【正文】 26 結(jié)果分析 與討論 ……………………………………… 27 實(shí)驗(yàn)七： 方波信號的產(chǎn)生、分解、合成及轉(zhuǎn)化 ……………… 28 實(shí)驗(yàn)任務(wù)與目的 ……………………………………… 28 總體方案設(shè)計(jì) ………………………………………… 28 方案實(shí)現(xiàn)和具體設(shè)計(jì) ………………………………… 29 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ………………………………… 29 結(jié)果分析與討論 ……………………………………… 33 5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 ……………………………… …………………………… 33 心得與自我評價 …………………………………………………… 34 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………… 35 6 圖 22 零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)曲線 其中： ① 零輸入響應(yīng) ② 零狀態(tài)響應(yīng) ③ 完全響應(yīng) 實(shí)驗(yàn)一 零輸入、零狀態(tài)及完全響應(yīng) 一、實(shí)驗(yàn)任務(wù)和目標(biāo) 學(xué)習(xí)掌握 零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng) 的原理，設(shè)計(jì)一個 能觀測 三者的電路圖 ， 用示波器觀測 該電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的動態(tài)曲線 ，同時提高設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路的能力。 四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果 1．閉合 S1，斷開 S2， S3， 電容充電，得到零狀態(tài)響應(yīng)曲線。 此次 實(shí)驗(yàn)通過改變電路上的開關(guān)組合狀態(tài)， 構(gòu) 成所需的輸出電路，輸出 相 應(yīng)的響應(yīng)波形，并在數(shù)字示波 8 器上顯示 出來， 并 讀出電壓 等參數(shù) 。 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。 二． 總體方案設(shè)計(jì) 一般情況下，系統(tǒng)的響應(yīng)波形和激勵波形不相同，信號在傳輸過程中將產(chǎn)生失真。 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)。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。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?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 。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。當(dāng)改變信號源頻率時，應(yīng)觀測一下 Vi是否保持穩(wěn)定，數(shù)據(jù)如有改變應(yīng)及時調(diào)整。這是因?yàn)闊o源濾波器主要由無源元件 R、 L和 C組成，有源濾波器由集成運(yùn)放和 R、 C組成，集成運(yùn)放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出電阻小，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用，因此有源濾波器的頻率響應(yīng)比無源濾波器更為理想。這是由于實(shí)際電路往往存在一定延時性造成的。 將有源 LPF 與有源 HPF 的輸出端口接在加法器的兩個輸入端口，加法器的輸出端口輸出濾波信號，即構(gòu)成了 BEF。 2．帶通濾波器的幅頻特性 )( ?jHBand 與低通、高通濾波器幅頻特性間的關(guān)系 設(shè) CLω 為低通濾波器的帶寬頻率， CHω 為高通濾波器的帶寬頻率，如果CHCL ωω ? ，則由它們可構(gòu)成一個帶通濾波器，它們之間的關(guān)系可用下式表示： )()(）( jωHjωHjωH Hi g hL o wB a n d ?? 3． 帶阻濾波器的幅頻特性 )(jωHBlock 與低通、高通濾波器幅頻特性間的關(guān)系： 如果低通濾波器的帶寬頻率 CLω 小于高通濾波器的帶寬頻率 CHω ，則由它們可構(gòu)成一個帶阻濾波器，它們之間的關(guān)系可用下式表示為： ）(）(）( jωHjωHjωH Hi g hL o wB lo c k ?? 三、方案實(shí)現(xiàn)和具體設(shè)計(jì) （實(shí)驗(yàn)教程 P40） 1．按實(shí)驗(yàn)電路板接通電源。 由實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng) LPF 的高頻截止頻率 fH 要高于 HPF 的低頻截止頻率 fL 時，將 LPF 與 HPF 串接即可得到 BPF 濾波器。思考題 1．由 LPF、 HPF 連接帶通、帶阻濾波器有何條件？ 組成帶通濾波器時， LPF 的高頻截止頻率 fH 要高于 HPF的低頻截止頻率 fL； 組成帶阻濾波器時， LPF 的高頻截止頻率 fH低于 HPF 的低頻截止頻率 fL。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證采樣定理，并掌握采樣周期的基本設(shè)計(jì)原則。 采樣信號可以恢復(fù)為原始信號的條件是： ωs≥2ωm，此時可用一截止頻率為ws，增益為 T 的低通濾波器（ LPF）對抽樣信號進(jìn)行濾波，從而恢復(fù)出原始連續(xù)信號；而當(dāng) ωs2ωm時， 采樣信號的頻譜會發(fā)生混疊從而導(dǎo)致不可恢復(fù)性失真。 4．改換被采樣輸入信號為 其它波形（三角波等），再重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)?；謴?fù)后的波形均與原波形有一定的誤差。 實(shí)驗(yàn)六 調(diào)制與解調(diào) 一、 實(shí)驗(yàn)任務(wù)和目標(biāo) 了解幅值調(diào)制和解調(diào)的原理。只要正弦信號（載波）的頻率在適合信道傳輸?shù)念l率范圍內(nèi)就在信道內(nèi)很好的傳輸。解調(diào)的任務(wù)是從 Y(t)中恢復(fù)出原始信號。這兩個正弦信號應(yīng)幅值相等，初相位相等，頻率成比例（實(shí)驗(yàn)電路板輸出的正弦信號頻率約為 500Hz、 幅度為 500mV，作為調(diào)制信號 ；函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號設(shè)定為 20KHz、 500mV， 作為 二路載波信號 ）。用雙蹤示波器分別觀察 被調(diào)制信號 （原信號） 和 LPF 輸出信號（調(diào)制解調(diào)后的信號）， 并且記錄波形，如果兩個波形相差， 則 調(diào)節(jié) RP2和 RP3 至兩個波形近似。 調(diào)幅調(diào)制過程中，信號的衰減在本實(shí)驗(yàn)中是不可避免的，但信號的頻域特性得到了較好的保留。但在解調(diào)過程中，當(dāng)通過增益為 2 的低通濾波器后，兩者的幅值應(yīng)該相等。方波通過低通濾波器轉(zhuǎn)化為正弦波?！岸嘀C”指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。 采用諧振電路分解并取出其 1～ 7 次諧波。通過多個并聯(lián) LC 振蕩電路測取其諧波，但買元件時發(fā)現(xiàn)買不到電感，實(shí)驗(yàn)時用實(shí)驗(yàn)室的電感多次串并聯(lián)獲得所需的 近似的 數(shù)值，增加了實(shí)驗(yàn)誤差。思考題 1．方波轉(zhuǎn)換為正弦波失真的原因有哪些？ 原因如下：（ 1）輸入的方波信號的占空比很難準(zhǔn)確控制在 50%；（ 2）濾波器本身的濾波特性就存在局限性。 然后我們做了信號的無失真?zhèn)鬏敚瑢?shí)驗(yàn)板對實(shí)驗(yàn)的影響很大，有的 50kHz 不失真，有的 10kHz 就失真了。 低通、高通、帶通和帶阻濾波器間的變換，這個實(shí)驗(yàn)也很繁瑣，數(shù)據(jù)較多。由于函數(shù)信號發(fā)生器本身有內(nèi) 阻，所以輸入信號的頻率和幅度與發(fā)生器面板顯示的有較大差別，應(yīng)以示波器檢測的結(jié)果為準(zhǔn)。對于幅度調(diào)制信號，在波形上，它的幅度隨基帶信號規(guī)律而變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內(nèi)的簡單搬移。但波形仍然失真較大。方波轉(zhuǎn)三角波電路也因缺少大電感而臨時將 LC 濾波電路改為RC濾波電路。 心得體會 這次 實(shí)驗(yàn)中也遇到了不少麻煩，比如有時輸出波形總會出現(xiàn)意想不到的問題， 經(jīng)過一番調(diào)試最終找到問題所在 ，完成了實(shí)驗(yàn)。 在信號系統(tǒng)基本實(shí)驗(yàn)中，與彭永晶一起參考了一些書籍，掌握了一些課外的相關(guān)知識，也一起討論了一些設(shè)計(jì)的想法。最后，感謝老師的指導(dǎo)和幫助和同學(xué)的鼓勵與支持，謝謝！ 參考文獻(xiàn) 【 1】 《信號與控制綜合實(shí) 驗(yàn)教程》 .熊蕊編著 .華 中科技大學(xué)出版， 2020年 11 月第一版 . 【 2】《電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（電子電路實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)及現(xiàn)代 EDA 技術(shù)）》 .陳大欽，羅杰主編 .高等教育出版社， 2020 年 6月第三版 . 【 3】《電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）》 .康華光主編 .高等教育出版社， 2020 【 4】《模擬電子技術(shù)》 .郭業(yè)才，黃友銳主編 .清華大學(xué)出版社， 2020 年 6月 .