信号与控制实验报告电气1004邓育林文档格式.docx
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实验内容…………………………………11
实验结果…………………………………11
实验结果分析………………………………………17
实验四：
实验任务与目的………………………………………18
实验内容…………………………………18
实验结果…………………………………18
实验结果分析………………………………………23
实验五：
信号的采样与恢复实验…………………………………24
实验任务与目的………………………………………24
实验内容…………………………………24
实验结果…………………………………25
实验结果分析………………………………………29
实验六：
信号的产生、分解、合成及变化…………30
实验任务与目的………………………………………30
实验内容…………………………………30
实验结果…………………………………30
实验结果分析………………………………………31
实验结论……………………………………………………………31
心得与自我评价……………………………………………………33
参考文献……………………………………………………………33
实验一：
实验目的：
了解常用信号的波形和特点。
了解常见信号的有关参数的测量，学会观察常见信号组合函数波形。
学会使用函数信号发生器，了解所用仪器原理与所观察信号的关系。
掌握基本的误差观察和分析方法。
实验内容：
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的波形
2用示波器测量信号，读取信号的幅值和频率
实验设备：
函数发生器、数字或模拟示波器
实验数据
1,.正弦波1000HZ与500HZ
图1.1KHZ正弦波
图2.500HZ正弦波
2.方波1000HZ与500HZ
图3.1KHZ方波
图4.500HZ方波
3.三角波1000HZ与500HZ
图5.1KHZ三角波
图6.500HZ三角波
4.锯齿波1000HZ与500HZ
图7.1KHZ锯齿波
图8.500HZ锯齿波
实验二：
实验原理目的：
了解系统的零输入相应、零状态响应及完全响应的原理。
学习实验电路方案的设计方法。
1按照图2-1所示连接好电路。
2分别观测该电路的零输入响应、零状态响应、完全响应的动态曲线。
实验设备
实验电路板、直流稳压电源+5和+15v各一个、数字储存示波器
实验过程：
1．闭合S1，断开S2，S3，电容充电，得到零状态响应曲线。
2．闭合开关S1，断开S2，S3，电容充电到15V后，断开开关S1，闭合S3,电容放电，得到零输入响应曲线。
3．闭合开关S2，电容充电至5V，断开S2，闭合S1，得到完全响应曲线
实验结果分析
本实验探讨零输入、零状态及完全响应，通过改变电路上的开关组合状态来实现。
曲线形状与理论的较为一致。
通过本次试验，我们进一步熟悉了产生零状态响应、零输入响应和全响应的电路，对三种响应有了直观的认识。
思考题
1．系统零输入响应的稳定性与零状态响应的稳定性是否相同？
为什么？
答：
不相同。
零输入响应与输入激励无关，零输入响应是从电容初始电压开始以指数规律进行衰减，其过程只和电路结构有关，只要电路自身是稳定的，零输入响应就是稳定的；
而零状态响应只与输入激励有关，与起始储能无关，在不同的输入信号下，电路会表征出不同的响应，所以零状态响应的稳定性不仅和电路结构有关，还与输入的信号有关。
由表达式：
可知，对于零输入响应，系统的稳定状态为E1，而零状态的稳定性为0。
实验三：
实验原理：
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（通常是某个频率范围）的信号通过，而其它频率的信号幅值均要受到衰减或抑制。
这些网络可以由RLC元件或RC元件构成的无源滤波器，也可由RC元件和有源器件构成的有源滤波器。
根据幅频特性所表示的通过或阻止信号频率范围的不同，滤波器可分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、和带阻滤波器（BEF）四种。
了解无源和有源LPF（低通滤波器）、无源和有源HPF（高通滤波器）、无源和有源BPF（带通滤波器）、无源和有源BEF（带阻滤波器）基本结构及其特性，通过设计电路，测量这些滤波器的幅频特性，分析比较无源和有源滤波器的滤波特性。
掌握无源和有源滤波器参数的设计方法。
实验电路板、双路输出直流稳压电源、数字式示波器、交流数字电压表
实验步骤：
1．将实验模块电路板接通电源，用示波器从总体上先观察各类滤波器的滤波特性。
2．实验时，在保持滤波器输入正弦波信号幅值（Vi）不变的情况下，逐渐改变其频率，用示波器或交流数字电压表（f＜200KHz），测量滤波器输出端的电压V0。
当改变信号源频率时，应观测一下Vi是否保持稳定，数据如有改变应及时调整。
3．按照以上步骤，分别测试无源和有源LPF、HPF、BPF、BEF的幅频特性。
低通滤波器LPF
无源LPF
f/HZ
Uo/Ui
Uo
Ui
1
5.44
100
0.985
5.36
200
0.971
5.28
300
0.912
4.96
400
0.868
4.72
500
0.809
4.4
600
0.75
4.08
700
0.676
3.68
800
0.618
3.36
900
0.574
3.12
1000
0.529
2.88
1220
0.441
2.4
1570
0.368
2
1900
0.294
1.6
2420
0.235
1.28
3000
0.176
0.96
有源LPF
f/Hz
vi
vo
vo/vi
2.2
2.08
0.945
2.12
1.9
0.896
1.5
0.721
2000
0.82
0.386
4000
0.3
0.141
5000
0.196
0.094
8000
0.12
0.056
10000
0.054
0.025
15000
0.0248
0.011
20000
0.02
0.009
无源LPF和有源LPF幅频特性曲线比较
无源，上限截止频率fH=638Hz；
有源,上限截止频率fH=1120Hz
高通滤波器HPF
有源HPF
80
0.044
0.24
0.059
0.32
480
0.074
0.4
0.132
0.72
0.206
1.12
850
0.243
1.32
1200
1400
1600
0.515
2.8
1700
0.537
2.92
0.588
3.2
2300
2400
0.691
3.76
2470
0.706
3.84
2500
0.717
3.9
2700
3200
4500
0.897
4.88
6000
0.901
4.9
7000
0.941
5.12
无源HPF
0.048
0.019
0.102
0.037
0.2
0.055
0.129
0.7
0.191
1.04
0.22
1.2
0.279
1.52
1500
0.338
1.84
0.5
2.72
2600
0.544
2.96
2800
0.603
3.28
3500
0.662
3.6
0.684
3.72
4300
4600
0.728
3.96
无源高通滤波器和有源高通滤波器幅频特性曲线比较
无源的下限截止频率fL=3800Hz；
有源的下限截止频率fL=2800Hz
带通滤波器BPF
无源BPF
0.103
0.56
0.221
0.265
1.44
0.324
1.76
1100
0.353
1.92
1800
2200
0.309
1.68
6700
有源BPF
10
140
250
315
0.397
2.16
360
450
0.647
3.52
1450
2900
0.632
3.44
3600
4200
0.471
2.56
9000
0.349
无源带通滤波器和有源带通滤波器幅频特性曲线比较
无源，fL=500Hz，fH=5000Hz，故通频带BW=4500Hz，特征频率为1500Hz
有源，fL=440Hz，fH=5200Hz，故通频带BW=4660Hz，特征频率为1700Hz
带阻滤波器BEF
无源BEF
0.838
4.56
0.824
4.48
150
0.794
4.32
3.92
265
275
320
420
460
550
0.485
2.64
1150
0.147
0.8
1300
0.125
0.68
0.079
0.43
0.073
0.097
0.53
0.118
0.64
2100
0.156
0.85
0.202
1.1
0.37
2.02
0.438
2.38
0.555
3.02
3900
0.669
3.64
0.757
4.12
0.814
4.43
0.864
4.7
0.895
4.87
有源BEF
f/HZ
180
0.926
5.04
350
0.853
4.64
520
540
0.735
4
560
580
650
950
0.426
2.32
1320
0.162
0.88
1950
3800
0.882
4.8
无源带阻滤波器和有源带阻滤波器幅频特性曲线比较
无源，fL=7000Hz，fH=400Hz，故通频带BW=6600Hz，特征频率为1600Hz
有源，fL=4750Hz，fH=480Hz，故通频带BW=4270Hz，特征频率为1600Hz
实验结果分析：
有源滤波器比无源滤波器滤波效果更好。
这是因为无源滤波器主要由无源元件R、L和C组成，有源滤波器还加入了集成运放，集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用，因此有源滤波器的频率响应比无源滤波器更为理想。
但有源滤波器也有其问题，在本实验中表现为，受运放增益带宽积的影响，有源滤波器的稳定工作频率范围较为有限。
思考题：
1．示波器所测滤波器的实际幅频特性与计算出的理想幅频特性有何区别？
示波器测出的实际幅频特性曲线比较平缓，不像计算出的理想幅频特性曲线那样陡升陡降。
这是由于实际电路往往存在一定延时性造成的。
示波器测出的实际幅频特性的截止频率点与计算出的理想幅频特性有所偏差。
这是因为实际电路元件与标称值均有一定的误差造成的，同时实际元器件跟理论上的元器件的理想表现也存在差异。
2．如果要实现LPF、HPF、BPF、BEF源滤器之间的转换，应如何连接？
将有源LPF与有源HPF串接即可得到BPF滤波器。
将有源LPF与有源HPF的输出端口接在加法器的两个输入端口，加法器的输出端口输出滤波信号，即构成了BEF。
实验四：
实验原理
1．高通滤波器与低通滤波器幅频特性的关系
式中
为高通滤波器的幅频特性，
为低通滤波器的幅频特性。
如果已知
，就可由式
（1）求得对应的
；
反之亦然。
2．带通滤波器的幅频特性
与低通、高通滤波器幅频特性间的关系
设
为低通滤波器的带宽频率，
为高通滤波器的带宽频率，如果
，则由它们可构成一个带通滤波器，它们之间的关系可用下式表示：
3．带阻滤波器的幅频特性
与低通、高通滤波器幅频特性间的关系：
如果低通滤波器的带宽频率
小于高通滤波器的带宽频率
，则由它们可构成一个带阻滤波器，它们之间的关系可用下式表示为：
实验目的
通过本实验进一步理解低通、高通和带通等不同类型滤波器间的转换关系；
熟悉低通、高通、带通和带阻滤波器的模拟电路，并掌握其参数的设计原则。
1．按实验电路板接通电源。
2．将函数信号发生器输出的正弦信号接入无源（或有源）滤波器的输入端，调节该正弦信号频率（由小到大改变）时,用示波器观察其低通滤波器输出幅值的变化。
3．按步骤1，逐步用示波器或数字万用表观察测量LPF、HPF、BPF、BEF输出幅值的变化。
实验结果
1．LPF+HPF合成BPF
低通
0.956
5.2
0.779
4.24
0.382353
0.323529
0.264706
0.205882
0.191176
80000
0.073529
带通
U
升级会员 