2012 級
《訊號與控制綜合實驗》課程
實驗報告
(基本實驗一:訊號與系統基本實驗)
姓名學號專業班號 12xx
同組者1學號專業班號 12xx
同組者2學號專業班號
指導教師
日期實驗成績
評閱人實驗評分表
第一部分正文4
實驗一常用訊號的觀察4
實驗二零輸入響應、零狀態響應及完全響應7
實驗五無源濾波器與有源濾波器10
實驗六lpf、hpf、bpf、bef間的變換17
實驗八調製與解調26
第二部分實驗結論30
第三部分心得與自我評價30
第四部分參考文獻31
正文實驗一常用訊號的觀察
一、任務與目標
1、了解常見訊號的波形和特點，及有關引數的測量；
2、學會觀察常見訊號組合函式的波形，學會使用函式發生器和示波器；
3、掌握基本的誤差觀察和分析方法。
二、總體方案設計
常見描述訊號的方法有數學表示式（時間的函式）、函式圖形（訊號的波形）等。訊號可以分為週期訊號和非週期訊號兩種，常用的數字示波器可以很方便地觀察週期訊號和非週期訊號的波形。
三、實驗裝置
函式發生器、數字示波器
四、方案實現與具體設計
1、觀察常用的正弦波、方波、三角波、鋸齒波等訊號及一些組合函式的波形。
2、用示波器測量訊號，讀取訊號的幅值和頻率。
五、結果分析與討論
1、正弦訊號觀察與測量，波形如圖1-1所示。
圖1-1 正弦波
示波器測量顯示，該正弦波的幅值為 a=v p-p/2=2.08v/2=1.04v
頻率為 f=1.000khz 函式可表示為：y=1.04sin(2kπt) v
2、方波的觀察與測量，波形如圖1-2所示。
圖1-2 方波
方波的幅值為 a=v p-p/2=2.08v/2=1.04v 頻率 f=1.000khz
函式可以表示為
其中，um=a=1.04v ω=2πf=2kπ
3、三角波的觀察與測量，波形如圖1-3所示。
圖1-3 三角波
三角波的幅值為 a=v p-p/2=2.04v/2=1.02v 頻率 f=1.001khz
其中，um=a=1.04v ω=2πf=2kπ
4、鋸齒波的觀察與測量，波形如圖1-4所示。
圖1-4 鋸齒波
鋸齒波的幅值為 a=v p-p/2=2.02v/2=1.01v 頻率 f=1.000khz
5、訊號組合函式的波形觀察與測量，波形如圖1-5所示。
圖1-5 組合函式的波形
圖1-5中間的波形為兩個幅值、頻率各不相同的正弦訊號組合而成，並非正弦波，但仍為週期訊號。
實驗二零輸入響應、零狀態響應及完全響應
一、任務與目標
1. 學習實驗電路方案的設計方法，進一步了解系統的零輸入響應、零狀態響應及完全響應的原理；
2.熟練使用電路板、函式訊號發生器及數字數儲存示波器
二、總體方案設計
一階系統的零輸入響應、零狀態響應及完全響應的簡單實驗電路如圖2-1所示。
若設電容c初始時刻電壓為uc(0)，輸入直流電壓為e1，則其電路方程為
rc（du0/dt）+u0=e1
解此方程可得t時刻電容電壓為：
uc(t)=e1(1-e-t/rc)+uc(0)e-t/rc
式中右邊第一項為零狀態響應，第二項為零輸入響應，全響應uc(t)為二者之和，三種響應曲線如圖2-2所示：
圖2-1 零輸入響應、零狀態響應及圖2-2 零輸入響應、零狀態響應及
完全響應的實驗電路圖完全響應曲線
其中，曲線①為零輸入響應，曲線②為零狀態響應，曲線③為完全響應。
三、實驗裝置
滿足上述實驗原理的實驗電路板（參見f2-1）；直流穩壓電源+5v和+15v各1個；數字儲存式示波器。
四、實驗設計與實驗結果
1、將實驗電路連通電源，用示波器測量電容c兩端的電壓變化。
2、測量零狀態響應曲線，斷開開關k1、k2、k3，示波器顯示電壓為零的直線，合上開關k1，可以觀察到示波器中的波形開始變化，到一定程度時，採擷並記錄波形，如圖2-3即為零狀態響應曲線，此時開關的狀態分別為k1閉合，k2、k3均斷開。
圖2-3 零狀態響應曲線
3、測量零輸入響應曲線，斷開開關k1、k3，閉合開關k2，示波器的波形變化，直到穩定顯示為一條電平為5v的直線時，斷開開關k2，並迅速閉合開關k3，示波器波形再次變化，到一定程度時，採擷並記錄波形，如圖2-4即為零輸入響應曲線，此時開關的狀態是k3閉合，k1、k2均斷開。
圖2-4 零輸入響應曲線
4、測量完全響應曲線，斷開開關k1、k2，閉合開關k2，當示波器穩定顯示一條電平為5v的直線時，斷開k2，並迅速閉合k1，等到示波器波形變化到一定程度時，採擷並記錄波形，如圖2-5所示，即為完全響應曲線，此時開關的狀態是k1閉合，k2、k3均斷開。
圖2-5 完全響應曲線
五、結果分析與討論
在實驗內容2中，首先斷開所有開關，是為了使電容c的初始儲能為零，這樣合上開關k1後，即接通+15v的電源，所獲得的時間相應特性即為零狀態響應曲線，實驗結果能反應出電容器兩端電壓隨時間變化的動態效能。
實驗內容3中，斷開k1、k3，而閉合k2，是為了讓電容c有初始儲能，即初始電壓為+5v，斷開k2後，電壓保持為+5v，再閉合k3，電容釋放能量，對應的時間響應特性為零輸入響應。需要注意的是，理論上k2斷開後電容電壓會一直保持，但受到實際條件影響，電壓會略有降低，所以應快速閉合k3，從而規避影響。
實驗內容4前半部分與內容3一致，只是在k2斷開後，閉合k1而非k3，達到再次對電容c充電的效果，從而實現完全響應。
六、實驗思考題
系統零輸入響應的穩定性與零狀態響應的穩定性是否相同？為什麼？
答：不相同。雖然兩者都與系統本身的穩定性有關，但零狀態響應還與輸入訊號有關，其穩定性還因輸入訊號而異，即零狀態響應的穩定不僅取決於系統本身，還取決於輸入訊號，而零輸入響應僅取決於系統本身穩定性。
實驗五無源濾波器與有源濾波器
一、任務與目標
1、了解無源濾波器和有源濾波器的種類、基本結構及特性；
2、分析和對比無源濾波器和有源濾波器的濾波特性。掌握無源濾波器與有源濾波器引數設計的方法。
二、總體方案設計
濾波器是乙個具有訊號選擇功能的二埠網路，它允許某些頻率的訊號通過，而其他頻率的訊號幅值均要受到衰減或抑制。根據幅頻特性所表示的通過或阻止訊號頻率範圍的不同，濾波器可分為低通濾波器（lpf）、高通濾波器（hpf）、帶通濾波器（bpf）、和帶阻濾波器（bef）四種，它們的幅頻特性示意圖如圖5-1所示。
圖5-1 4種濾波器的幅頻特性
濾波器的網路函式h（jω），又稱為頻率響應，它可以表示為
h（jω） ==a(ω)∠θ(ω)
式中，a(ω)為濾波器的幅頻特性；θ(ω)為濾波器的相頻特性。它們可以通過實驗的方法來測量。實驗電路如圖5-2所示。
三、方案實現與具體設計
1、測試無源lpf和有源lpf的幅頻特性。
g(s)=1/(r2c2s2+3rcs+1g(s)=1/(r2c2s2+2rcs+1)
（e）無緣帶通濾波器f）有緣帶通濾波器
圖5-2 4種濾波器的傳遞函式和實驗電路
2、測試無源hpf和有源hpf的幅頻特性。
3、測試無源bpf和有源bpf的幅頻特性。
4、測試無源bef和有源bef的幅頻特性。
四、實驗裝置
滿足實驗原理的實驗電路板（參見教程圖f2-4），雙路輸出直流穩壓電源；函式發生器；數字式示波器；交流數字電壓表。
五、實驗設計
1、將基本實驗模組電路板接通電源，函式訊號發生器輸出端與無源低通濾波器（lpf）電路輸入端和示波器ch1通道連線，無源低通濾波器電路輸出端和示波器ch2通道連線；
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