电子科大信号系统实验总.docx

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电子科大信号系统实验总

信号与系统

实验报告

实验项目三：

连续系统的幅频特性

一、实验项目名称：

连续系统的幅频特性测量

二、实验目的与任务：

目的：

使学生对系统的频率特性有深入了解。

任务：

记录不同频率正弦波通过低通、带通滤波器的响应波形，测量其幅度，拟合出频率响应的幅度特性；分析两个滤波器的截止频率。

三、实验原理：

正弦波信号

输入连续LTI系统，输出

仍为正弦波信号。

图3.3-1信号输入连续LTI系统

图3.3-1中，

）

通过测量输入

、输出

的正弦波信号幅度，计算输入、输出的正弦波信号幅度比值，可以得到系统的幅频特性在

处的测量值

。

改变

可以测出不同频率处的系统幅频特性。

四、实验内容

打开PC机端软件SSP.EXE，在下拉菜单“实验选择”中选择“实验三”；使用串口电缆连接计算机串口和实验箱串口，打开实验箱电源。

实验内容

（一）、低通滤波器的幅频特性测量

实验步骤：

1、信号选择：

按实验箱键盘“3”选择“正弦波”，再按“＋”或“－”依次选择表3.1中一个频率。

2、连接接口区的“输入信号1”和“输出信号”，如图3.3-2所示。

点击SSP软件界面上的

按钮，观察输入正弦波。

将正弦波频率值和幅度值（Vpp/2,Vpp为峰-峰值）记录于表3.3-1。

图3.3-2观察输入正弦波的连线示意图

3、按图3.3-3的模块连线示意图连接各模块。

图3.3-3实验三实验内容

（一）模块连线示意图

4、点击SSP软件界面上的

按钮，观察输入正弦波通过连续系统的响应波形；适当调整X、Y轴的分辨率可得到如图3.3-4所示的实验结果。

将输出正弦波的幅度值（Vpp/2,Vpp为峰-峰值）记录于表3.3-1。

图3.3-4输入正弦波和响应波形

5、重复步骤1~4，依次改变正弦波的频率，记录输入正弦波的幅度值和响应波形的幅度值于表3.3-1。

表3.3-1

频率（kHz）

0.1

0.2

0.6

1.0

1.4

1.8

2.2

2.6

3.0

3.4

3.8

4.2

4.6

5.0

输入幅度（v）

1.90

1.91

1.89

2.26

1.91

1.92

2.26

1.89

1.90

2.26

1.89

1.85

1.91

2.26

输出幅度（v）

1.56

1.44

0.89

0.72

0.45

0.34

0.32

0.22

0.19

0.18

0.11

0.10

0.09

0.09

输出/输入

幅度比值H

0.82

0.75

0.47

0.32

0.24

0.18

0.14

0.12

0.10

0.08

0.06

0.05

0.05

0.04

实验内容

（二）、带通滤波器的幅频特性测量

实验步骤：

重复实验内容

（一）的实验步骤1~5。

注意在第3步按图3.3-5的模块连线示意图连接各模块。

图3.3-5实验三实验内容

（二）模块连线示意图

将输入正弦波频率值、幅度值和响应波形的幅度值记录于表3.3-2。

表3.3-2

频率（kHz）

0.1

0.2

0.6

1.0

1.4

1.8

2.2

2.6

3.0

3.4

3.8

4.2

4.6

5.0

输入幅度（v）

1.90

1.91

1.89

2.26

1.91

1.92

2.26

1.89

1.90

2.26

1.89

1.85

1.91

2.26

输出幅度（v）

0.05

0.08

0.52

0.09

0.55

0.40

0.34

0.23

0.19

0.18

0.13

0.11

0.10

0.09

输出/输入

幅度比值H

0.03

0.04

0.28

0.40

0.29

0.21

0.15

0.12

0.10

0.08

0.07

0.06

0.05

0.04

思考问题：

（1）将表3.3-1、3.3-2的输出/输入的幅度比值H数据用横座标（频率）、纵座标（幅度比值H）描绘出来，可以拟合出两条光滑曲线，它们说明两个系统的幅频特性有何不同之处？

一个是低通特性，第二个通过中频段的信号，都起到选择频率的作用但通频段不同

（2）为什么实验内容

（二）中，低通滤波器与高通滤波器串联会得到带通滤波器？

设低通滤波器上限频率f1，高通滤波器下限频率f2，若f1>f2，将他们串联，则通过频率属于（f2,f2）频率区间内的信号，作用等效于带通滤波器，所以低通滤波器与高通滤波器串联会得到带通滤波器

五、项目需用仪器设备名称：

数字信号处理实验箱、信号与系统实验板的低通滤波器模块U11、高通滤波器模块U21、PC机端信号与系统实验软件、＋5V电源

六、所需主要元器件及耗材：

连接线、计算机串口连接线

七、、实验结论

实验

（一）中低通滤波器的截止频率约为3khz；实验

（二）中带通滤波器的上限截止频率约为3khz，下限截止频率约为0.6khz。

八、总结及心得体会：

在本次实验中，更深刻的了解了低通和带通滤波器的原理，并熟悉了工具箱的使用。

实验项目四：

连续信号的采样和恢复

一、实验项目名称：

连续信号的采样和恢复

二、实验目的与任务

目的：

1、使学生通过采样保持电路理解采样原理。

2、使学生理解采样信号的恢复。

任务：

记录观察到的波形与频谱；从理论上分析实验中信号的采样保持与恢复的波形与频谱，并与观察结果比较。

三、实验原理：

实际采样和恢复系统如图3.4-1所示。

可以证明，奈奎斯特采样定理仍然成立。

图3.4-1实际采样和恢复系统

采样脉冲：

其中，

，

，

。

采样后的信号：

当采样频率大于信号最高频率两倍，可以用低通滤波器

由采样后的信号

恢复原始信号

。

四、实验内容

打开PC机端软件SSP.EXE，在下拉菜单“实验选择”中选择“实验六”；使用串口电缆连接计算机串口和实验箱串口，打开实验箱电源。

实验内容

（一）、采样定理验证

实验步骤：

1、连接接口区的“输入信号1”和“输出信号”，如图3.4-2所示。

图3.4-2观察原始信号的连线示意图

2、信号选择：

按“3”选择“正弦波”，再按“＋”或“－”设置正弦波频率为“2.6kHz”。

按“F4”键把采样脉冲设为10kHz。

图3.4-32.6kHz正弦波（原始波形）

3、点击SSP软件界面上的

按钮，观察原始正弦波，如图3.4-3所示。

4、按图3.4-4的模块连线示意图连接各模块。

图3.4-4观察采样波形的模块连线示意图

5、点击SSP软件界面上的

按钮，观察采样后的波形，如图3.4-5所示。

图3.4-510kHz采样的输出信号

6、用截止频率为3kHz的低通滤波器U11恢复采样后的信号。

按图3.4-6的模块连线示意图连接各模块。

图3.4-6观察恢复波形的模块连线示意图

7、点击SSP软件界面上的

按钮，观察恢复后的波形，如图3.4-7所示。

图3.4-7用3kHz低通滤波器恢复波形

实验内容

（二）、采样产生频谱交迭的验证

实验步骤：

重复实验内容

（一）的实验步骤1～7；注意在第2步中正弦波的频率仍设为“2.6kHz”后，按“F4”键把采样脉冲频率设为“5kHz”；在第6步中用3kHz的恢复滤波器（U11）。

可以观察到如图3.4-8～3.4-10所示的波形。

图3.4-82.6kHz正弦波（原始波形）

图3.4-95kHz采样的输出信号

图3.4-l0用3kHz低通滤波器恢复波形

思考问题：

（1）画出实验内容

（一）的原理方框图和各信号频谱，说明为什么实验内容

（一）的输出信号恢复了输入信号？

（2）画出实验内容

（二）的方框图，解释与实验内容

（一）有何不同之处？

（3）如果改变实验内容

（二）的3kHz恢复低通滤波器为截止频率为5kHz的低通滤波器（U22），系统的输出信号有何变化？

原理方框图在实验原理中已经画出，各信号频谱在上面截图中也已经给出。

采样频率约为输入信号频率的4倍，完全满足采样定理的要求，所以实验一中的输出信号恢复到了输入信号。

1实验二中实用的采样频率约为输入信号的1.9倍，而采样定理要求为两倍，不满足要求，所以无法将输出信号恢复到输入信号。

2如果实验二中将截止频率为3kHz的恢复低通滤波器改为截止频率为5kHz的低通滤波器，则系统的输出信号无法恢复到原输入信号，因为用于恢复信号的低通滤波器的截止频率必须小于采样频率减去输入信号频率，而5kHZ大于这个差值。

实验结论：

当采样频率大于输入信号频率的两倍以上时，得到的输出信号才能通过一个理想低通滤波器恢复到原输入信号。

该滤波器的截止频率大于输入信号频率，小于采样频率减去输入信号频率。

五、项目需用仪器设备名称：

数字信号处理实验箱、信号与系统实验板的低通滤波器模块U11和U22、采样保持器模块U43、PC机端信号与系统实验软件、＋5V电源

六、所需主要元器件及耗材：

连接线、计算机串口连接线

七心得及体会

学会了如何产生信号，获得采样信号，以及如何恢复信号。

对采样定理有了更深的理解。