《信号与系统》实验指导书

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1、《信号与系统》实验指导书张静亚周学礼常熟理工学院物理与电子工程学院2009年2月-21-实验一常用信号的产生及一阶系统的阶跃响应一、实验目的1.了解常用信号的波形和特点。2.了解相应信号的参数。3.熟悉一阶系统的无源和有源模拟电路；4．研究一阶系统时间常数T的变化对系统性能的影响；5．研究一阶系统的零点对系统的响应及频率特性的影响。二、实验设备1．TKSX-1E型信号与系统实验平台2.计算机1台3.TKUSB-1型多功能USB数据采集卡三、实验内容1．学习使用实验系统的函数信号发生器模块，并产生如下信号：　(1)正弦信号f1

2、(t)，频率为100Hz，幅度为1；正弦信号f2(t)，频率为10kHz，幅度为2；(2)方波信号f3(t)，周期为1ms，幅度为1；(3)锯齿波信号f4(t)，周期为0.1ms，幅度为2.5；2．学会使用虚拟示波器，通过虚拟示波器观察以上四个波形，读取信号的幅度和频率，并用坐标纸上记录信号的波形。3.采用实验系统的数字频率计对以上周期信号进行频率测试，并将测试结果与虚拟示波器的读取值进行比较。4．构建无零点一阶系统（无源、有源），测量系统单位阶跃响应,并用坐标纸上记录信号的波形。5．构建有零点一阶系统（无源、有源），测量系

3、统单位阶跃响应,并用坐标纸上记录信号的波形。-21-四、实验原理1．描述信号的方法有多种，可以是数学表达式（时间的函数），也可以是函数图形（即为信号的波形）。对于各种信号可以分为周期信号和非周期信号；连续信号和离散信号等。2.无零点的一阶系统无零点一阶系统的有源和无源模拟电路图如图1－1的(a)和(b)所示。它们的传递函数均为(a)(b)图1－1无零点一阶系统有源、无源电路图3．有零点的一阶系统(

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7、)图1－2的(a)和(b)分别为有零点一阶系统的有源和无源模拟电路图，他们的传递函数为：　(a)(b)图1－2有零点

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12、)一阶系统有源、无源电路图4．有零点的一阶系统(

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16、)图1－3的(a)和(b)分别为有零点一阶系统的有源和无源模拟电路图，他们的传递函数为：-21-（a）（b）图1－3有零点(

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20、)一阶系统有源、无源电路图五、实验步骤（一）常用信号观察1．打开实验系统电源，打开函数信号发生器模块的电源。2.连接多功能USB数据采集卡，打开虚拟示波器应用程序USB2086.EXE。3．在函数信号发生器模块中选择波形，产生实验内容要求的四个信号，通过虚拟示波器观察以上四个波形，读取信号的幅度和频率，并用坐标纸

21、上记录信号的波形。（二）一阶系统的阶跃响应1.利用实验台上相关的单元组成图1－1(a)（或(b)）所示的一阶系统模拟电路，系统输出端接示波器其中一通道。2.“阶跃信号发生器”模块的“输出端1”与电路的输入端相连，电路的输出端接示波器另一通道。将“阶跃信号发生器”的输出调到“正输出”，按下“阶跃信号发生器”的按钮，调节“阶跃信号发生器”的可调电位器，使之输出电压幅值为1V。3.观测系统的阶跃响应，并由曲线实测一阶系统的时间常数T。4．将“函数信号发生器”选在“方波”，频率为“f1”，调节幅度电位器和频率电位器使输出信号幅度为1

22、V、频率为20Hz。5．将“函数信号发生器”的输出端接到单元电路的输入端，将示波器接到电路的输出端，观察波形。六、实验报告1．根据实验测量的数据，绘制各个信号的波形图，并写出相应的数学函数表达式。2.根据测得的一阶系统阶跃响应曲线，测出其时间常数；七、实验思考题-21-简述根据一阶系统阶跃响应曲线确定系统的时间常数T的两种常用的方法。实验二系统的零输入、零状态及完全响应一、实验目的1．通过实验，进一步了解系统的零输入响应、零状态响应和完全响应的原理。2．掌握用简单的R-C一阶电路观测零输入响应、零状态响应和完全响应的实验方法

23、。二、实验设备1．TKSX-1E型信号与系统实验平台2.计算机1台3.TKUSB-1型多功能USB数据采集卡三、实验内容1．设计一个能观测零输入响应、零状态响应和完全响应的电路图（参考图2-1）。2．分别观测该电路的零输入响应、零状态响应和完全响应的动态曲线。四、实验原理1.零输入响应、零状态响应和完全响应的模拟电路如图2－1所示。图2-1零输入响应、零状态响应和完全响应的电路图2.合上图2-1中的开关K1、K3，则由回路可得iR+Uc＝E(1)∵i＝C，则上式改为(2)-21-对上式取拉氏变换得：RCUC（S）-RCUC（

24、0）+UC（S）＝∴，其中(3)式(3)等号右方的第二项为零输入响应，即由初始条件激励下的输出响应；第一项为零状态响应，它描述了初始条件为零（Uc（0）=0）时，电路在输入E=15V作用下的输出响应，显然它们之和为电路的完全响应，图2-2所示的曲线表示这三种的响应过程。 图2-2零输入响应