【正文】 實驗進一步理解低通、高通和帶通等不同類型濾波器間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；熟悉低通、高通、帶通和帶阻濾波器的模擬電路，并掌握其參數(shù)的設(shè)計原則。但有源濾波器在本實驗中， 因 受運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。 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。 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 此時輸出信號與輸入信號幅值不同，但波形相同。 三． 方案實現(xiàn)和具體設(shè)計 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． 實驗設(shè)計與實驗結(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。 零輸入響應(yīng)與輸入激勵無關(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)。 7 圖 24 零狀態(tài)響應(yīng)曲線 2．閉合開關(guān) S1，斷開 S2， S3，電容充電到 15V 后，斷開開關(guān) S1，閉合 S3,電容放電，得到零輸入響應(yīng)曲線。 1 2020 級 《信號與控制綜合實驗》課程 實 驗 報 告 (基本實驗一 :信號與系統(tǒng)基本實驗 ) 姓 名 張豐偉 學(xué) 號 U202020871 專業(yè)班號 1004 同組者 彭永晶 學(xué) 號 U202020868 專業(yè)班號 1004 指導(dǎo)教師 李開成 日 期 實驗成績 評 閱 人 電氣學(xué)科大類 2 實驗評分表 基本實驗 實驗編號名稱 /內(nèi)容 實驗分值 評 分 零輸入、零狀態(tài)及完全響應(yīng) 5 信號的無失真?zhèn)鬏? 5 設(shè)計性實驗 實驗名稱 /內(nèi)容 實驗分值 評 分 無源與有源濾波器 10 低通、高通、帶通、帶阻濾波器變換 10 信號的采樣與恢復(fù) 15 調(diào)制與解調(diào)實驗 15 創(chuàng)新性實驗 實驗名稱 /內(nèi)容 實驗分值 評 分 信號的產(chǎn)生、收集、處理、變換和基于MATLAB 的分析 0~40 教師評價意見 總 分 3 目 錄 正文 實驗一：零輸入、零狀態(tài)及完全響應(yīng) …………………………… 6 實驗任務(wù)與目的 ……………………………………… 6 總體方案設(shè)計 ……………………………………… 6 方案實現(xiàn)和具體設(shè)計 ………………………………… 6 實驗設(shè)計與實驗結(jié)果 ………………………………… 6 結(jié)果分析與討論 ……………………………………… 7 實驗二：信號的無失真?zhèn)鬏?……………………………………… 8 實驗任務(wù)與目的 ………………… …………………… 8 總體方案設(shè)計 ………………………………………… 8 方案實現(xiàn)和具體設(shè)計 ………………………………… 8 實驗設(shè)計與實驗結(jié)果 ………………………………… 8 結(jié)果分析與討論 ……………………………………… 11 實驗三：無源與有源濾波器 ……………………………………… 11 實驗任務(wù)與目的 ……………………………………… 11 總體方案設(shè)計 ………………… ……………………… 11 方案實現(xiàn)和具體設(shè)計 ………………………………… 12 實驗設(shè)計與實驗結(jié)果 ………………………………… 12 結(jié)果分析與討論 ……………………………………… 15 實驗四： LPF、 HPF、 BPF、 BEF 間的變換 ………………………… 16 實驗任務(wù)與目的 ………………………………… 四、實驗設(shè)計與實驗結(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。 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。 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)。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行無失真?zhèn)鬏敗＿@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。這是因為無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放和 R、 C組成，集成運放的開環(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。 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。 由實驗可知，當 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。通過實驗驗證采樣定理，并掌握采樣周期的基本設(shè)計原則。 4．改換被采樣輸入信號為 其它波形（三角波等），再重復(fù)以上實驗。 實驗六 調(diào)制與解調(diào) 一、 實驗任務(wù)和目標 了解幅值調(diào)制和解調(diào)的原理。解調(diào)的任務(wù)是從 Y(t)中恢復(fù)出原始信號。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。但在解調(diào)過程中，當通過增益為 2 的低通濾波器后，兩者的幅值應(yīng)該相等?！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。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，實驗時用實驗室的電感多次串并聯(lián)獲得所需的 近似的 數(shù)值，增加了實驗誤差。 然后我們做了信號的無失真?zhèn)鬏敚瑢嶒灠鍖嶒灥挠绊懞艽?，有?50kHz 不失真，有的 10kHz 就失真了。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。但波形仍然失真較大。 心得體會 這次 實驗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 ，完成了實驗。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 【 1】 《信號與控制綜合實 驗教程》 .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)實驗（電子電路實驗、設(shè)計及現(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 .