信號與線性系統(tǒng)課程設計報告-信號取樣與恢復系統(tǒng)設計-資料下載頁
2025-07-17 14:43本頁面
【導讀】通過該原理圖，設計了截止頻率分別為1kHz，4kHz，8kHz的低通濾波器。差異的原因進行了深層次探究。然后，分別采用50%，20%，10%三種占空比的取樣脈沖序列進。行了仿真，并比較分析了不同占空比的取樣序列對取樣結果和恢復結果的影響。本課題主要研究信號取樣與恢復的軟硬件實現(xiàn)方法以及相關濾波器的設計及應用。4．掌握利用Multisim軟件進行模擬電路設計及仿真的方法。6．培養(yǎng)學生運用所學知識分析和解決實際問題的能力。進行深入研究分析，并完成信號取樣與恢復電路的制作與調試。主要任務包括以下幾個方面：。根據信號與線性系統(tǒng)課程硬件實驗需要，設計信號取樣與恢復實驗電路的原理圖。
【正文】 從各點信號的波形形狀可知，與信號取樣與恢復電路的基本工作原理和預期結果吻合。 輸入輸出信號相位差（輸出滯后輸入）和幅度比值（輸出 /輸入） 分別為 32 1 3 .9 3 8 3 6 0 7 7 .51 1 0? ? ? ? ?? ??k （ 2） Bode 圖分析儀仿真測試結果分析 Bode 圖分析儀 XBP1 和 XBP2 測得的二階壓控電壓源低通濾波器和阻容無源濾波電路的頻率響應（包括幅頻響應與相頻響應）如圖所示。 4 通道示波器測試結果 二階壓控電壓源低通濾波器幅頻響應 25 ① 相位差異分析。在 1kHz 處，二階壓控電壓源低通濾波器的相頻響應為 176。，即滯后 176。，阻容無源濾波電路相頻響應為 176。，即滯后 176。兩級濾波累計滯后為+=176。，與理論計算結果基本一致。 ② 幅度差異分析。 1kHz 處，二階壓控電壓源低通濾波器的幅頻響應為 ，阻容無源濾波電路幅頻響應為 。兩級濾波串聯(lián)幅頻響應為 =。此外，輸入輸出幅度差異還與取樣脈沖序列占空比有關，在無混疊條件下，主延拓的幅度與占空比 sT? 的關系為 (0)= sA E T? 此處 =1E ，占空比取 50%，故 (0)= ? ?sAT。綜合前面的結果，輸入輸出幅度比值（輸出 /輸入）理論值為 =，與理論計算結果基本一致。 （ 3） 頻譜分析儀仿真測試結果分析 二階壓控電壓源低通濾波器相頻響應 阻容無源濾波電路幅頻響應 阻容無源濾波電路相頻響應 26 圖中， 1kHz 輸入信號幅度為 ，與示波器測量值 相符。在采用占空比 50%的取樣 取樣脈沖序列頻譜 取樣信號頻譜 輸出信號頻譜 27 脈沖序列取樣后， 1kHz 基波的幅度 為 ，與 *= 的理論值基本吻合，相差。采用恢復濾波器恢復之后， 1kHz 輸出信號的幅度為 ，與示波器測量值 基本吻合，相差 ，也與 = 的理論結果基本吻合，相差 。 （二） 占空比 20% 輸入信號： 1KHz 正弦波 ，幅度 5V，占空比 50% 取樣脈沖序列： 16kHz 矩形脈沖序列，幅度 5V，占空比 20% （ 1） 示波器仿真測試結果分析： 從各點信號的波形形狀可知，與信號取樣與恢復電路的基本工作原理和預期結 果吻合。 可求得輸入輸出信號相位差（輸出滯后輸入）和幅度比值（輸出 /輸入）分別為 32 1 7 .6 3 3 3 6 0 7 8 .3 51 1 0? ? ? ? ?? ??k (2)Bode 圖分析儀仿真測試結果分析 4 通道示波器測試結果 二階壓控電壓源低通濾波器幅頻響應 28 同理： ① 相位差異 ： 兩級濾波累計滯后為 +=176。，與理論計算結果基本一致。 ② 幅度差異分析 ： 兩級濾波串聯(lián)幅頻響應為 =。輸入輸出幅度比值（輸出 /輸入）理論值為 =，與理論計算結果基本一致。 （ 3） 頻譜分析儀仿真測試結果分析 二階壓控電壓源低通濾波器相頻響應 阻容無源濾波電路幅頻響應 阻容無源濾波電路相頻響應 輸入信號頻譜 29 取樣脈沖序列頻譜 取樣信號頻譜 輸出信號頻譜 30 圖中， 1kHz 輸入信號幅度為 ，與示波器測量值 相符。在采用占空比 20%的取樣脈沖序列取樣后， 1kHz 基波的幅度為 ，與 *= 的理論值基本吻合，相差 。采用恢復濾波器恢復之后， 1kHz 輸出信號的幅度為 ，與示波器測量值 基本吻合，相差 ，也與 = 的理論結果 ,基本吻合，相差 。 占空比 10%同理，在此不作詳述。 結論： 占空比越小，取樣脈沖序列越接近理想的沖擊取樣，所得的取樣信號的誤差越小，所得的恢復信號與原信號的差值越小。 五、 仿真、測試結果與分析 測試方案的設計 （一） 輸入信號： 1KHz 正弦波 ，幅度 4V，占空比 50% 取樣脈沖序列： 16kHz 矩形脈沖序列，幅度 ，占空比 50% 輸入信號：幅度 4V 頻率 1kHz 輸出信號 :幅度 頻率 1kHz 輸入與輸出信號之間的相位差： 72? 可見，輸入信號幅度和頻率與輸入信號相一致。與仿真結果相比較，兩者一致。 （二） 輸入信號： 1KHz 正弦波 ，幅度 4V，占空比 50% 取樣脈沖序列： 16kHz 矩形脈沖序列，幅度 4V，占空比 20% 輸入信號與取樣脈沖序列 取樣信號與輸出信號 輸入信號與取樣脈沖序列 取樣信號與輸出信號 31 輸入信號：幅度 4V 頻率 1kHz 輸出信號 :幅度 頻率 1kHz 輸入與輸出信號之間的相位差： 72? 可見，輸入信號幅度和頻率與輸入信號相一致。與仿真結果相比較，兩者一致。 六、 總結 現(xiàn)實中不存在理想濾波器，所以滿足取樣定理的輸入信號不是都可以恢復，取樣脈沖大于最小理想頻率，要有一定的過渡帶。 取樣脈沖序列占空比越小，越接近理想采樣序列，恢復的信號與原信號間的差異越小。 恢復濾波器的相頻特性、幅頻特性及取樣脈沖占空比會影響恢復信號的相位、幅值，這時可計算的差異。 參考文獻 [1] 信號與系統(tǒng)課程組 . 信號與系 統(tǒng)課程設計指導 . [2] 吳大正 . 信號與線性系統(tǒng)分析（第四版） . 高等教育出版社， [3] 蔣卓勤，黃天錄，鄧玉元 . Multisim 及其在電子設計中的應用 (第 2 版 ). 西安電子科技大學出版社， [4] 高明甫，楊勇，孔令斌 . 二階壓控電壓源低通濾波器設計 . 電子技術， 20xx, 47(3)： 7375 [5] 王寶珠，劉翠響，劉艷萍 . 信號與線性系統(tǒng)實驗指導 . 中國科學技術出版社， [6] 信號與線性系統(tǒng)實驗箱參考手冊
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