【正文】 驗(yàn) 報(bào)告 —— 信號(hào)部分 28 采樣信號(hào) r(kT)可以看成連續(xù)信號(hào) r(t)和一組開關(guān)函數(shù) S(t)的乘積； S(t)是一組周期性窄脈沖。 4．改換被采樣輸入信號(hào)為三角波，再重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論與分析 根據(jù)采樣信號(hào)的頻率 sf =1149Hz，試驗(yàn)中取分別輸入正弦 20Hz、 100 Hz、 500 Hz、三角信號(hào)的頻率 30Hz、 100Hz. 從實(shí)驗(yàn)所得波形可以看出， 100Hz 信號(hào)經(jīng)采樣、恢復(fù)后基本恢復(fù)成了與原信號(hào)等頻率信號(hào)，但恢復(fù)后的信號(hào)與原信號(hào)相比，有明顯的相位延遲；同時(shí)，對(duì)于本實(shí)信號(hào) 與控制綜合實(shí)驗(yàn) 報(bào)告 —— 信號(hào)部分 36 驗(yàn)采用的電路，也使信號(hào)的峰峰值發(fā)生變化； 500Hz 的信號(hào)經(jīng)采樣、恢復(fù)后也基本恢復(fù)成了與原信號(hào)等頻率信號(hào)，但恢復(fù)后的信號(hào)與原信號(hào)相比，有明顯的相位延遲，與原信號(hào)剛好處于反相位；而 20Hz 的信號(hào)經(jīng)采樣、恢復(fù)后完全不能恢復(fù)成原信號(hào)，同時(shí)恢復(fù)后的信號(hào)與原信號(hào)在頻率上有非常大的差異，所以信號(hào)未能得到恢復(fù)。上式可知，用正弦波 cos( )owt 進(jìn)行調(diào)制，就是把調(diào)制信號(hào)的頻譜 ()xw對(duì)半分地分別搬到 177。 先調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)電路板輸出的正弦信號(hào)頻率約為 500Hz、幅度為 500mV，作為被調(diào)制信號(hào)；函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號(hào)約為 20KHz、 500mV，作為二路載波信號(hào)，然后連信號(hào) 與控制綜合實(shí)驗(yàn) 報(bào)告 —— 信號(hào)部分 39 接到實(shí)驗(yàn)電路板上。 因?yàn)橐颜{(diào)制信號(hào)的幅度 Y(t)在理論上應(yīng)為輸入信號(hào)的幅度一半 ,而已調(diào)制信號(hào)Y(t)在解調(diào)時(shí)會(huì)通過一個(gè)增益為 2的低通濾波器，這樣解調(diào)信號(hào)的幅度 X（ t） 應(yīng)與輸入信號(hào)的幅度基本相等。 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的總結(jié)與處理分析也是要求我們具有總結(jié)得失，改正不足的意識(shí)，記錄下來自己在實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，又是怎么解決的，以后需要注意哪些，自己又獲得了哪些收獲與進(jìn)步 。例如在實(shí)驗(yàn)二利用示波器觀察狀態(tài)響應(yīng)時(shí)，一直觀察不到期望的現(xiàn)象，后來經(jīng)過和小組成員的仔細(xì)分析和研究后， 一致認(rèn)為應(yīng)該是示波器的顯示方法沒有調(diào)正確，之后又經(jīng)過一系列的探索，終于 在示波器上調(diào)出了 期望的結(jié)果，如釋重負(fù)。 四、 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果 實(shí)驗(yàn)中被調(diào)制信號(hào)波形、載波信號(hào)、調(diào)制后信號(hào)、解調(diào)后信號(hào)、濾波后信號(hào)分別如下各圖所示。同步解調(diào)的原理就是用相同的載波再用一次調(diào)制。解調(diào)則是調(diào)制的相反過程，而從調(diào)制的信號(hào)中恢復(fù)出原信號(hào)。所以信號(hào)未能得到恢 復(fù)。 信號(hào) 與控制綜合實(shí)驗(yàn) 報(bào)告 —— 信號(hào)部分 29 圖 采樣前后的信號(hào)頻譜 圖 采樣前后的信號(hào)頻譜 連續(xù)信號(hào)的采樣和恢復(fù)過程如圖 所示。 實(shí)驗(yàn)七 信號(hào)的采樣與恢復(fù) 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解信號(hào)的采樣方法與過程及信號(hào)的恢復(fù)。 從表 可以看出，有源 LPF 的上限截止頻率 fH=160Hz。 二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與原理 由于高通濾波器與低通濾波器間有著下列的關(guān)系： 帶通濾波器的幅頻特性（ cL cHww? ） : 帶阻濾波器的幅頻特性 ( cL cHww? ): 信號(hào) 與控制綜合實(shí)驗(yàn) 報(bào)告 —— 信號(hào)部分 21 其中， cLw 為 LPF的帶寬頻率， cHw 為 HPF 的帶寬頻率。但有源濾波器也有其問題，在本實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)為，受運(yùn)放增益帶寬積的影響，有源濾波器的穩(wěn)定工作頻率范圍較為有限。 注意： 當(dāng)改變信號(hào)源頻率時(shí)，應(yīng)觀測(cè)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。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(hào)有關(guān)。 4． 只閉合 Ks 對(duì)電容放電后，斷開 Ks ，閉合 2K ,充電至 5v后，斷開 2K ，再閉合 1K ， 得到完全響應(yīng)曲線。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中有觀察組合函數(shù)波形的要求，這個(gè)則是對(duì)我們示波器使用的要求，學(xué)會(huì)使用示波器的各項(xiàng)功能和測(cè)量數(shù)據(jù)的方法。 三、 實(shí)驗(yàn)步驟 1．接通函數(shù)發(fā)生器 和數(shù)字示波器 電源 ，將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出端與示波器的CH1 通道相連 。 圖 方波信號(hào) 方波信號(hào)的波形圖如圖 所示。 三、 實(shí)驗(yàn)步驟 、實(shí)驗(yàn)電路板和函數(shù)發(fā)生器， 接通各部分電源。學(xué)習(xí)只停留在理論一定會(huì)是空洞的，是不完整的，只有經(jīng)過了自己的親身驗(yàn)證才能真正領(lǐng)略到知識(shí)的魅力，才能 真正產(chǎn)生學(xué)習(xí)的興趣，才能真正投入其中。 各種濾波器的幅頻特性曲線如下個(gè)圖所示。 4. 無源 BPF 和有源 BPF 的幅頻特性測(cè)量 表 無源 BPF和有源 BPF的幅頻特性 測(cè)量 信號(hào) 與控制綜合實(shí)驗(yàn) 報(bào)告 —— 信號(hào)部分 18 圖 無源 BEF和有源 BEF的幅頻特性曲線 從表 ，無源 BEF的特征頻率 約 為 1600Hz， 上限 截止頻率 fH=240Hz，下限 截止頻率 fL=13000Hz； 有源 BEF的特征頻率為 10000Hz， 上限 截止頻率 fH=610Hz，下限 截止頻率 fL=4000Hz。 2．如果要實(shí)現(xiàn) LPF、 HPF、 BPF、 BEF 源濾器之間的轉(zhuǎn)換，應(yīng)如何連接？ 答： 將有源 LPF 與有源 HPF 串接即可得到 BPF 濾波器。于是可見 fHfL, 可合成帶通濾波器。 六、 思考題 1．由 LPF、 HPF 連接帶通、帶阻濾波器有何條件？ 答： 組成帶通濾波器時(shí)， 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(shí)， LPF 的高頻截止頻率 fH 低于 HPF 的低頻截止頻率 fL。 采樣信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 : 其傅立葉變換為： 采樣信號(hào)在一定條件下可以恢復(fù)原來的信號(hào)，只要用一個(gè)截止頻率等于原信號(hào)頻譜中最高頻率、增益為 T 的低通濾波器，濾去信號(hào)中所有的高頻分量，就得到只包含原信號(hào)頻譜的全部?jī)?nèi)容，即低通濾波器的輸出為恢復(fù)后的原信號(hào)原信號(hào)。 四、 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果 圖 采樣脈沖波形 從圖 中可以讀出，此采樣脈沖的采樣頻率 sf =1149Hz。這結(jié)論與理論情況相符。 ow處。 接通實(shí)驗(yàn)電源，用示波器觀察 “ 調(diào)制信號(hào)輸出 ” （調(diào)制信號(hào)輸出先不要連接解調(diào)部分），觀察調(diào)幅器輸出波形。于是可見， 已調(diào)制信號(hào)的幅度 Y(t)在理論上是 解調(diào)信號(hào)X(t)的幅度 1/2。 所以實(shí)驗(yàn)不僅是 對(duì)知識(shí)的鞏固和增長(zhǎng)，也是對(duì)我們實(shí)踐能力的鍛煉，對(duì)我們團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，解決問題能力的培養(yǎng)，只有明白實(shí)驗(yàn)的意義，才能真正用心的想要做好它，才能獲得最大的收獲。 從最開始常用信號(hào)的觀察等對(duì)于儀器和基本操作的熟悉開始，實(shí)驗(yàn)的要求標(biāo)準(zhǔn)和操作難度逐漸上升，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析和處理難度也在加大，這不僅在考察我們對(duì)基本儀器操作的掌握，更是要求我們每做一次實(shí)驗(yàn)就要有一次的效果和進(jìn)步，對(duì)于設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)更要做好提前預(yù)習(xí)工作，提前在心里模擬一邊實(shí)驗(yàn)的操作過程，對(duì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)有的現(xiàn)象也要做到心中有數(shù)，這樣當(dāng)我們做實(shí)驗(yàn)時(shí)就不會(huì)感到無從下手，當(dāng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)我們也能 及時(shí)和心中的答案進(jìn)行對(duì)比，是否符合我們的期望預(yù)想，如果不符合，那么問題又出在了哪里。用雙蹤示波器分別觀察被調(diào)制信號(hào)（原信號(hào)）和 “LPF 輸出 ” 信號(hào)（調(diào)制解調(diào)后的信號(hào)）并且記錄波形。解調(diào)的任務(wù)是從 Y(t)中恢復(fù)出原始信號(hào) X(t)。 二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與原理 （參考教材 4547 頁(yè)） 調(diào)制就是用一個(gè)信號(hào)去控制另一個(gè)信號(hào)的某個(gè)參量，產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)。 3. 輸入頻率為 500Hz 的正弦信號(hào) 信號(hào) 與控制綜合實(shí)驗(yàn) 報(bào)告 —— 信號(hào)部分 32 CH1 500Hz 正弦輸入信號(hào) CH2 采樣后信號(hào) 圖 500Hz 的正弦信號(hào)和采樣后信號(hào) CH1 500Hz 正弦輸入信號(hào) CH2 恢復(fù)后信號(hào) 圖 500Hz 的正弦信號(hào)和恢復(fù)后信號(hào) 從圖 中可以看出， 500Hz 的正弦信號(hào)經(jīng)采樣、恢復(fù)后完全不能恢復(fù)成正弦信號(hào)，同時(shí)恢復(fù)后的信號(hào)與原信號(hào)在頻率上有非常大的差異，有明顯的相位延遲，與原信號(hào)剛好處于反相位。當(dāng) 2smww? 時(shí)，采樣信號(hào)的頻譜會(huì)發(fā)生混迭，因而無法用低通濾波器獲得原信號(hào)頻譜的全部?jī)?nèi)容。但受運(yùn)放增益帶寬積的影響，有源濾波器也有工作頻率范圍的限制。 LPF+有源 HPF 合成 BEF 實(shí)驗(yàn)： 表 有源 LPF 幅頻特性測(cè)量 LPF 頻率 f/Hz Vo/Vi 20 1 50 100 150 011 10 100 1000 10000 100000有源 BPF 信號(hào) 與控制綜合實(shí)驗(yàn) 報(bào)告 —— 信號(hào)部分 25 160 200 300 400 500 630 700 1000 1500 2021 3000 5000 圖 有源 LPF 幅頻特性曲線 有源 HPF 的測(cè)量和前面合成 BPF