信号与系统实验指导书

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1、《信号与系统》实验指导书湖南工业大学电气与信息工程学院前言“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

2、概念、基本理论和分析方法都非常重要，而且系统性、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1实验二50Hz非正弦周期信号的分解与合成（用同时分析法）7实验三无源和有源滤波器11实验四无源和有源滤波器15实

3、验五信号的采样与恢复（抽样定理）19实验六二阶网络函数的模拟22附录126实验一基本运算单元一、实验类型综合性实验二、实验目的与任务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。三、预习要求在做实验前必须认真复习教材中关于基本运算单元的有关内容。四、实验基本原理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1.1可见，它

4、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：图1-1运算放大器的电路符号运算放大器的电压放大倍数用下式表示：（式1－1）式中，uo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：2运算放大器的输入阻抗一般在106Ω～1011Ω范围内。（3）低输出阻

5、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）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（1-1）可知，差动输入电压（—）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、积分器微分器四种，现简述如下：2（1）加法器图1

6、-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得：图1-2加法器（1-2）同理得：由上式求得：（1-3）因为所以（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28入电流，所以，图中的A点为“虚地”，于是得即(1-5)式K=,“-”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，当时，，式（1-5）变为这就是人们常用的反相器。图1-3中的电阻用来保证外部电路平衡对称，以补偿运放本身偏

7、置电流及其温度漂移的影响，它的取值一般为。2）同相运算器这种运算器的线路如图1-4所示。由该电路图得由则有（1-6）图1-4同相运算器式中。图1-3反相运算器3)积分器图1-5为基本积分器的电路图，由该图得(1-7)若令，则上式改写为（1-8）28式（1-8）表示积分器的输出电压是与其输入电压的积分成正比，但输出电压与输入电压反相。如果积分器输入回路的数目多于1个，这种积分器称为求和积分器，它的电路图为1-6所示。用类同于一个输入的积分器输出导求方法，求得该积分器的输出为（1-9）如果，则（1-10）图1-5

8、积分器图1-6求和积分器4）微分器图1-7为微分器的电路图。由图得，，因为，所以有，（1-11）式中。可见微分器的输出是与其输入的微分成正比，且反相。28图1-7微分器五、实验仪器与设备1、信号与系统实验箱TKSS-B型；2、双踪示波器。六、实验内容l1、在本实验箱自由布线区设计加法器、比例运算器、积分器、微分器四种基本运算单元模拟电路。l2、测试基本运算单元特性。七、实验步骤l11、加法器l　线路