号等。

本实验中利用信号发生器我们可以观察工程实际和理论研究中经常用到的正弦波、方波、脉冲等信号。

1.1.4实验步骤

1.连续周期信号的产生与测量

1）在该TD-SAS实验系统软件界面中，单击“信号发生器”进入其界面。

如图1-1-1所示，选择参数（CH1通道可以选择周期或非周期信号，CH2通道只能选择周期信号），点击确定。

图1-1-1周期信号产生界面

2）在TD-SAS实验系统软件界面中，单击“示波器”进入其界面，界面如图1-1-2所示。

用探笔测量实验箱上信号发生器单元的输出1和输出2端（分别对应信号发生器界面的CH1和CH2通道），点击“运行”测量信号。

图1-1-2示波器界面

3）在示波器测量到信号后，点击“停止”，测量两路信号的各个参数，验证其频率、幅值等值并与所选参数匹配。

将实验数据记录到表1-1-1中（具体操作方法参见TD-SAS实验系统软件的安装及操作部分）。

4）选取其他波形及相关参数进行测量并验证。

2.连续非周期信号的产生与测量

1）如图1-1-3所示，重新选择参数（当通道1选择位非周期信号时，通道2无输出），点击确定。

图1-1-3脉冲信号产生界面

2）进入示波器界面，用探笔测量实验箱上信号发生器单元的输出1端（非周期信号只能从实验箱信号发生器单元输出1端输出），点击“运行”。

3）在实验箱的信号发生器单元，按下单次按钮，便产生一个周期的所选波形（此信号在其余时间全部是零），即为一个非周期信号。

当示波器捕捉到该信号后，点击“停止”对信号进行测量并将实验数据记录到表1-1-1中。

4）选取其他波形及相关参数进行测量。

3.离散周期信号的产生和测量

本实验中将任意周期信号通过脉冲采样电路，便可得到经过脉冲采样后的离散信号。

1）在该TD-SAS实验系统软件界面中，进入信号发生器界面。

选择CH1通道为频率10Hz、幅值3V的正弦波信号，CH2通道选择频率100Hz、幅值5V、占空比50%的脉冲信号作为脉冲采样的采样脉冲信号。

2）将信号发生器的输出1接入脉冲采样与恢复单元的脉冲采样器的IN1端,输出2接入脉冲采样器的Pu端，用示波器测量OUT1端,观察经过采样后的离散信号并将实验数据记录到表1-1-1中。

3）任意选择采样信号以及采样脉冲的相关参数，观察采样信号的变换。

实验数据记录表1-1-1

连续周期信号

连续非周期信号

离散周期信号

正弦波

方波

脉冲

正弦波

脉冲

幅值

频率

——

保存上述五个信号的波形。

连续方波正弦波

脉冲波

离散型正弦波

1.2信号的时域变换实验

1.2.1实验目的

1.掌握信号在时域中各种变化的性质。

2.学习反转、时移、展缩变换的方法。

1.2.2实验设备

PC机一台，TD-SAS系列教学实验系统一套。

1.2.3实验原理及内容

信号在时域中的变换基本包括：

1．反转：

信号的时域反转就是将信号f（t）的波形以纵轴为对称轴为轴翻转180。

其表达式为f（-t）。

2．时移：

信号的时移就是将信号f（t）的波形沿时间轴t平移，但波形的形状不变。

其表达式为f（t+t0），t0为正时左移，t0为负时右移。

3．展缩：

信号的展缩就是将信号f（t）在时间轴上展缩或压缩，但纵轴上的值不变。

其表达式为f（at），a>1时为压缩，a<1时为展宽。

本实验为软硬件结合完成，软件界面如图1-2-1所示（其中CH1通道为原始信号，CH2通道为变化后的信号）。

实验中在软件界面选择不同的运算参数，由软件计算变化结果，最终将变化后的信号从实验箱信号发生器单元输出后的信号从实验箱信号发生器单元输出（输出1对应CH1通道，输出2对应CH2通道）。

本实验的原始信号f（t）可以是信号发生器产生的任意波形，其幅值可以选择，但是其频率为固定的32Hz，并且为单次信号。

连续非周期信号变换后的信号f（at+b）的参数a、b可以在一定范围内任意选择，此信号也是单次信号。

1.2.4实验步骤

1.在软件界面中选择CH1通道，f（t）为幅值3V的正弦信号，CH2通道信号为f（（1/2）t），点击确定，如图1-2-1所示。

图1-2-1

2.在没有进行测量之前，通过理论计算，在表1-2-1中画出理论的输出波形。

表1-2-1

3.用示波器测量实验箱上信号发生器单元的输出1和2端。

首先在示波器界面点击运行，之后点击单次按钮使产生单次信号，在示波器捕捉到两路信号后，点击示波器界面的“停止”按钮。

对两路信号进行测量，将测量到的输出波形与理论进行比较，验证实验的正确性（测量前调整示波器界面参数：

时间/格8ms；电压/格CH1通道和CH2通道均为2V）。

4．重新进入示波变换界面，选择CH2通道为f（t+16），CH1参数不变。

按照上述步骤进行实验。

通过理论计算将输出波形画在表1-2-2中。

表1-2-2

5．重新进入波形变换界面，选择CH2通道为f（-4t-20）,CH1参数不变。

按照上述步骤进行实验。

通过理论计算将输出波形画在表1-2-3中。

表1-2-3

6.保存上述三个变换的波形。

有兴趣的同学可以用其他的任意波形和参数进验。

f（t）展缩-f（1/2t）

f（t）展缩f（2t）

f（t）时移

翻转

f（t）经过展缩，时移，翻转，综合变化

1.3信号的基本运算实验

1.3.1实验目的

1．了解基本运算单元的构成。

2．掌握信号时域运算的运算法则。

1.3.2实验设备

PC机一台，TD-SAS系列教学实验系统一套。

1.3.3实验原理及内容

信号在时域中的运算有相加、相减、相乘、数乘、微分、积分等。

实验箱为本实验提供了3个运放和所需要的元件，通过自己连接电路，构成不同的运算器，最终完成实验。

1．数乘：

信号在时域倍乘时，其横坐标不变，仅是将横坐标值所对应的纵坐标值扩大n倍（n>1时扩大；0

实验中倍乘器原理图如图1-3-1所示。

图1-3-1数乘器电路

数乘器完成功能：

OUT=（RP/R）*IN。

反相器完成功能：

OUT=-IN。

2．微分：

信号在时域微分即是对信号求一阶导数。

实验中微分器原理图电路如图1-3-2所示。

图1-3-2微分器电路

1.3.4实验步骤

本试验在扩展单元完成。

1．数乘运算

在扩展单元连接电路，使信号发生器产生一路正弦波信号，接入IN1。

调节不同参数，用示波器测量输出OUT并完成表1-3-1。

实验中数乘的放大倍数为Rp/R，所以调节变位器Rp便可以改变放大倍数。

用万用表测量电位器值时应当将电位器从电路中断开，并且注意使用万用表时应当将表笔插入电阻/电容测量的表笔座中。

正弦波进行数乘运算，其输出还应该是正弦波信号，且频率不变，仅仅幅值发生变化。

表1-3-1

正弦波信号

幅值（V）

3

4

频率（Hz）

100

200

放大倍数

Rp（kΩ）

10

5

输出信号估算

幅值（V）

频率（Hz）

输出信号测量

幅值（V）

频率（Hz）

实验中也可以输入其它信号，观察其输出波形。

2.微分运算

在扩展单元连接电路，使信号发生器产生一路正弦波信号，接入IN。

调节不同的频率参数，用示波器测量输出OUT，观察其相位是否超前90°，幅值是否随频率升高而增大。

保存上述两种基本运算的波形。

数乘波形图

积分波形图

实验一思考题：

1.连续周期信号以周期T采样之后的离散信号是否仍然是周期性信号？

2.数乘运算中的第二个运算放大器（A2）具有哪两个作用？

3.微分运算中输出信号幅值与输入信号频率有何关系？