【正文】 ，了解了三種響應(yīng)的響應(yīng)曲線以及這三種響應(yīng)之間的聯(lián)系。 思考題 1．系統(tǒng)零輸入響應(yīng)的穩(wěn)定性與零狀態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)定性是否相同？為什么？ 不相同。 零輸入響應(yīng)與輸入激勵(lì)無關(guān)，其過程只和電路結(jié)構(gòu)有關(guān)，只要電路結(jié)構(gòu) 自身是穩(wěn)定的，零輸入響應(yīng)就是穩(wěn)定的；零狀態(tài)響應(yīng)只與輸入激勵(lì)有關(guān)，與起始儲能無關(guān) ，在不同的輸入信號下，電路會表征出不同的響應(yīng) ， 所以零狀態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)定性不僅和電路結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與輸入的信號有關(guān)。 實(shí)驗(yàn)二 信號的無失真?zhèn)鬏? 一． 任務(wù)和目標(biāo) 通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解信號無失真?zhèn)鬏敾驹怼Ｊ煜ば盘枱o失真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特性，掌握按試驗(yàn)原理或頻率響應(yīng)要求設(shè)計(jì)無失真系統(tǒng)或電路的方法。 二． 總體方案設(shè)計(jì) 一般情況下，系統(tǒng)的響應(yīng)波形和激勵(lì)波形不相同，信號在傳輸過程中將產(chǎn)生失真。線性系統(tǒng)引起的信號失真有兩方面因素造成，一是系統(tǒng)對信號中各頻率分量幅度產(chǎn)生不同程度的衰減，使響應(yīng)各頻率分量的相對幅度產(chǎn)生變化，引起幅度失真。另 一是系統(tǒng)對各頻率分量產(chǎn)生的相移不與頻率成正比，使響應(yīng)的各頻率分量在時(shí)間軸上的相對位置產(chǎn)生變化，引起相位失真。 信號的無失真?zhèn)鬏斒侵竿ㄟ^系統(tǒng)后輸出信號的波形與輸入信號的波形完全相同，僅有幅值上的差異和產(chǎn)生一定的延遲時(shí)間的傳輸。 令輸入信號為 X(t)，則輸出為 Y(t)=kX(tt0)，取傅立葉變換得頻率響應(yīng)特性為00)( )()( tjtj eHkejX jYjH ????? ?? ??? ，即幅頻特性為非零常數(shù)，相頻特性是角頻率的線性函數(shù)。 三． 方案實(shí)現(xiàn)和具體設(shè)計(jì) 用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生輸入信號，用示波器觀察 輸出及輸入信號，并比較波形的失真 四． 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ，頻率可變的正弦信號作為輸入信號，測量輸出信號的幅值和相位。（ CH2 為輸入信號， CH1 為輸出信號） 輸入信號 10kHz 時(shí)，不失真 9 輸入信號 50kHz 時(shí)，不失真 輸入信號 65kHz 時(shí)，不失真 輸入信號 80kHz 時(shí)，失真 10 輸入信號 120kHz 時(shí)，失真 ，改變電路參數(shù)，觀察電路輸出波形的失真情況，分析失真度，并加以總結(jié) 輸入信號頻率為 50kHz 時(shí)，調(diào)節(jié)電位器 11 五． 結(jié)果分析與討論 實(shí)際的線性系統(tǒng)，其幅頻與相頻特性都不可能完全滿足不失真?zhèn)鬏敆l件。當(dāng)系統(tǒng)對信號中各頻率分量產(chǎn)生不同程度的衰減，使信號的幅度頻譜改變時(shí)，會造成幅度失真；當(dāng)系統(tǒng)對信號中各頻率分量產(chǎn)生的相移與頻率不成正比時(shí)，會使信號的相位頻譜改變，造成相位失真 。改變電路的參數(shù)，會導(dǎo)致傳輸函數(shù)變化，頻率響應(yīng)變化，電路對不同頻率信號的失真改變。 在實(shí)驗(yàn)中， 實(shí)驗(yàn)板對實(shí)驗(yàn)的影響很大，有的 50kHz 不失真，有的 10kHz 就 明顯 失真了。 但是 通過人眼觀察很難判定是否失真。 六． 思考題 ，那么輸出信號波形與輸入 信號波形相同的主要原因是什么？ 波形相同，但波形所在的坐標(biāo)軸的數(shù)值或單位不同。根據(jù)尼奎斯特采樣定理，信道的帶寬應(yīng)該大于信息的碼元速率的兩倍以上才能進(jìn)行無失真?zhèn)鬏敗?若增益為采樣信號周期 T，則輸出信號與輸入信號幅值相等；若增益不為 T，則 此時(shí)輸出信號與輸入信號幅值不同，但波形相同。 ？ 無失真?zhèn)鬏斨傅氖欠扔泄潭ǖ乃p，有固定的時(shí)延，相位是頻率的 常數(shù) 倍。一般在 要求 傳輸?shù)念l段上基本滿足要求就可以了。 全通濾波器不衰減任何頻率的信號 ， 而對相位沒有要求 ， 會改變輸入信號的相位 。 實(shí)驗(yàn)三 無源濾波器與有源濾波器 一、實(shí)驗(yàn)任務(wù)和目標(biāo) 了解無源和有源 LPF(低通濾波器 )、無源和有源 HPF(高通濾波器 )、無源和有源 BPF(帶通濾波器 )、無源和有源 BEF(帶阻濾波器 )基本結(jié)構(gòu)及其特性，通過設(shè)計(jì)電路，測量這些濾波器的幅頻特性，分析比較無源和有源濾波器的濾波特性。掌握無源和有源濾波器參數(shù)的設(shè)計(jì)方法。 二、總體方案設(shè)計(jì) (實(shí)驗(yàn)教程 P36~37) 濾波器是對輸入信號的頻率具有選擇性的一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，它允許某些頻率（通常是某個(gè)頻率范圍）的信號通過，而其它頻率的信號幅值均要受到衰減或抑 12 制。這些網(wǎng)絡(luò)可 以由 RLC 元件或 RC元件構(gòu)成的無源濾波器，也可由 RC 元件和有源器件構(gòu)成的有源濾波器。 根據(jù)幅頻特性所表示的通過或阻止信號頻率范圍的不同，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。 三、方案實(shí)現(xiàn)和具體設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)教程 P36） 1．將實(shí)驗(yàn)?zāi)K電路板接通電源，用示波器從總體上先觀察各類濾波器的濾波特性。 2． 實(shí)驗(yàn)時(shí)，在保持濾波器輸入正弦波信號幅值（ Vi）不變的情況下，逐漸改變其頻率，用示波器或交流數(shù)字電壓表（ f＜ 200KHz），測量濾波器輸出端的電壓 V0 。當(dāng)改變信號源頻率時(shí)，應(yīng)觀測一下 Vi是否保持穩(wěn)定，數(shù)據(jù)如有改變應(yīng)及時(shí)調(diào)整。 3．按照以上步驟，分別測試無源和有源 LPF、 HPF、 BPF、 BEF 的幅頻特性。 四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果 1. 低通濾波器 LPF 有源低通 無源低通 f/Hz vi vo vo/vi f/Hz vi vo vo/vi 100 100 500 200 1000 500 2020 700 4000 1000 5000 1500 8000 2020 10000 3000 15000 5000 20200 無源 LPF 和有源 LPF 幅頻特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 13 無源 LPF 和有源 LPF 幅頻特性曲線比較 無源，上限截止頻率 fH =638Hz；有源 , 上限截止頻率 fH =1120Hz 2. 高通濾波器 HPF 有源 高通 無源高通 f/Hz vi vo vo/vi f/Hz vi vo vo/vi 100 100 400 200 600 500 1000 1000 2020 2020 5000 5000 8000 8000 10000 10000 15000 15000 2 20200 1 無源高通濾波器和有源高通濾波器幅頻特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 14 無源高通濾波器和有源高通濾波器幅頻特性曲線比較 無源，下限截止頻率 fL=3850Hz；有源，下限截止頻率 fL =2350Hz 3. 帶通濾波器 BPF 有源帶通 無源帶通 f/Hz vi vo vo/vi f/Hz vi vo vo/vi 100 100 500 500 1000 1000 2020 1500 3000 1800 4000 2020 5000 5000 10000 10000 20200 30000 50000 無源帶通濾波器和有源帶通濾波器幅頻特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 無源帶通濾波器和有源帶 通濾波器幅頻特性曲線比較 無源， fL=500Hz， fH=5000Hz， 故通頻帶 BW=4500Hz， 特征頻率為 1500Hz 有源， fL=440Hz， fH=5200Hz，故通頻帶 BW=4660Hz，特征頻率為 1700Hz 4． 帶阻濾波器 BEF 有源帶阻 無源帶阻 15 f/Hz vi vo vo/vi f/Hz vi vo vo/vi 50 1 100 20