信号通过线性系统特征分析.doc

实验三 信号通过线性系统的特征分析 实验目的 掌握无失真传输的概念及无失真传输的线性系统满足的条件。 分析无失真传输的线性系统输入、输出频谱特性，给出系统的频谱特性。 掌握幅频特性的测试及绘制方法。 实验原理 通过频谱分析可以看出，在一般情况下线性系统的响应波形与激励波形是不同的，即：信号在通过线性系统传输的过程中产生了失真。 线性系统引起的信号失真是由两方面的因素造成的，一是系统对信号中各频率分量的幅度产生不同程度的衰减，使响应各频率分量的相对幅度产生变化，造成幅度失真；一是系统对各频率分量产生的相移不与频率成正比，使响应各频率分量在时间轴上的相对位置产生变化，造成相位失真。 线性系统的幅度失真与相位失真都不产生新的频率分量。对于非线性系统，由于其非线性特性，对于传输信号产生非线性失真，非线性失真可能产生新的频率分量。 如果信号在传输过程中不失真，则响应r(t)与激励e(t)波形相同，只是幅度大小或出现的时间不同。激励与响应的关系可表示为 r(t)=ke(t-t0) 为了实现信号无失真传输，线性系统应该满足 R(jω)=kE(jω)e- jωt0 设r(t)与e(t)的傅里叶变换分别是R(jω)和E(jω)，则 R(jω)=H(jω)E(jω) 比较可得，在信号无失真传输时，该系统应满足以下两个理想条件 | H(jω)|=k ?(ω)= -ωt0 显然，在传输有限频宽的信号时，上述的理想条件可以放宽，只要在信号占有频带范围内系统满足上述理想条件即可。 实验内容 用Multisim研究线性电路的非线性失真 绘制测量电路 （2）当、分别观测传输线性系统的幅频特性和相频特性，绘出幅频特性和相频特性曲线。（加什么信号源？） 加交流信号源 图中红蓝绿分别表示R2等于220Ω、1000Ω、4000Ω时的曲线 只有加上交流信号源，该电路才能观测到幅频响应和相频响应。若加入直流信号或方波信号，则C1、C2可视为断路，该电路即为一串联电路。 （3）分别输入占空比60%频率为1K、10k、50k，幅度1V的方波，、，分别观测输入和输出信号4个周期的波形，分别画出曲线。 （4）根据（2）（3）的仿真结果，分析、三种电路的失真/非失真现象（什么情况失真？什么情况不失真（近似））。 首先，该系统为线性系统，只产生线性失真。该失真仅仅对交流信号而言，直流信号不存在失真。通过图像可以看出R2=220Ω时输出无失真，R2不等于220Ω时，波形的前沿发生倾斜，即存在失真，既有幅度失真也有相位失真，且输入信号频率增大，失真越明显。输入频率一定时，电阻越小，前沿倾斜越大，失真越大，反之，失真越小，越接近方波。 2. 在测试实验板上测量，。信号发生器产生周期矩形信号，周期，脉冲宽度，脉冲幅度； （1） 采用示波器测量滤波器输入、输出信号的时域波形； （2） 用选频电平表测量待调试的系统输入、输出信号的频谱，并记录实验数据。 频率KHz 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 输入 V 2.09 0.67 0.41 0.52 22.35m 0.33 0.20 0.14 0.23 19.69m 0.17 0.11 78.4m 输出 V 1.90 0.56 0.32 0.38 15.11m 0.22 0.12 84.00m 0.13 11.33m 96.45m 64.46m 43.08m （3） 说明输入、输出信号的差异，为什么？该电路具有什么特性？ 该图为用选频电平表测量待调试的系统输入、输出信号的频谱。通过对比可以发现，随着选频频率的增大，输入与输出信号的幅值逐渐变小，接近于零，输出信号的跳变部分被平滑，说明方波信号的低次谐波分量能够较好地通过该电路，高次谐波分量受到较大的衰减。因此该电路具有低通特性。 实验总结 在信号无失真传输时，该系统应满足以下两个理想条件 | H(jω)|=k ?(ω)= -ωt0 因此，无失真传输线性系统的幅频特性应在无限宽的频率范围内为一常量。不过在实际工作中，信号通过系统总会产生衰减，所以只要系统有足够大的频宽，能保证大多数频率分量能通过，就能够获得比较满意的传输质量。 另外，根据理论计算，当R1C1=R2C2时，该系统满足无失真传输的条件。当不满足该条件时，系统总存在失真，系统对不同频率分量的衰减程度不同，使输出信号发生变化。因此，在使用高通性质的系统时，尽量选用较大的负载电阻；在使用低通性质的系统时，尽量选用较小的负载电阻，以减小失真。