電氣學科大類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)
指導教師
日期 2023年11月13日
實驗成績
評閱人實驗一常用訊號的觀察3
實驗二零輸入，零狀態及全響應5
實驗五無源與有源濾波器8
實驗六低通，高通，帶通，帶阻濾波器間的變換………15
實驗七訊號的取樣與恢復實驗24
實驗八調製與解調實驗33
實驗結論39
反思與自我評價40
參考文獻42
實驗一常用訊號的觀察
一、實驗原理
訊號可以分為週期訊號和非週期訊號兩種。普通示波器可以觀察週期訊號，具有暫態拍攝功能的示波器可以觀察到非週期訊號的波形。常用的數字示波器可以非常方便地觀察週期訊號及非週期訊號的波形。
二、實驗目的
了解常見訊號的波形和特點。了解常見訊號有關引數的測量，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，了解所用儀器與所觀察訊號的關係。掌握基本的誤差觀察和分析方法。
三、實驗內容
1.觀察常用的正弦波、方波、三角波、鋸齒波等訊號波形。
2.用示波器測量訊號，讀取訊號的幅值和頻率。
四、實驗裝置
函式發生器；數字或模擬示波器。
五、實驗步驟
1.接通函式發生器的電源。
2.調節函式發生器選擇不同的頻率和不同波形，用示波器觀察輸出波形的變化。
6、實驗結果
觀察到的各種訊號波形如下：
圖1-1 正弦波訊號波形圖1-2 方波訊號波形
圖1-3三角波訊號波形圖1-4 鋸齒波訊號波形
圖1-5 組合函式的波形
用示波器測量到的資料
實驗二零輸入，零狀態及完全響應
一、實驗目的
1.通過實驗，進一步了解系統的零輸入響應、零狀態響應和完全響應的原理。
2．學習實驗電路方案的設計方法——本實驗中採用用模擬電路實現線性系統零輸入響應、零狀態響應和完全響應的實驗方案。
二實驗原理
零輸入響應、零狀態響應和完全響應的實驗電路如圖2-1所示。
合上圖2-1中的開關，則由電路可得
1) ∵，則上式變為
2)對上式取拉式變換得： 所以
3)式(3)中，若e1等於0，則等號右方只有第二項，即為零輸入響應，即由初始條件激勵下的輸出響應；
若初始條件為零（），則等式右邊只有第一項，即為零狀態響應，它描述了初始條件為零（）時，電路在輸入e1作用下的輸出響應，顯然它們之和為電路的完全響應。
若，斷開/合上開關k1或k2即可得到如圖2-2所示的這三種的響應過程曲線。
三、實驗內容
1.連線乙個能觀測零輸入響應、零狀態響應及完全響應的電路。
2.分別觀測該電路的零輸入響應、零狀態響應及完全響應的動態曲線。
4、實驗步驟
1．實驗模組如圖所示，將開關接到如圖所示位置，待電容充滿電後將k2接到電阻r2線路上，即得如圖所示的零輸入響應。
2．將開關接到如圖所示位置，待電容充滿電以後將k1接到15v的電路，即得如圖所示的全響應。
3．將k1接到15v的電路，將k2接到r2線路，待電容放完電後再將開關k2接到電容電路，即得如圖所示零狀態響應。
5、實驗結果
圖1-1 零輸入響應波形
圖1-2 零狀態響應波形
圖1-3 完全響應波形
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。零輸入響應與輸入激勵無關，零輸入響應是從電容初始電壓開始以指數規律進行衰減，其過程只和電路結構有關，只要電路自身是穩定的，零輸入響應就是穩定的；而零狀態響應只與輸入激勵有關，與起始儲能無關，在不同的輸入訊號下，電路會表徵出不同的響應，所以零狀態響應的穩定性不僅和電路結構有關，還與輸入的訊號有關。
由表示式：可知，對於零輸入響應，系統的穩定狀態為e1，而零狀態的穩定性為0。
實驗五無源濾波器與有源濾波器
一實驗目的
1.了解無源和有源濾波器的種類、基本結構及其特性；
2.分析和對比無源和有源濾波器的濾波特性；
3.掌握無源和有源濾波器引數的設計方法。
二實驗原理
1．濾波器是對輸入訊號的頻率具有選擇性的乙個二埠網路，它允許某些頻率（通常是某個頻率範圍）的訊號通過，而其它頻率的訊號幅值均要受到衰減或抑制。這些網路可以由rlc元件或rc元件構成的無源濾波器，也可由rc元件和有源器件構成的有源濾波器。
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。圖5-1分別為四種濾波器的實際幅頻特性的示意圖。
2．四種濾波器的傳遞函式和實驗模擬電路如圖5-2所示
3．濾波器的網路函式h（jω），又稱為頻率響應，它可用下式表示
式中a(ω)為濾波器的幅頻特性，為濾波器的相頻特性。它們均可通過實驗的方法來測量。
三、實驗內容
1.測試無源lpf和有源lpf的幅頻特性。
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。
四實驗步驟
1．將設計搭建的實驗電路板或基本實驗模組電路板5接通電源，用示波器從總體上先觀察各類濾波器的濾波特性。
2．實驗時，在保持濾波器輸入正弦波訊號幅值（ui）不變的情況下，逐漸改變其頻率，用示波器或交流數字電壓表（f＜200khz），測量濾波器輸出端的電壓u0。當改變訊號源頻率時，都應觀測一下ui是否保持穩定，資料如有改變應及時調整。
3．按照以上步驟，分別測試無源、有源lpf、hpf、bpf、bef的幅頻特性。
五實驗結果
實驗資料及影象：
1、低通濾波器lpf
2、高通濾波器hpf
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