信号与系统实验指导书

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1、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、

2、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、BP

3、F、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

4、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

5、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

6、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：（1）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

7、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

8、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RP＝Rr//RF。②同相运算器这种运算器的线路如图1－4所示。由该电路图得u-=u+=ui=-由于ir=iF，则有　　　　　　　　（1－6）式中　　。（3）积分器图1－5为基本积分器的电路图，由该图得　　　　　　　　　ir＝uo＝－uc＝－　　　　　　　　　　（1－7）　若令τ＝RC，则上式改写为　　uo＝－　　　　　　　（1－8）式（1－8）表示积分器的输