信號(hào)與控制綜合實(shí)驗(yàn)課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告-文庫吧資料
2024-08-16 09:31本頁面
【正文】 樣頻率情況下對(duì)連續(xù)信號(hào)分別進(jìn)行采樣，從濾波恢復(fù)后的波形都可以看出，在ωs ＞ 2ωm 以及ωs = 2ωm時(shí)，采樣后的信號(hào)可以較好的恢復(fù)；當(dāng)ωs ＜2ωm 時(shí)，采樣后的信號(hào)不可以較好的恢復(fù)，頻率出現(xiàn)失真。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果未加信號(hào)時(shí)，采樣信號(hào)波形 采樣信號(hào)波形 由圖可以得出信號(hào)的頻率為f=1200Hz。3．改變被采樣輸入信號(hào)的頻率，再觀察采樣輸出信號(hào)以及通過低通濾波器后的恢復(fù)信號(hào)。三、方案實(shí)現(xiàn)和具體設(shè)計(jì)（見實(shí)驗(yàn)教程P44）1．連接采樣脈沖（方波）信號(hào)發(fā)生器、采樣器（采樣開關(guān)）、低通濾波器組成的采樣與恢復(fù)電路（實(shí)驗(yàn)電路板7；或自己設(shè)計(jì)搭建的實(shí)驗(yàn)電路板）。(a)(b)(c) 采樣過程 (a)采樣開關(guān)可等效成脈沖調(diào)制器(b)被采樣的連續(xù)時(shí)間信號(hào) (c)采樣信號(hào)信號(hào)的采樣與恢復(fù)原理框圖由傅立葉變換，采樣信號(hào)的頻譜是原始信號(hào)頻譜的周期性延拓，其幅值衰減為原始信號(hào)幅值的1/T倍。掌握根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理框圖設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、自行搭建實(shí)驗(yàn)電路、自行設(shè)計(jì)電路參數(shù)的方法。實(shí)驗(yàn)五 信號(hào)的采樣與恢復(fù)一、實(shí)驗(yàn)任務(wù)和目標(biāo)了解信號(hào)的采樣方法與過程及信號(hào)的恢復(fù)。2．有源濾波器與無源濾波器的頻率特性有何不同？無源濾波器主要有無源元件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，因此有源濾波器可以實(shí)現(xiàn)比無源濾波器更為理想的響應(yīng)曲線。當(dāng)LPF的高頻截止頻率fH低于HPF的低頻截止頻率fL時(shí)，將LPF與HPF的輸出端口接在加法器的兩個(gè)輸入端口，加法器的輸出端口輸出濾波信號(hào)，即可構(gòu)成了BEF。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果1．LPF+HPF合成BPF低通濾波器帶通濾波器fvivovo/vivivovo/vi105011001500100020005000100002000050000低通+高通合成帶通濾波器的幅頻特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)低通+高通合成帶通濾波器的幅頻特性曲線上限截止頻率為1970Hz，下限截止頻率為140Hz，通頻帶BW=1830Hz，特征頻率為435Hz4． LPF+HPF合成BEF低通濾波器高通濾波器帶阻濾波器f/kHzfvivovo/vivivovo/vivivovo/vi501002003004005007001100022000550001010000低通+高通合成帶阻濾波器的幅頻特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)低通+高通合成帶阻濾波器的幅頻特性曲線上限截止頻率為2200Hz，下限截止頻率為80Hz，通頻帶BW=2120Hz，特征頻率為400Hz五、結(jié)果分析與討論所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期基本相符，由幅頻特性曲線可知濾波器增益與理論值也比較接近。2．將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出的正弦信號(hào)接入無源（或有源）濾波器的輸入端， 調(diào)節(jié)該正弦信號(hào)頻率（由小到大改變）時(shí),用示波器觀察其低通濾波器輸出幅值的變化。如果已知，就可由式(1)求得對(duì)應(yīng)的；反之亦然。實(shí)驗(yàn)四 LPF、HPF、BPF、BEF間的變換一、實(shí)驗(yàn)任務(wù)和目標(biāo)通過本實(shí)驗(yàn)進(jìn)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(jì)原則。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？將有源LPF與有源HPF串接即可得到BPF濾波器。示波器測出的實(shí)際幅頻特性的截止頻率點(diǎn)與計(jì)算出的理想幅頻特性有所偏差。思考題1．示波器所測濾波器的實(shí)際幅頻特性與計(jì)算出的理想幅頻特性有何區(qū)別？示波器測出的實(shí)際幅頻特性曲線比較平緩，不像計(jì)算出的理想幅頻特性曲線那樣陡升陡降。但有源濾波器在本實(shí)驗(yàn)中，因受運(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。因此，有源濾波器比無源濾波器有更理想的濾波效果。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。2．實(shí)驗(yàn)時(shí)，在保持濾波器輸入正弦波信號(hào)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 。根據(jù)幅頻特性所表示的通過或阻止信號(hào)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。二、總體方案設(shè)計(jì)(實(shí)驗(yàn)教程P36~37)濾波器是對(duì)輸入信號(hào)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(hào)通過，而其它頻率的信號(hào)幅值均要受到衰減或抑制。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。一般在要求傳輸?shù)念l段上基本滿足要求就可以了。若增益為采樣信號(hào)周期T，則輸出信號(hào)與輸入信號(hào)幅值相等；若增益不為T，則此時(shí)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)幅值不同，但波形相同。6． 思考題，那么輸出信號(hào)波形與輸入信號(hào)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。在實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)板對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響很大，有的50kHz不失真，有的10kHz就明顯失真了。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)中各頻率分量產(chǎn)生不同程度的衰減，使信號(hào)的幅度頻譜改變時(shí)，會(huì)造成幅度失真；當(dāng)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)中各頻率分量產(chǎn)生的相移與頻率不成正比時(shí)，會(huì)使信號(hào)的相位頻譜改變，造成相位失真。3． 方案實(shí)現(xiàn)和具體設(shè)計(jì)用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生輸入信號(hào)，用示波器觀察輸出及輸入信號(hào)，并比較波形的失真4． 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 設(shè)計(jì)一個(gè)無源或有源的無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)2. 令幅值固定，頻率可變的正弦信號(hào)作為輸入信號(hào)，測量輸出信號(hào)的幅值和相位。信號(hào)的無失真?zhèn)鬏斒侵竿ㄟ^系統(tǒng)后輸出信號(hào)的波形與輸入信號(hào)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。線性系統(tǒng)引起的信號(hào)失真有兩方面因素造成，一是系統(tǒng)對(duì)信號(hào)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(duì)幅度產(chǎn)生變化，引起幅度失真。熟悉信號(hào)無失真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與
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