信号与系统测控实验指导书目 录信号与系统实验21.1 概述21.2 电路组成概述31.3 信号产生模块的使用方法5实验一 常用信号的分类与观察9实验二 信号的基本运算单元14实验三 信号的合成18实验四 线性时不变系统21实验五 零输入响应与零状态响应分析23实验六 二阶串联、并联谐振系统25实验七 AM调制与解调28实验八 FDM频分复用实验30实验九 信号的抽样与恢复（PAM）33实验十 模拟滤波器实验36实验十一 一阶网络特性测量42实验十二 二阶网络特性测量44实验十三 反馈系统与系统频响特性47实验十四 RC振荡器特性测量49实验十五 二阶网络状态变量的测量52实验十六 微分方程求解的电路仿真54测控部分实验56实验一 信号放大电路（一）56实验二 信号放大电路（二）60实验三 信号放大电路（三）62实验四 信号运算电路（一）65实验五 信号运算电路（二）69实验六 信号转换电路71实验七 幅度调制与解调电路74实验八 锁相调频与鉴频电路77实验九 相位调制与解调电路80实验十 脉宽调制与解调电路83实验十一 精密检波电路86实验十二 信号转换电路89实验十三 RC有源滤波电路实验92实验十四 集成有源开关电容滤波器97实验十五 信号细分与辨向电路100实验十六 基本锁相环实验104实验十七 晶闸管移相调压控制电路107信号与系统实验1.1 概述在信号与系统课程主要包含确定信号经过线性时不变系统所涉及的基本概念与基本分析方法。实验系统紧密围绕当前“信号与系统”课程的核心内容，根据当今技术发展的特点，提供了一系列具有特色的实验项目。具有以下特点：1基础性：与当今“信号与系统”课程的教学大纲结合紧密；2实用性：便于老师对实验内容的组织与实施，同时在信号产生模块中可产生实验中所需的几十种专用测试信号，这些信号也可根据老师的要求进行添加。3全面性：对“信号与系统”课程的大部分章节均有实验项目，使学生对原理性的知识通过实践环节学得更深、更透。4简洁性：对每个实验单元均通过一小模块来完成，对实验电路的组成在电路板上画出，让使用者一目了然。5扩展性：学生在完成一般性实验内容的同时，可以利用二次开发模块提供的基本元件来改变实验中的某些电路参数，以进一步开拓思路。6开发性：提供了二次开发模块，学生可以根据老师的要求，利用信号与系统的知识自行进行实验设计，以提高学生的动手能力、分析解决问题的能力。1.2 电路组成概述在“信号与系统”实验平台中，主要由以下功能模块组成：1基本运算单元2信号的合成3线性时不变系统4零输入响应与零状态响应5二阶串联谐振、二阶并联谐振6有源与无源滤波器7PAM传输系统8FDM传输系统9PAM抽样定理10二阶网络状态矢量11RC振荡器12一阶网络13二阶网络14反馈系统应用15二次开发16信号产生模块在该硬件平台中模块化功能很强，其电路布局见图1.2.1所示。对于每一个模块，在PCB板上均有电路图与之对应。每个测试模块都能单独开设实验，便于教学与学习。在“信号与系统”实验平台内部还专门设计了信号产生与测试电路，以配合实验平台使用。对于信号产生模块各种信号的选择，学生可以通过键盘选择相应的信号用于实验测试。在实验平台中，可开设以下实验项目：实验一 常用信号的分类与观察实验二 信号的基本运算单元实验三 信号的合成实验四 线性时不变系统的测量实验五 零输入响应与零状态响应分析实验六 二阶串联、并联谐振系统实验七 AM调制与解调实验八 FDM传输系统实验九 信号的抽样与恢复（PAM）实验十 模拟滤波器实验实验十一 一阶网络特性测量实验十二 二阶网络特性测量实验十三 反馈系统的基本特性测量 实验十四 RC振荡器特性测量 实验十五 二阶网络状态矢量测量图1.2.1 实验平台框图1.3 信号产生模块的使用方法 在 “信号与系统”实验平台的右下方有一“信号产生模块”，如下图所示：下面对信号产生模块的使用作一说明：一信号指示灯的分类在 “信号与系统”实验平台中有三类指示灯：1电源指示灯（+5V、+12V红色，-12V绿色）2信号产生模块的模式指示灯（绿色）3信号输出指示灯（两组：分别用于信号A组与信号B组） （黄色）二电源指示灯的含义在信号产生模块的最上面是三个电源指示灯，从左到右分别表示+5V、+12V、-12V，以指示电源是否正常。三模式指示灯的含义信号产生模式指示灯有两个，用来指示当前信号产生模块的工作模式。信号产生模块工作于以下四种模式：表1.3.1状态指示灯的含义指示灯的状态模式类型产生信号类型00用于产生信号合成实验所需的六种信号:f0、2f0、3f0、4f0、5f0、6f0。在该模式下，不产生其他信号输出，按键可以控制信号输出指示灯，但此时信号指示灯没有任何含义01在正弦信号16KHZ、32KHZ输出端产生相应的信号输出，同时在信号A组产生800HZ信号，在信号B组产生100HZ信号输出，以及产生PAM所需要的抽样时钟信号。在该模式下，不产生其它信号输出，按键可以控制信号输出指示灯，但此时信号指示灯没有任何含义10在模拟信号A组、模拟信号B组输出有一定间隔的信号，输出信号的类型由相应的信号输出指示灯指示。在该模式下，按键可以控制信号输出指示灯，随着输出信号指示灯的改变，相应的输出信号也将改变。同时在该模式下，在脉冲信号输出端产生30ms的方波信号。11在模拟信号A组、模拟信号B组输出连续信号模式，输出信号的类型由相应的信号输出指示灯指示。在该模式下，按键可以控制信号输出指示灯，随着输出信号指示灯的改变，相应的输出信号也将改变。按信号指示灯的含义输出为连续信号方式。四信号输出指示灯的含义在模式10与模式11状态下，信号A组与信号B组输出指示灯：每组六个，从上到下依次编号为D0 、D1 、D2 、D3 D4 D5及 E0、 E1E2 、E3E4 、E5 。其相应编码与输出信号的类型如下表：表1.3.2信号输出指示灯含义 指示灯编码：D5D4D3 D2D1 D0或 E5 E4 E3 E2 E1 E0二进制编码输出信号类型 000000指数衰减信号 000001复指数信号虚部（余弦）（正频率） 000010复指数信号实部（正弦）（正频率） 000011复指数信号虚部（余弦）（负频率） 000100复指数信号实部（正弦）（负频率） 000101150HZ正弦信号 0001101200HZ正弦信号 000111Sa(t)信号 001000钟形信号（高斯信号） 001001连续正负脉冲信号 001010三角波信号 0010111X2信号 001100梯形信号 001101间隔正负脉冲信号 001110正负指数衰减冲击串信号 001111正负指数衰减冲击串信号的积分信号 010000全波检波信号 010001半波检波信号 010010锯齿信号 010011阶梯信号 010100正负锯齿信号冲击串 010101升余弦信号频谱分解信号1 010110升余弦信号频谱分解信号2 010111升余弦信号频谱信号可根据要求扩展五按键的操作方式在“信号与系统”实验平台上有两个按钮，主要用来选择信号模块的工作模式与输出信号的选择。具体使用方式如下：1信号输出模式选择：按下任一键不放，经4秒后，状态指示灯在00、0110、11四个状态之间变化，如果为所需状态，松开按键即可。2输出信号选择：对于输出信号A组与B组的输出信号选择，按相应键即可，时间不要大于1秒。当达到表1.3.2所示的信号时，在信号输出端即可输出所需要的信号。实验一 常用信号的分类与观察一实验目的1观察常用信号的波形特点及其产生方法；2学会使用示波器对常用波形参数的测量；3掌握信号产生模块的操作。二预备知识1学习“信号的描述、分类和典型示例”一节； 2学习示波器的使用方法；3学习同步信号的观察手段。三实验仪器1“信号与系统”实验平台220MHZ 示波器（自备）四实验原理对于一个系统特性的研究，其中重要的一个方面是研究它的输入输出关系，即在一个特定输入信号下，系统对应的输出响应信号。因而对信号的研究是对系统研究的出发点，是对系统特性观察的基本手段与方法。在本实验中，将对常用信号和特性进行分析、研究。信号可以表示为一个或多个变量的函数，在这里仅对一维信号进行研究，自变量为时间。常用的信号有：指数信号、正弦信号、指数衰减正弦信号、复指数信号、Sa(t)信号、钟形信号、脉冲信号等。1指数信号：指数信号可表示为。对于不同的a取值，其波形表现为不同的形式，如下图所示：在“信号与系统”实验平台的信号产生模块可产生a 0的Sa(t)函数的波形。通过示波器测量输出波形，测量Sa(t)函数的a、k参数。2正弦信号：其表达式为，其信号的参数有：振幅K、角频率、与初始相位。其波形如下图所示：通过示波器测量输出信号测量波形，测量正弦信号的振幅K、角频率参数。3指数衰减正弦信号：其表达式为 ，其波形如下图：4复指数信号：其表达式为一个复指数信号可分解为实、虚两部分。其中实部包括余弦信号衰减信号，虚部则为正弦衰减信号。指数因子实部表征了正弦与余弦函数振幅随时间变化的情况。一般0，正弦及余弦是衰减振荡。指数因子的虚部则表示正弦与余弦信号的角频率。对于一个复信号的表示一般通过两个信号联合表示：信号的实部通常称之为同相之路：信号的虚部通常哪个称之为正交之路。利用复指数信号可以使许多运算和分析得以简化。在信号分析理论中，复指数信号是一种非常重要的基本信号。5Sa(t)信号：其表达式为 。 Sa(t)是一个偶函数，t = ， 2，. n时,函数值等于零.该函数在许多应用场合具有独特的应用。其信号如下图所示：6钟形信号（高斯函数）；其表达式为 。其信号如下图所示： 7脉冲信号：其表达式为，其中 为单位阶跃函数。其信号如下图所示：8方波信号：信号的周期为T，前T/2期间信号为正电平信号，在T/2期间信号为负电平信号。其波形如下图所示：五实验步骤在下面实验中，按1.3节设置信号产生器的工作模式为11。 1指数信号观察：通过信