信号与系统实验指导.docVIP

前 言 “信号与系统”是无线电技术、自动控制、通信工程、生物医学电子工程、信号图象处理、空间技术等专业的一门重要的专业基础课，也是国内各院校相应专业的主干课程。 当前，科学技术的发展趋势既高度综合又高度分化，这要求高等院校培养的大学生，既要有坚实的理论基础，又要有严格的工程技术训练，不断提高实验研究能力、分析计算能力、总结归纳能力和解决各种实际问题的能力。21世纪要求培养“创造型、开发型、应用型”人才，即要求培养智力高、能力强、素质好的人才。 由于该课程核心的基本概念、基本理论和分析方法都非常重要，而且系统性、理论性很强，为此在学习本课程时，开设必要的实验，对学生加深理解深入掌握基本理论和分析方法，培养学生分析问题和解决问题的能力，以及使抽象的概念和理论形象化、具体化，对增强学习的兴趣有极大的好处，做好本课程的实验，是学好本课程的重要教学辅助环节。 在做完每个实验后，请务必写出详细的实验报告，包括实验方法、实验过程与结果、心得和体会等。 目 录 实验一、基本运算单元……………………………………………………3 实验二、50HZ非正弦周期信号的分解与合成（用同时分析法）………9 实验三、无源和有源滤波器（LPF、HPF、BPF、BEF）…………………13 实验四、二阶网络函数的模拟……………………………………………18 实验五、系统时域响应的模拟解…………………………………………22 实验六、二阶网络状态轨迹的显示………………………………………26 实验七、信号的采样与恢复(采样定理)…………………………………31 附录1：TKSS-A型信号与系统实验箱使用说明书………………………35 附录2：TKSS-B型信号与系统实验箱使用说明书………………………39 附录3：TKSS-C型信号与系统实验箱使用说明书………………………44 实验一 基本运算单元 一、实验目的 1、熟悉由运算放大器为核心元件组成的基本运算单元 2、掌握基本运算单元特性的测试方法 二、实验设备与仪器 1、信号与系统实验箱TKSS-A型或TKSS-B型或TKSS-C型； 2、双踪示波器。 三、实验原理 1、运算放大器 运算放大器实际就是高增益直流放大器，当它与反馈网络连接后，就可实现对输入信号的求和、积分、微分、比例放大等多种数学运算，运算放大器因此而得名。运算放大器的电路符号如图1-1所示。由图可见， 它具有两个输入端和一个输出端：当信号从“－” 端输入时，输出信号与输入信号反相，故“－” 端称为反相输入端；而从“＋”端输入时，输出 信号与输入信号同相，故称“＋”端为同相输 入端。运算放大器有以下的特点： （1）高增益 运算放大器的电压放大倍数用下式表示： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1－1） 式中，u0为运放的输出电压；u＋为“＋”输入端对地电压；u－为“－”输入端对地电压。不加反馈（开环）时，直流电压放大倍数高达104～106。 （2）高输入阻抗 运算放大器的输入阻抗一般在106Ω～1011Ω范围内。 （3）低输出阻抗 运算放大器的输出阻抗一般为几十到一、二百欧姆。当它工作于深度负反馈状态，则其闭环输出阻抗将更小。 为使电路的分析简化起见，人们常把上述的特性理想化，即认为运算放大器的电压放大倍数和输入阻抗均为无穷大，输出阻抗为零。据此得出下面两个结论： 1）由于输入阻抗为无穷大，因而运放的输入电流等于零。 2）基于运放的电压放大倍数为无穷大，输出电压为一有限值，由式（1－1）可知，差动输入电压（u＋－u－）趋于零值，即 2、基本运算单元 在对系统模拟中，常用的基本运算单元有加法器、比例运算器、积分器和微分器四种，现简述如下： 加法器 图1-2为加法器的原理电路图。基于运算放大器的输入电流为零，则由图1-2得 （1－2） 同理得： 　　 由上式求得： （1－3） 因为　　 所以　　uo=u1+u2+u3 (1－4） 即运算放大器的输出电压等于输入电压的代数和。 （2）比例运算器 ①反相运算器 图1－3为反相运算器的电路图。由于放大器的“＋”端和“－”端均无输入电流，所以u+＝u-＝0，图中的A点为“虚地”，于是得 　　　　　　　　iF＝ir 即　　　　　　　　 （1－5） 式中, “－”号表示输出电压与输入电压反相，故称这种运算器为反相运算器当RF＝Rr时，K=1，式（1－5）变为u0=-u1，这就是人们常用的反相器。图1－3中的电阻RP用来保证外部电路平衡对称，以补偿运放本身偏置电流及其温度漂移的影响，它的取值一般为R