实验一 Matlab中信号的描述与运算最全word资料.docx
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实验一Matlab中信号的描述与运算最全word资料
实验一Matlab中信号的描述与运算（最全）word资料
lsimplef：
对函l数f进行最简式化简。
lnumf：
取函数表达式f（x的分子，并赋予给f。
ldenf：
取函数表达式f（x的分母，并赋予给f。
l1/f：
求函数表达式f（的倒数函数。
lfinvf：
求函数表达式f（x的反函数。
在计算intf或finvf时，若因为函数的不可积或非单调而引起无特定解，则函数栏中将返回NaN，表明计算失败。
2）函数与常数之间的运算在控制窗口的第二行命令按钮用于函数与常数之间的运算操作，每一按钮的命令功能如下lf+a：
计算f（x+alf-a：
计算f（x-alf*a：
计算f（x*alf/a：
计算f（x/alf^a：
计算f（x^alf（x+a：
计算f（x+alf（a*x：
计算f（ax3）两函数间的运算在控制窗口的第三行命令按钮用于对函数f与g常数之间的各种运算操作。
每一按钮的命令功能如下:
lf+g：
计算两函数f与g之和，并将其和赋值给f。
lf-g：
计算两函数f与g之差，并将其差赋值给f。
lf*g：
计算两函数f与g之积，并将其积赋值给f。
lf/g：
计算两函数f与g之比，并将其商赋值给f。
lf（g：
计算复合函数f（g4）系统操作按钮在窗口的第四行命令按钮用来对符号函数图形计算器进行各种操作。
每一按钮的命令功能如下：
linsert：
把当前图窗1中的函数插入到计算器内含的典型函数表中。
lcycle：
在图形窗口1中依次演示计算器内含的典型函数表中的函数图形。
ldelete：
从计算器内含的典型函数演示表中删除当前的图形窗口1中的函数。
lreset：
重置符号函数计算器的功能。
lhelp：
符号函数图形计算器的在线帮助。
ldemo：
演示符号函数图形计算器的功能。
lclose：
关闭符号函数图形计算器.2、向量表示法进行信号运算当在Matlab中用向量表示信号时，反褶、移位、尺度变换等运算是对时间自变量进行运算，需要对时间向量t进行加减乘除操作；而对于两个信号向量或多个信号的运算，则需要进行信号向量间的加减乘除及乘方等操作。
1）向量与常数的运算、向量与常数的加减乘除及乘方运算如下，其中a为常数，X为向量lX+a：
向量与常数的加运算，X向量中的每个元素都加上相同的常量a；
X-a：
向量与常数的减运算，X向量中的每个元素都减去相同的常量a；a*X：
向量与常数的乘运算，X向量中的每个元素都乘以相同的常量a；X/a：
向量与常数的除运算，X向量中的每个元素都除以相同的常量a；a./X：
常数与向量的点除运算，常量a除以X向量中的每个元素；X.^a：
向量与常数的点乘方运算，X向量中的每个元素为幂底数的a次幂；la.^X：
常数与向量的点乘方运算，以X向量中的每个元素为幂指数的a的乘方2）向量间的运算向量间的加减乘除运算如下，其中X、Y为向量lX+Y：
向量的加法运算，X、Y向量中的相应元素相加；lX-Y：
向量的减法运算，X、Y向量中的相应元素相减；lX.*Y：
向量的点乘运算，X、Y向量中的相应元素相乘；lX./Y：
向量的点除运算，X、Y向量中的相应元素相除；lX*Y：
向量的矩阵乘运算，与矩阵相乘相同；lX/Y：
向量的矩阵除运算，与矩阵相除相同；（三）连续信号的卷积卷积积分在信号与线形系统分析中具有非常重要的意义，是信号与系统分析的基本方法之一。
连续时间信号f1（t和f2（t的卷积积分（简称为卷积）f（t定义为：
f（t=ò¥-¥lllllf1（tf2（t-tdt由此可得到两个与卷积相关的重要结论，即是：
lf（t=f（t*δ（t，即连续信号可分解为一系列幅度由f（t决定的冲激信号δ（t及其平移信号之和；l若线性时不变连续系统的单位冲激响应为h（t，则当输入信号为e（t时，其零状态响应为y（t=r（t*h（t。
可见，连续信号卷积的计算对我们进行连续信号与系统的分析具有重要的意义。
利用MATLAB实现连续时间卷积的函数conv_cs，该程序在计算出卷积积分的数值近似。
以下是Matlab中函数的说明：
[f_conv,t_conv]=conv_cs（f1,t1,f2,t2,dt%本函数为计算连续信号的卷积而编写%输出参数%f_conv:
函数f1（t和f2（t的卷积函数值向量%t_conv:
与f_conv对应的时间向量%输入参数%f1：
函数f1（t的函数值向量%t1：
与f1对应的时间向量%f2：
函数f1（t的函数值向量%t2：
与f2对应的时间向量%dt：
标量时，表示卷积函数f_conv的时间向量t_conv间隔%向量时，表示卷积函数f_conv的时间向量t_conv向量四、实验内容：
1、运用funtool对f（x＝sin（x/x分别进行信号的尺度变换f（2x、f（0.5x和信号的移位运算f（x+1、f（x-1操作以及f（0.5x+1，分别记录相应波形。
2、用向量表示法描述信号f（t＝e-atsin（ωt+φ，其中：
1）当ω=2；φ=0，而a分别为0.5、0.8、1、1.2时绘制相应波形。
（提示：
在绘制第一个波形后运行holdall语句，可将以后绘制的波形同时呈现在一副图中，便于比较分析）2）当a=0.5；φ=0，而ω分别为1、1.5、2时绘制相应波形。
3）当a=0.5；ω=2，而φ分别为0、π/2、-π/2时绘制相应波形。
（提示：
Matlab中π用pi表示）3、产生指数序列f（k=a-k，其中a分别为0.8、1、1.1，绘制相应图形。
4、已知两连续时间信号如下图所示，试用MATLAB求f（t=f1（t*f2（t，并绘出f（t的时域波形图。
（设定取样时间间隔为dt）参考程序：
dt=0.5;t1=0:
dt:
2;f1=0.5*t1;[f,t]=conv_cs（f1,t1,f1,t1,dt;plot（t,f【实验思考】：
通过不断改变dt的取值并对比所得到的实验效果，观察当取样时间dt为多大时，函数sconv（的计算结果就是连续时间卷积f（t=f1（t*f2（t的较好近似结果？
5、已知两连续时间信号如下图所示，试用MATLAB求f（t=f1（t*f2（t，并绘出f（t的时域波形图。
（设定取样时间间隔为dt）◆参考程序:
clearall
dt=0.01;t1=-3:
dt:
3;f1=2*（u（t1+1-u（t1-1;figure;stairs（t1,f1;holdallgridont2=-3:
dt:
3;f2=u（t2+2-u（t2-2;stairs（t2,f2[fn,tn]=conv_cs（f1,t1,f2,t2,dt;plot（tn,fngridon【实验思考】：
通过不断改变dt的取值并对比所得到的实验效果，观察当取样时间dt为多大时，函数sconv（的计算结果就是连续时间卷积f（t=f1（t*f2（t的较好近似结果？
实验十一 矩阵的基本运算
【实验目的】
1．了解矩阵的转置、加、减、乘、逆等基本运算。
2．学习掌握MATLAB软件有关的命令。
【实验准备】
矩阵基本元算的有关Matlab命令
矩阵的加减法用”+”和”-”运算符,矩阵相乘用”*”运算符,矩阵转置用’运算符,矩阵的逆用inv命令.
【实验方法与步骤】
练习1输入矩阵
相应的MATLAB代码为：
>>a=[1234;5678;9101112;13141516]
结果为
a=
1234
5678
9101112
13141516
练习２（矩阵的初等运算）已知矩阵
，
求（１）屏幕输出
与
；（２）
的转置
；（３）
；
（４）
；（５）
；（６）
； （７）
的逆
．
相应的MATLAB代码及计算结果如下：
A=[311;212;123]
A=
311
212
123
B=[11-1;2-10;101]
B=
11-1
2-10
101
A' ％
的转置
ans=
321
112
123
A+B
ans=
420
402
224
A-B
ans=
202
022
022
6*A ％
ans=
1866
12612
61218
A*B
ans=
62-2
610
8-12
C=inv（A） %
C=
0.25000.2500-0.2500
1.0000-2.00001.0000
-0.75001.2500-0.2500
D=A.*B%D中元素为A与B中对应的元素相乘，
．
D=
31-1
4-10
103
练习3生成
单位矩阵，零矩阵，元素全为１的矩阵．
相应的MATLAB代码及结果为：
eye（3,3）
ans=
100
010
001
A=zeros（3）
A=
000
000
000
B=ones（3,4）
B=
1111
1111
1111
【练习与思考】
已知矩阵
，
求（１）
的转置
；（２）
；（３）
；（４）
；（５）
的逆
．
实验四集成运算放大器的基本应用（I）
─模拟运算电路─
一、实验目的
1、了解和掌握集成运算放大器的功能、引脚
2、研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
3、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二、实验原理
集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。
在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
理想运算放大器特性
在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放。
开环电压增益 Aud=∞
输入阻抗 ri=∞
输出阻抗 ro=0
带宽fBW=∞
失调与漂移均为零等。
理想运放在线性应用时的两个重要特性：
（1）输出电压UO与输入电压之间满足关系式
UO＝Aud（U+－U－）
由于Aud=∞，而UO为有限值，因此，U+－U－≈0。
即U+≈U－，称为“虚短”。
（2）由于ri=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即IIB＝0，称为“虚断”。
这说明运放对其前级吸取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。
基本运算电路
1）反相比例运算电路
电路如图8－1所示。
对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为
为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R2＝R1//RF。
图8－1反相比例运算电路图8－2反相加法运算电路
2） 反相加法电路
电路如图8－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为
R3＝R1//R2//RF
3）同相比例运算电路
图8－3（a）是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为
R2＝R1//RF
当R1→∞时，UO＝Ui，即得到如图8－3（b）所示的电压跟随器。
图中R2＝RF，用以减小漂移和起保护作用。
一般RF取10KΩ，RF太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。
（a）同相比例运算电路（b）电压跟随器
图8-3同相比例运算电路
4）差动放大电路（减法器）
对于图8-4所示的减法运算电路，当R1＝R2，R3＝RF时，有如下关系式
图8－4减法运算电路图8-5积分运算电路
5）积分运算电路
反相积分电路如图8－5所示。
在理想化条件下，输出电压uO等于
式中 uC（o）是t＝0时刻电容C两端的电压值，即初始值。
如果ui（t）是幅值为E的阶跃电压，并设uc（o）＝0，则
即输出电压uO（t）随时间增长而线性下降。
显然RC的数值越大，达到给定的UO值所需的时间就越长。
积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限值。
在进行积分运算之前，首先应对运放调零。
为了便于调节，将图中K1闭合，即通过电阻R2的负反馈作用帮助实现调零。
但在完成调零后，应将K1打开，以免因R2的接入造成积分误差。
K2的设置一方面为积分电容放电提供通路，同时可实现积分电容初始电压uC（o）＝0，另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号ui后，只要K2一打开，电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。
本实验采用的集成运放型号为741，引脚排列如图7－1所示，它是八脚双列直插式组件，②脚和③脚为反相和同相输入端，⑥脚为输出端，⑦脚和④脚为正、负电源端，①脚和⑤脚为失调调零端，①⑤脚之间可接入一只几十KΩ的电位器并将滑动触头接到负电源端。
⑧脚为空脚。
μA741管脚图
三、实验设备与器件
1、±12V直流电源 2、函数信号发生器
3、交流毫伏表 4、直流电压表
5、集成运算放大器μA741×1
电阻器、电容器若干。
四、实验内容
实验前要看清运放组件各管脚的位置；切忌正、负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块。
1、反相比例运算电路
1）按图8－1连接实验电路，接通±12V电源，输入f＝100Hz，Ui＝0.5V的正弦交流信号，测量相应的UO，并用示波器观察uO和ui的相位关系，记入表8-1。
表8-1 Ui＝0.5V，f＝100Hz
Ui（V）
U0（V）
ui波形
uO波形
AV
实测值
计算值
2、同相比例运算电路
1）按图8－3（a）连接实验电路。
实验步骤同内容1，将结果记入表8－2。
2）将图8－3（a）中的R1断开，得图8－3（b）电路重复内容1）。
表8－2 Ui＝0.5V f＝100Hz
Ui（V）
UO（V）
ui波形
uO波形
AV
实测值
计算值
3、反相加法运算电路*课后用仿真软件选做完成
1）按图8－2连接实验电路。
2）输入信号采用直流信号，图8－6所示电路为简易直流信号源，由实验者自行完成。
实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。
用直流电压表测量输入电压Ui1、Ui2及输出电压UO，记入表8－3。
图8－6简易可调直流信号源
表8-3
Ui1（V）
Ui2（V）
UO（V）
实验六 直流稳压电源
一、实验目的
1、研究单相桥式整流、电容滤波电路的特性
2、研究集成稳压器的特点和性能指标的测试方法。
3、设计并调试出一个符合要求的可调稳压电源
二、实验原理
电子设备一般都需要直流电源供电。
这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。
图18－1直流稳压电源框图
直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图18－1所示。
电网供给的交流电压u1（220V,50Hz）经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压u3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压uI。
但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。
在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。
输出纹波电压是指在额定负载条件下，输出电压中所含交流分量的有效值（或峰值）。
随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。
由于集成稳压器具有体积小，外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍，基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。
集成稳压器的种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。
对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说，通常是选用串联线性集成稳压器。
而在这种类型的器件中，又以三端式稳压器应用最为广泛。
W7800、W7900系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。
W7800系列三端式稳压器输出正极性电压，一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V七个档次，输出电流最大可达1.5A（加散热片）。
同类型78M系列稳压器的输出电流为0.5A，78L系列稳压器的输出电流为0.1A。
若要求负极性输出电压，则可选用W7900系列稳压器。
图19－1为W7800系列的外形和接线图。
它有三个引出端
输入端（不稳定电压输入端）标以“1”
输出端（稳定电压输出端）标以“3”
公共端标以“2”
除固定输出三端稳压器外，尚有可调式三端稳压器，后者可通过外接元件对输出电压进行调整，以适应不同的需要。
本实验所用集成稳压器为三端固定正稳压器W7812，它的主要参数有：
输出直流电压U0＝＋12V，输出电流L:
0.1A，M:
0.5A，电压调整率10mV/V，输出电阻R0＝0.15Ω，输入电压UI的范围15～17V。
因为一般UI要比U0大3～5V，才能保证集成稳压器工作在线性区。
图19-1W7800系列外形及接线图
图19－2是用三端式稳压器W7812构成的单电源电压输出串联型稳压电源的实验电路图。
其中整流部分采用了由四个二极管组成的桥式整流器成品（又称桥堆），型号为2W06（或KBP306），内部接线和外部管脚引线如图19－3所示。
滤波电容C1、C2一般选取几百～几千微法。
当稳压器距离整流滤波电路比较远时，在输入端必须接入电容器C3（数值为0.33μF），以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。
输出端电容C4（0.1μF）用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应。
图19－2由W7815构成的串联型稳压电源
图19-3（a）圆桥2W06图19-3（b）排桥KBP306
图19-3 桥堆管脚图
附：
（1）图19－7为W7900系列（输出负电压）外形及接线图
图19－7W7900系列外形及接线图
（2）图19－8为可调输出正三端稳压器W317外形及接线图。
图19－8W317外形及接线图
输出电压计算公式
最大输入电压 UIm=40V
输出电压范围 U0=1.2～37
实验内容：
1、整流滤波电路测试
按图18－3连接实验电路。
取可调工频电源电压为16V，作为整流电路输入电压u2。
图18－3整流滤波电路
1）取RL＝240Ω，不加滤波电容，测量直流输出电压UL及纹波电压
L，并用示波器观察u2和uL波形，记入表18－1。
2）取RL＝240Ω，C＝470μf，重复内容1）的要求，记入表18－1。
3）取RL＝120Ω，C＝470μf，重复内容1）的要求，记入表18－1。
表18-1U2＝16V
电路形式
UL（V）
L（V）
uL波形
RL=240Ω
RL=240Ω
C=100µf
RL=240Ω
C=470µf
注意
①每次改接电路时，必须切断工频电源。
②在观察输出电压uL波形的过程中，“Y轴灵敏度”旋钮位置调好以后，不要再变动，否则将无法比较各波形的脉动情况。
2、集成稳压器性能测试
断开工频电源，按图19－2改接实验电路，取负载电阻RL＝120Ω。
图19－2由W7815构成的串联型稳压电源
1）初测
接通工频14V电源，测量U2值；测量滤波电路输出电压UI（稳压器输入电压），集成稳压器输出电压U0，它们的数值应与理论值大致符合，否则说明电路出了故障。
设法查找故障并加以排除。
电路经初测进入正常工作状态后，才能进行各项指标的测试。
2）各项性能指标测试
①输出电压U0和最大输出电流Iomix的测量。
在输出端接负载电阻RL＝120Ω，由于7812输出电压U0＝12V，因此流过RL的电流
。
这时U0应基本保持不变，若变化较大则说明集成块性能不良。
②输出纹波电压、输出电流、输出电压的测量
实验总结
1、对表18－1所测结果进行全面分析，总结桥式整流、电容滤波电路的特点。
2、总结直流稳压电源的特点。
3、在桥式整流电路实验中，能否用双踪示波器同时观察u2和uL波形，为什么？
4、在桥式整流电路中，如果某个二极管发生开路、短路或反接三种情况，将会出现什么问题？
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