信号与控制实验报告_电气1004_邓育林

电气学科大类2010级《信号与控制综合实验》课程实验报告(基本实验一:信号与系统基本实验)姓名邓育林学号u201011870专业班号1004同组者庞伟学号u201011884专业班号1004指导教师李开成日期2012年12月1日实验成绩评阅人实验评分表基本实验实验编号名称/内容实验分值评分常用信号的观察5零输入相应零状态响应及完全响应5设计性实验实验名称/内容实验分值评分无源与有源滤波器10低通、高通、带通、带阻滤波器变换10信号的采样与恢复15调制与解调15创新性实验实验名称/内容实验分值评分信号的产生、收集、处理、变换和基于MATLAB的分析0～40教师评价意见总分目录正文实验一：常用信号的观察……………………………5实验任务与目的………………………………………5实验内容…………………………………5实验结果…………………………………5实验结果分析………………………………………8实验二：零输入相应零状态响应及完全响应实验任务与目的………………………………………9实验内容…………………………………9实验结果…………………………………9实验结果分析………………………………………10实验三：无源与有源滤波器实验任务与目的………………………………………11实验内容…………………………………11实验结果…………………………………11实验结果分析………………………………………17实验四：低通、高通、带通、带阻滤波器变换实验任务与目的………………………………………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：常用信号的观察实验目的：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锯齿波图2-2零输入响应、零状态响应和完全响应曲线其中：①零输入响应②零状态响应③完全响应实验二：零输入相应零状态响应及完全响应实验原理目的：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。实验内容：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：RCtoRCtceUeEtU)0()1()(1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：无源与有源滤波器实验原理：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。实验目的：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。实验设备：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。实验数据低通滤波器LPF无源LPFf/HZUo/UiUoUi015.445.441000.9855.365.442000.9715.285.443000.9124.965.444000.8684.725.445000.8094.45.446000.754.085.447000.6763.685.448000.6183.365.449000.5743.125.4410000.5292.885.4412200.4412.45.4415700.36825.4419000.2941.65.4424200.2351.285.4430000.1760.965.44有源LPFf/Hzvivovo/vi1002.22.080.9455002.121.90.89610002.081.50.72120002.120.820.38640002.120.30.14150002.080.1960.09480002.120.120.056100002.080.0540.025150002.120.02480.011200002.120.020.009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HPFf/HZUo/UiUoUi800.0440.245.444000.0590.325.444800.0740.45.445000.1320.725.447000.1760.965.448000.2061.125.448500.2431.325.4410000.2941.65.4412000.36825.4414000.4412.45.4416000.5152.85.4417000.5372.925.4419000.5883.25.4423000.6763.685.4424000.6913.765.4424700.7063.845.4425000.7173.95.4427000.754.085.4432000.8094.45.4445000.8974.885.4460000.9014.95.4470000.9415.125.44100000.9415.125.44无源HPFf/HZUo/UiUoUi1000.0090.0485.442000.0190.1025.443000.0370.25.444000.0550.35.447000.1290.75.448000.1911.045.4410000.221.25.4412000.2791.525.4415000.3381.845.4417000.36825.4420000.4412.45.4424000.52.725.4426000.5442.965.4428000.5743.125.4432000.6033.285.4435000.6623.65.4440000.6843.725.4443000.7063.845.4446000.7283.965.44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BPFf/HZUo/UiUoUi1000.1030.565.442000.1320.725.444000.2211.25.445000.2651.445.446000.2791.525.447000.2941.65.449000.3241.765.4411000.3381.845.4414000.3531.925.4416000.3531.925.4418000.3381.845.4422000.3381.845.4430000.3241.765.4432000.3091.685.4435000.2941.65.4445000.2651.445.4467000.2211.25.4480000.1911.045.44有源BPFf/HZUo/UiUoUi100.0440.245.44800.1320.725.441400.2061.125.442000.2791.525.442500.3381.845.443150.3972.165.443600.4412.45.444500.52.725.446000.5743.125.448000.6473.525.4410000.6763.685.4412000.6913.765.4414500.7063.845.4419000.6913.765.4420000.6763.685.4429000.6323.445.4436000.5883.25.4442000.5442.965.4450000.5152.85.4460000.4712.565.4490000.3491.95.44100000.2941.65.44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BEFf/HZUo/UiUoUi100.8384.565.441000.8244.485.441500.7944.325.442000.754.085.442500.7213.925.442650.7063.845.442750.6913.765.443200.6473.525.443600.6183.365.444200.5743.125.444600.5292.885.445500.4852.645.446000.4412.45.447000.36825.448000.3381.845.449000.2651.445.4410000.2211