信号与系统分析基础.DOC

《信号分析与系统》实验指导书 编写：李 琳 审核：赵 敏 机械与精密仪器工程学院 精密仪器实验中心 2008年2月  目 录 实验一 锯齿波波形的分解及合成 2 实验二 抽样定理 5 实验三 信号频域特性分析 8 实验四 方波波形的分解及合成 10 实验五 离散系统时域分析 12 附录一 XPF—4谐波分析实验仪使用说明 16 附录二 信号源使用说明 18 实验一 锯齿波波形的分解及合成 实验名称： 锯齿波波形的分解及合成 实验项目性质：验证 课程名称： 信号分析与系统 计划学时： 2学时 实验目的 1．掌握并深刻理解利用傅立叶级数进行谐波分析的基本理论及方法。 2．理解锯齿波分解合成原理并进行锯齿波分解及合成实验。 3．学习和掌握不同频率的正弦波相位差是否为零的鉴别和测试方法。 实验原理 任何一个非正弦周期信号可以用一系列频率成整数倍的正弦函数来表示，其中与非正弦周期信号具有相同频率的成份称为基波或一次谐波，其它成份则根据其频率为基波频率的整数倍而被称为2、3、……、n次谐波，其幅度将随谐波次数的增加而减小，直至无穷小。信号源产生的非正弦周期信号，经过七个同类型的带通滤波器，将非正弦周期信号按傅氏级数分解为一系列频率为基波f0整数倍的正弦信号，从而实现了波形分解。被分解的谐波成份还可进行相位和幅值调节，并可按一定条件合成为非正弦周期信号。 实验要求 1．对锯齿波信号进行傅立叶级数分解，掌握其谐波成份构成，并与实验结果对比。 2．深刻理解复杂周期信号频谱图的物理意义。 实验仪器 XPF—4型谐波分析实验仪 2．示波器 实验内容 1．锯齿波分解 （1）接通实验仪电源，指示灯亮，用示波器分别观察锯齿波波形。 （2）检查信号源产生锯齿波的频率是否在100Hz左右。 （3）调整“幅值”电位器，使其峰值为1V（注意幅值不可过大），将锯齿波信号送入各滤波器输入端。 （4）用示波器观察七个滤波器输出端的波形，逐个观察、记录各谐波成份的幅值。 （5）验证各高次谐波与基波之间的相位差是否为零。此时采用李萨育图形法，把基波f0送入示波器的Y轴，再分别把2 f0、3 f0、4 f0、5 f0、6 f0、7 f0各次谐波送入示波器X轴，观察李萨育图形。 2．锯齿波合成 将锯齿波信号送入各滤波器输入端。 相位调节旋钮φ1、……、φ7的相位均逆时针调至00（即各谐波输入端与输出端同相）。可用双踪示波器观察。 按锯齿波的傅利叶级数展开式，通过面板上的相位调节电位器来调节各次谐波的相位。采用李萨育图形法，把基波f0送入示波器的Y轴，再分别把2 f0、3 f0、4 f0、5 f0、6 f0、7 f0各次谐波送入示波器X轴，调整相移调节电位器使基波与各次谐波的相位差为零，观察并记录李萨育图形。 把正反相选择开关K1、……、K7全部置于“正相”位置，用示波器测量f0＇端电压。调整A1电位器，使f0＇端的电压（基波成份）为单位1；调整A2电位器，使2f0＇端的电压为基波电压幅值的二分之一，用同样方法调整A3、…、A7电位器使3f0＇、…、7f0＇端的电压幅值分别为基波幅值的三分之一、…、七分之一。 波形叠加观察 将开关K1＇、K3＇闭合，其余开关K2＇、……、K7＇均置于“地”的位置，用示波器观察并记录加法器输出端基波与三次谐波叠加的波形。 将开关K1＇、K5＇闭合，其余开关K2＇、……、K7＇均置于“地”的位置，用示波器观察并记录加法器输出端基波与五次谐波叠加的波形。 将开关K1＇、K5＇闭合，其余开关K2＇、……、K6＇均置于“地”的位置，用示波器观察并记录加法器输出端基波与七次谐波叠加的波形。 波叠加观察，将开关K1＇、K3＇、K5＇、K7＇闭合，其余开关K2＇、K4＇K6＇均置于“地”的位置，把基波与三、五、七次谐波同时叠加，用示波器在输出端观察叠加结果并记录。 将开关K1＇、……、K7＇均置于“闭合”的位置，用示波器观察并记录加法器输出端基波与各次谐波叠加的波形。 实验报告 整理数据，分析锯齿波所包含的谐波分量，用坐标纸画出波形分解与合成的波形图。 锯齿波信号进行分解后，鉴别基波与不为零的各次谐波的李萨育图形。 画出锯齿波频谱特性图；详细总结锯齿波分解与合成原理。 实验二 抽样定理 实验名称： 抽样定理 实验项目性质：验证 课程名称： 信号分析与系统 计划学时： 2学时 实验目的 1．了解电信号的采样方法与过程以及信号恢复的方法。 2．验证抽样定理。 原理说明 1．离散时间信号可以从离散信号源获得，也可以从连续时间信号抽样而得。抽样信号fs (t)可以看成连续信号f (t)和一组开关函数s(t)的乘积，s(t)是一组周期性窄脉冲，见实验图3-1，Ts称为抽样周期，其倒数fs=1/Ts称抽