最新信号与系统实验指导书1

信号与系统实验指导书北京化工大学信息工程系目 录MULTISM仿真实验部分2实验一 RCL滤波电路频率响应特性分析2实验二 常见信号的产生，傅立叶分析和综合12实验三 采样和滤波16实验四 调幅解调20硬件实验箱实验部分26实验箱整体布局图26实验五 信号的分解与合成27实验六 信号的抽样与恢复31MULTISM仿真实验部分实验一 RCL滤波电路频率响应分析一 实验目的通过学习简易教程和实际制作分析RCL滤波电路，熟悉MULTISIM 2001界面和基本操作。二 实验内容学习MULTISIM 2001 基本界面和电路界面设计。图11 RCL滤波电路下面以RCL滤波器电路为例，简略介绍MULTISIM 2001仿真过程。其中包括电路窗口的设置，元器件的调用，电路的连接，虚拟仪表的使用和电路分析方法等内容。电路如图11所示。 图12 波特图仪的图标和面板图中右上是波特图仪（BODE PLOTTER）。它用来测量和显示一个电路、系统或放大器幅频特性A（f）和相频特性（f），类似于实验室的频率特性测试仪（或扫频仪），图12是波特图仪的图标和面板。以下为实验步骤：1 建立电路文件若从启动MULTISIM 2001系统开始，则在MULTISIM基本界面上总会自动打开一个空白的电路文件。在MULTISIM正常运行时也只要点击系统工具栏的NEW按钮，同样将出现一个空白的电路文件，系统自动命名为CIRCUIT1，可以在保存其电路文件时再重新命名。2 设计电路界面3 在电路窗口中放置元件MULTISIM 已将精心设计的若干元器件分门别类地放在元件工具栏的元件库中，这些元器件模型是进行电路仿真设计的基础。电路仿真设计的第一步就是要考虑如何选择与放置所需的元器件。（1）放置电阻 图13 打开元件库当鼠标指针指向元件工具栏上的BASIC元件库按钮时，无须点击基本元件库即可自动打开。如图13所示。从图中可以看出，该元件库中有两个电阻箱按钮，左边一个存放着现实存在的电阻元件，其电阻值符合实际标准，如3.3K、6.3K、及3.9K等。这些元件在市面上通常可以买到，我们称为现实电阻箱。而像3.4K、3.5K等非标准化电阻元件，在现实电阻箱中没有。右边一个带有绿色衬底的电阻箱按钮，这里放着可以任意设置阻值的虚拟电阻，其默认值为1k，习惯上称为虚拟电阻箱。为了与实际电阻接近，我们应该尽量用符合现实标准的电路元件，也就是说尽量从现实电阻箱中选取电阻元件。选取10的电阻，点击现实电阻箱，出现一个COMPONENT BROWSER对话框，如图14所示。该对话框中显示出元器件的许多信息，在COMPONENT NAME LIST中列出的是若干个现实电阻元件。拉动其中的滚动条，找到10，点击OK按钮，即将10欧姆的电阻选中。选出的电阻随着鼠标在电路窗口内移动，移到合适的位置后，点击即可将这个10欧姆的电阻放在当前位置。如果要将电阻竖直放置，可在选中它们后，打开EDIT菜单，选取90CLOCKWISE或90COUNTERCW（或者直接使用右键菜单里的90CLOCKWISE或90COUNTERCW）。 电位器，也叫做滑动变阻器（2）放置电容与前述选择电阻类似，选取一个1F的电容。注：如果要用100F的无极性电容，可以调用虚拟电阻箱。点击BASIC元件库中的虚拟电容箱（右边带绿色衬底），不需选择，立刻随鼠标指针带出一个虚拟电容，移到合适的位置，点击将其放好。虚拟电容的默认值是1F，为改为100F，双击电容打开其属性对话框进行设置。图15为VIRTRAL CAPACITOR对话框。图14 COMPONENT BROWSER对话框 图15 VIRTRAL CAPACITOR对话框 无极性的电容 有极性的电容，通常用电解电容。 可变电容（3）放置电感与前述选择电阻类似，选取一个1mH的电感。这里要将电感竖直放置，可在选中它们后，打开EDIT菜单，选取90CLOCKWISE或90COUNTERCW（或者直接使用右键菜单里的90CLOCKWISE或90COUNTERCW）。 可变电感（4）放置交流信号源点击SOURCE库中的图标，带出一个参数是1V 1000Hz 0Zeg的交流信号源，放在电路窗口的适当位置。注：若需要0.7V 1kHz 0Zeg的交流信号源，只需双击该交流信号源符号，打开AC Voltage对话框，如图16所示。在Value页中将Voltage的值修改为0.7V，这是最大电压值，其相应的电压有效值（Voltage RMS）自动显示为0.49V。在Frequency中修改频率。按确定按钮完成修改。图16 AC Voltage对话框（5）放置接地端对一个电路来说，接地端就是一个公共参考点，这一点的电位值为0V。一般来说，一个电路必须有一个公共参考点，而且只有一个。在同一个电路中，不管放置多少个接地端，实质上它们的电位值都是0V，属于同一点。如果一个电路中没有接地端，通常不能有效地进行仿真分析。调用接地端非常方便，只需点击SOURCE元件库中的接地按钮后在将其拖出即可。放置完全部元器件后的电路窗口如图17所示。图17 已放置在电路窗口中的元器件MULTISIM 2001界面上的IN USE LIST栏内列出了电路所使用的所有元器件，如图18所示。4 连接线路 图18 电路所使用的所有元件列表放置完所有元器件后需要对其进行线路连接。图19 线路连接方法第一步（1） 将鼠标指针指向所需连接的元件引脚上，鼠标指针会变成圆圈状，如图19所示。（2） 开始连接线路：点击并移到鼠标，即可拉出一条虚线；如果从某点转弯，则先点击，固定该点，然后移到鼠标，如图110所示图111 线路连接方法第三步图110 线路连接方法第二步（3）达终点后点击，如图111所示。连接后的电路图如图112所示。 图112 连接后的电路图5 对电路图进一步编辑处理为了使电路窗口中已编辑的电路图更整洁、更便于仿真分析，可以对电路图做进一步的编辑处理。（1）修改元件的参考序号（Reference ID）图113 RESISTOR属性对话框 元件的参考序号是在元件选取时由系统自动给定的，但有时与我们的习惯表示不同，可以通过双击该元件符号，在其属性对话框中进行修改。如要将R1改成R，在其属性对话框中，将LABEL页上的Reference ID栏内的R1改为R。如图113所示。（2）调整元件和文字标注的位置如对某些元件放置的位置不满意，可以调整其位置。调整位置的方法是：选中这些元件，单个元件只要将鼠标指针指向所要调整位置的元件，然后点击即可；若要同时选中多个元件，可按住鼠标左键，拖出一个虚框框住所要移动的元件，松开左键即可。所选中元件的4个角上将各出现一个小方块。要大幅度移动元件的位置可以直接拖动；小幅度的位置调整，最好利用键盘上的方向键。当电路上的元件进行连线、移到、翻转和旋转时，元件的序号（如R1）或数值（如10K）等文字标注可能会出现在不恰当的位置上。调整的方法是指针指向所要调整的序号或元件值上，点击则对应文字的4个角上各出现一个小方块表示选中。按住鼠标左键直接拖动或着利用键盘上的方向键即可。（3）显示电路的节点号（4）修改元件和连线的颜色修改电路中某些元件或连线的颜色将使电路更加清晰可辨。方法之一是，指针指向此元件或连线，点击右键出现如图115所示的下拉菜单。选定COLOR项，弹出颜色对话框，选取所需的颜色即可。 图114 PREFERENCE 对话框 （5）删除元件和连线对于电路中不需要的元件和连线可以删除，方法是先选中要删除的元件或连线，然后选取系统工具栏的CUT按钮即可。万一删错，可启动EDIT菜单的UNDO命令将其恢复。另外，当删除一个元件时，与该元件连接的连线也将一并消失，但删除元件不会影响到元件。图115 下拉菜单6保存文件编辑电路图之后可以将其换名保存，方法与保存一般文件相同。对本利，原来系统自动命名为“CIRCUIT1.msm”，现将其重新命名为“RCL滤波器电路.msm”，并保存到适当的路径下。7接波特图仪波特图仪的图标包括4个接线端，左边in是输入端口，其V+、V_分别与电路输入端的正负端子相接；右边的out是输出端口，其V+、V_分别与电路输出端的正负端子相接。由于波特图仪本身没有信号源，所以在使用波特图仪时，必须在电路的输入端口示意性地接入一个信号源（或函数信号发生器），且无需对其参数进行设置。例如：用波特图仪测量一个RCL滤波电路的频率特性，其连接如图11所示。8启动仿真图11 电路中，完成波特图仪的连接后，点击一下MULTISIM 2001右上角的仿真开关，在双击波特图仪图标，打开波特图仪的面板，对面板上的各项进行适当设置，其运行结果分别为图116和图117，显然，这是一个带通滤波器。图116 RCL滤波器的幅频特性图117 RCL滤波器的相频特性9修改元器件的参数以观察系统幅频特性的变化。自己选择参数的修改，如将电阻值改为5欧姆，可以多试几次。10在输入端接入两个等幅的正弦交流电源，频率不同（自己根据系统幅频特性设置），经过加法器之后接入电路，在输出端接频谱分析仪，观察滤波之后的频谱，可以看到系统对不同频率的增益不同。三、实验报告要求（1）画出系统电路图，观察系统幅频特性曲线；（2）修改电子元件参数，观察幅频特性曲线得变化；（4）改变输入信号的频率，记录正弦信号通过系统输出后的频谱值。实验二 常见信号的产生，傅立叶分析和综合实验目的：1、 熟悉信号发生器、频谱分析仪、滤波器的使用方法2、 产生几种常见信号，观察其频谱3、 观察傅立叶综合的效果及吉布斯现象实验内容：1、 两个正弦信号的相加相乘。参考教材12页，观察两个信号相加（相乘）的结果。此外，在做信号相加时，可以改变信号的相位，看看相位对信号的影响，如：固定，改变分别为0，30，45，90，180，可以看到相位对信号的影响（不必全做，选几个看看，记录波形） 图21 两个正弦信号相加电路由函数发生器产生矩形脉冲序列，以及窄脉冲序列，观察其信号波形以及频谱，注意在此处要根据需要调整频谱分析仪的观察频带范围。2、 信号的综合，按照教材中99页图3-6做对称方波的傅立叶综合，注意各正弦分量的幅值是需要计算的。用加法器将3个，或5个，或7个不同频率的正弦信号相加，根据教材中的公式计算其频率和幅值。图22 矩形脉冲序列注意事项：1、 内容可能比较多，需要抓紧时间，第3步可以选做，2中求导的步骤可以选做。2、 电路并不复杂，需要计算各频率之间的具体数值关系3、 要参考教材104页到109页的内容，包括信号的频谱值应该是多少，观察到的结果与理论结果是否相符，以及脉冲的占空比，频谱分析仪的观察频带宽度应当多大4、 实验中要注意熟悉各仪器的使用，参考后面的介绍仪器介绍：频谱分析仪：注意图23中红框标注的是应当选定的1 Frequency区：设置频率范围，其中包括4个栏：Span：用来设置频率变化范围大小（记为：）。Start：用来设置开始频率（记为：）。Center：用来设置中心频率（记为：）。End：用来设置结束频率（记为：）。这4项频率设置之间的关系为：因此实质上只需设置其中的两个参数，另两个参数在点击Enter按钮之后程序会自动确定。图23 频谱分析仪2、 Amplitude区：选择频率纵坐标的刻度，有3个选项：Range：用来设置频谱分析仪右边频谱显示窗口纵向每格代表的幅值多少。3 Resolution Frequency区：设定频率的分辨率，越小越好。4 在设置Range和Resolution之前必须点击Enter按钮，T端可以不接。与其他仪器不同，频谱分析仪要经过一段时间的计算才能显示较好的结果。函数发生器：图24 函数发生器对于三角波和方波还可以设置其占空比（DUTY CYCLE）大小。对偏置电压设置（OFFSET）可指定将正弦波、三角波和方波叠加到设置的偏置电压上输出。“+”端接信号，“common”端接地。波特图仪：图25 波特图仪如图25中所示，一般要选中线性表示，Vertical区是纵坐标的范围，Horizontal区是横坐标的范围，I是起始值，F是终值，都可以调节。拖动红色标度可以查看相应的频率和对应的增益。乘法器加法器微分器图26 面板三、实验报告要求（1）正弦相加所用的频率和初始相位值，固定，改变分别为0，30，45，90，180，记录叠加的波形，观察相位改变对信号的影响；（2）改变矩形窄脉冲的周期和占空比，记录频谱仪中观察到的矩形脉冲的频谱，记录不同周期、占空比下，第一谱线幅度，第一零点位置以及第一零点内谱线个数，并说明三个参数与周期和占空比之间的关系；（3）信号综合中改变所用的几个正弦信号的频率和幅值，用示波器观察其波形。 实验三 采样和滤波一 实验目的分析实际的滤波器，加深对采样和滤波原理的理解。二 实验内容1分析一阶RC低通滤波器（只做练习，不用写到实验报告中）图31 RC低通滤波器电路下图是一个二端口网络，电路非常简单，根据我们所学知识，这是一个RC低通滤波器电路，其中输出端接有负载电阻Rl3k。图32 RC滤波器的幅频特性 注意：由于波特图仪本身没有信号源，所以在使用波特图仪时，必须在电路的输入端口示意性地接入一个信号源（或函数信号发生器），且无需对其参数进行设置。2分析二阶RC有源滤波器图33是一个二阶RC有源低通滤波器，也是一个二端口网络。实验中频谱分析仪的频带设置不要太小，如果采样频率设为10KHz，那么频带宽度没有一二百KHz是看不出整体效果的，当然可以在看到整体频谱之后将频宽缩小看其细节。另外分辨率resolution一栏不要设的太小（此处不是越小越好），否则会运行很慢，一般来说二三百Hz效果就很好了。图33 二阶RC有源低通滤波器 图34 运放741所在地提示：这里运放是741，它在这里，先在左边元件工具栏找到下图左所示的拟元件库（ANALOG COMPONENTS），下图右面板左上角即为运放741所在地。如图34所示3采样理想采样是用单位冲激串与信号相乘，但是实际中无法产生单位冲激串，一种方法是用窄脉冲串代替单位冲激串与信号相乘。本实验采用这种方法。采样电路如图所示，正弦信号为1KHz，采样脉冲为10KHz矩形窄脉冲串，占空比为10（注意这些参数并非固定，只是提供一个参考，感兴趣的同学可以自己调整信号频率、采样频率和占空比，可以观察欠采样造成的频谱混叠，尤其是对正弦这种特殊的信号，采样频率等于两倍的最高频率也是无法正确恢复的。因而可以采用以前实验中产生的其他信号。）尤其要注意的是信号发生器中offset一项的设置要与幅度值相同，可以自己调试着看看其原因。图35 4、滤波将采样的信号接入前面设计的RC低通滤波器，通过波形和频谱的比较分析采样和滤波的原理。图36 接入RC低通滤波器图37 波形采样信号和滤波后的信号(注意滤波后的波形相对于滤波前有一个延迟)。三、实验报告要求（1）记录采样之前信号的波形和频谱；（2）记录采样之后信号的波形和频谱；（3）记录采样信号通过低通系统之后信号的波形和频谱；（4）记录低通系统的频率特性曲线。实验四 调幅解调一 实验目的了解信号与系统知识在通信系统中的简单运用。二 实验原理在通信系统中，信号从发射端传输到接收端,为实现信号的传输，往往需要进行调制和解调。无线电通信系统是通过空间辐射方式传送信号的，由电磁波理论可以知道，天线尺寸为辐射信号波长的十分之一或更大些，信号才能有效地被辐射。对于语音信号而言，相应的尺寸要在几十公里以上，实际不可能制造这样的天线，调制过程将信号频谱搬移到任何所需的较高频率范围,这就容易以电磁波形式辐射出去。从另一方面来讲，如果不进行调制而把被传送的信号直接辐射出去,那么各电台所发出的信号频率就会相同，它们混在一起，收信者将无法选择所要接收的信号。 调制作用的实质是把各种信号的频谱搬移，使它们互不重叠地占据不同的频率范围，也即信号分别托付于不同频率的载波上，接收机就可以分离出所需频率信号，不致互相干扰。是原信号 是载波时域相乘得到已调信号 其频谱为 图41 调制原理方框图图41所示为双边带调幅的方框图，还有普通调幅、单边带调幅，将在通信电子线路中深入学习。在图42中，低频信号被调制到载频处，为简单起见，这里假设被传送的信号为一正弦波，即。图42 调制信号频谱般移示意图由已调信号恢复原始信号称为解调，图43 双边带相乘检波方框图同步解调的式子为 其频谱为 图44 双边带解调信号频谱图利用一个低通滤波器(带宽),（2)消除频率在2附近的分量,即可取出g(t),完成解调。这种解调器称为乘积解调器(或同步解调)。同步解调需要在接收端产生与发送端频率相同的本地载波,这将使接收机复杂化。为了在接收端省去本地载波,可采用如下方法.在发射信号中加入一定强度的载波信号A,这时发送端的合成信号为A+ g(t)，如果A足够大，对于全部t，有A+ g(t)0，于是，已调信号的包络就是A+ g(t)。这时利用简单的包络检波器即可提取包络，恢复g(t)，不需本地载波。图45所示红线为普通调幅波，蓝线为其包络。 图45 调幅波及其包络图46 二极管包络检波器电路 图47所示为二极管包络检波器检波效果，其中蓝色线条为检出的低频信号。图47 二极管包络检波器检波效果图三 实验步骤（复杂的波形不必画，最主要的是记录其各个信号的频谱） 1双边带调制（1）用函数发生器产生正弦载波信号，载波频率设为100KHz，电压为5V（2）调用函数发生器产生待传输的正弦低频信号，频率设为4 KHz，电压为5V。（3）绘制如下电路图。图48 双边带调幅电路（4）开仿真开关，调整示波器参数，使示波器显示曲线类似图45中的红色波形。（5）在乘法器输出端连接频谱分析仪，观察调制信号频谱，结合图42理解，幅度调制实际上就是频谱搬移。（统一设定起始频率90KHz，终止频率110KHz）。2同步解调（1）调用函数发生器产生正弦载波信号，载波频率为100KHz，电压为5V，作为本地载波。（2）按照图43的意思在图48所示电路右方加一个乘法器，其输入端分别为图48中乘法器的输出信号和步骤1产生的本地载波信号。（3）在乘法器输出端连接频谱分析仪，观察调制信号频谱，结合图43理解。（统一设定起始频率0KHz，终止频率220KHz）。（4）在乘法器输出端加一个低通滤波器，滤波器自己根据要求设计，可用一阶RC低通滤波器（R=1K,C=100nF，回忆一下一阶RC低通滤波器电路是什么样子），也可用实验3介绍的二阶RC有源低通滤波器（运放可用理想运放）。如用后者，由实验原理知，低通滤波器的截止频率可在4KHz196KHz之间，这里统一设定为10KHz, Q=0.707,。 （5）在传输函数的输出端接频谱分析仪，观察信号频谱，体会低通滤波器对信号的选择作用，结合图43理解同步解调。3正交调幅与解调系统的实现按照系统框图自己实现正交调幅与解调系统，其中为4KHz的正弦信号，为1KHz的正弦信号，载频为100KHz。低通可以参考前面2中的RC低通滤波器参数。要求给出和的频谱图（不必画信号波形），并对其原理作出解释，并说明该系统实现了什么功能。频谱分析仪的参数要注意选择适当，否则看到的结果不正确。图49图49中传送的信号：用于调幅和检波的载波在发送端和接收端都是两个，分别为经发送端的相乘器进行双边带调制，得到的输出信号上述两个信号相加然后送到接收端的两个解调相乘器，其输出信号分别为经低通滤波器后，所有的，的高频分量均被滤除。设低通滤波器的通带传输系数为1，则最后的结果是4二极管包络检波器检波（选做）（1）调用函数发生器产生正弦载波信号，载波频率设为100KHz，电压为5V 图410 包络检波图（2）调用函数发生器产生待传输的正弦低频信号，频率设为4 KHz，电压为2V，这里还要将OFFSET(偏置值)设为5V。（注意：要看到图4-7的效果，OFFSET应为0）（3）绘制如下电路图，二极管采用虚拟器件。（4）调整示波器面板参数，观察信号波形，结合图46理解包络检波的概念。四、实验报告要求（1）记录基带信号的波形和频谱；（2）记录调制信号的波形和频谱；（3）记录解调信号的波形和频谱（4）记录解调信号通过低通系统之后信号的波形和频谱；硬件实验箱实验部分实验箱整体布局图实验五 信号的分解与合成一、 实验目的：1、 观察信号波形的分解与合成。2、 研究频率失真与相位失真。二、 实验设备1、 信号与系统实验箱一台。2、 信号发生器一台。3、20MHz双踪示波器。三、 实验原理：任何电信号都是由各种不同的频率、幅度和初相的正弦波叠加而成的。对数字信号，由它的傅立叶级数展开可知各次谐波为基波频率的整数倍。而非周期信号包含了从零到无穷大的所有频率成分，但其幅度大小是不同的。通过一个选频网络可以将电信号中所包含的某一频率成分提取出来。最简单的选频网络是一个谐振回路，其电路如图51所示。图51 电信号波形分解 将被测信号加到分别调谐于基波与各次谐波频率的一系列谐振回路。从每一谐振回路两端可以用示波器观察到被取出的各种正弦波。若有一个谐振回路即不谐振于基波又不谐振于谐波，则用示波器在它的两端一定观察不到波形。若被测信号是40kHz的方波，由傅氏级数展开可知应使L1、C1、C12、C11、L11谐振于40kHz，L2、C2、C22、L21、C21谐振于120kHz，L3、C3、C32、C31、L31谐振于200kHz，L4、C4、C42、C41、L41谐振于280kHz，L5、C5、C52、C51、L51谐振于360kHz，则一定能从各次谐波回路两端观察到基波和各次谐波。反之，若干频率、振幅和初相各不相同的正弦波可以合成各种非正弦波。如将频率为1f，3f，5f,7f，振幅比例为：1：1/3：1/5：1/7；的一系列正弦波叠加可以合成一个方波，若相叠加的两个正弦信号的频率和幅度都不变，仅是初相发生变化，则其合成的信号也不大一样。见图52。图52 初相不同的合成波形加法器图5-3 波形合成的实验方案 “频率1” “频率2”“频率3” U0“频率4”观察波形合成的实验方案如图5-3。由信号分解部分产生的1f，3f，5f，7f正弦波。将各次谐波幅度分别调节为基波1f幅度的1/n，则它们通过加法器后合成的结果为一方波。若“三次谐波反相”，“五次谐波反相”和“七次谐波反相”合成到加法器输出，则相当于初相发生变化，此时合成的波形会发生变化，这种由于谐波相位变化而使波形发生失真称为“相位失真”。若“频率2”，“频率3”或“频率4”断开，则在相叠加的正弦波中缺少了一种频率成分，合成的波形也会发生变化，这种失真称为“频率失真”。四、 实验步骤：1、连接实验箱电源线，打开实验箱右侧电源开关，实验箱右上角电源指示灯点亮接通电源，并按下信号和成与分解模块电源开关K7； 2、连接信号发生器电源线，打开信号发生器开关，输出一个40KHZ方波信号。插上跳线帽J1_2,J1_3,J1_4，断开跳线帽J1_1,J1_5,J1_6，用示波器观测输出端（OUT）的波形，输出为矩形波，调节方法同步骤2。测几组数据，并纪录测试结果。3、观察方波的分解按实验电路，将信号发生器输出方波与信号分解实验电路的各次谐波的输入端IN6_1, IN6_2 ,IN6_3, IN6_4 ,IN6_5依次相连。用示波器观察输入端IN6_1, IN6_2 ,IN6_3, IN6_4 ,IN6_5与输出端T6_1, T6_2, T6_3, T6_4, T6_5,并记录信号源的波形，并测出其频率。依次观察“基波”，“三次谐波”，“五次谐波”，“七次谐波”，“九次谐波”波形，测出振幅和频率。4、观察方波的合成按实验图4-3线路，用示波器观察1f，3f，5f，7f正弦波的振幅，记录每个波形的频率，振幅和相位。再用导线把基波及各次谐波和插孔（“频率1”“频率2”“频率3”“频率4”）依次相连，输出端T6_1与IN7_1， T6_2与IN7_2对应连接。调节W021调节合成信号幅度。用示波器观察由测试环“合成输出”输出的正弦波合成波形。并作相应纪录。5、T6_1与IN7_1， T6_2与IN7_2, T6_3与IN7_3对应连接。调节W021调节合成信号幅度。用示波器观察由测试环“合成输出”输出的正弦波合成波形。并作相应纪录6、T6_1与IN7_1， T6_2与IN7_2, T6_3与IN7_3， T6_4与IN7_4，对应连接。调节W021调节合成信号幅度。用示波器观察由测试环“合成输出”输出的正弦波合成波形。并作相应纪录五、 实验报告要求1、整理并绘出实验中所观察到的各种波形，指出他们之间的联系。2、将具有相位失真与频率失真的波形与无失真的合成波形相比较。3、记录，整理实验数据。画出各级输入与输出电压的波形图分析实验结果，和理论值有何不同；4、定性分析产生运算误差的原因，说明实验中采取了哪些减小误差的措施。实验六 信号的抽样与恢复一、 实验目的1、 验证抽样定理。2、 观察了解PAM信号形成的过程。二、 实验仪器1、信号与系统实验箱一台。2、20MHz示波器一台。三、 实验原理利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为抽样，抽样后的信号称为脉冲调幅（PAM）信号。在满足抽样定理条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息，并且从抽样信号中可以无失真的恢复出原始信号。抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的地位。数字通信系统是以此定理作为理论基础。抽样过程是模拟信号数字化的第一步，抽样性能的优劣关系到通信设备整个系统的性能指标。-s -m 0 m sFs()抽样定理指出：一个频带受限信号m(t)，如果它的最高频率为fh，则可以唯一的由频率等于或大于2fh的样值序列所决定。抽样信号的时域与频域变化过程如下图6-1所示： t f0(t) F0()图6-1 抽样信号的时域与频域变化过程信 号输 入抽样门低 通滤 波抽 样脉 冲图 6-2 一个完整的PAM原理框图图6-2给出了一个完整的PAM原理图，在输入、输出端需要加一低通滤波器。前一个低通滤波器是为了滤除高于fg/2的输入信号，防止出现频谱混叠现象，产生混叠噪声，影响恢复出的信号质量，基于此点，在做实验时，模拟输入信号采用正弦波，后面一级低通滤波器是为了从抽样序列中恢复出信号，滤除抽样信号中的高次谐波分量。四、 实验步骤1、 连接实验箱电源线，打开实验箱右侧电源开关，实验箱右上角电源指示灯点亮接通电源，并按下低频信号发生器模块电源K1和抽样定理模块电源开关K11；2、 采样冲激串的测量：用示波器观察T11_2“抽样频率”的输出，同时测量其输出信号的频率。调节电位器W11（抽样频率调节），改变脉冲信号的输出频率；3、 输入模拟信号：通过函数信号发生器模块产生一正弦波（频率一般不超过1KHz，幅度（峰值）为2V左右，为便于观察，而抽样脉冲的频率则是通过电位器来调节的。用导线将函数信号发生器模块的输出端与此模块的插孔“模拟输入”端IN11 相连。4、信号采样的PAM观察：用示波器观察测试环“抽样信号”的输出T11_1，可以观测到PAM信号，用示波器比较PAM信号与原始信号的关系，及PAM信号与采样冲激串之间的关系。在测量过程中注意，由于信号采样串为高频脉冲串，由于实际电路的频响范围有限，在采样冲激串上会观察到过冲现象，在测量过程中如果出现PAM信号失真，调节电位器W11（抽样频率调节），改变脉冲信号的输出频率，适当调节低频信号发生器模块的调节电位计W1_6,调节三角波输出频率，W1_5调节输出信号占空比，W1_2调节输出信号幅度，使得输出端T3_5的波形不失真；5. PAM信号的恢复：用示波器观察并测量测试环“模拟输出”端的信号T11_3，用示波器比较恢复出的信号与原始信号的关系与差别。2、 改变抽样频率重复上述4，5步。六、实验报告要求1、 整理并绘出原信号、抽样信号以及恢复信号的波形，你能得出什么结论？2、 整理在三种不同抽样频率情况下，波形，比较后得出结论。3、 实验调试中的体会。33