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2、双踪示波器。
六 报告要求：
1、计算R=10Ω，L=100mH，C=10 μF时的RLC串联电路传输函数的幅频特性，并计算出谐振频率与通频带。
2、绘出RLC串联电路的实际模拟过程。
3、对实际计算结果进行分析，和理论计算的结果进行比较。
4、归纳和总结用基本运算单元模拟二阶电路的要点，得出自己的结论。
46
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实验十四 幅度调制和解调
一 实验目的：
了解幅度调制和解调的原理。
二 原理说明：
幅度调制原理
AM: A+m(t)C(t)Fm(t)???M(f)
H(f)cos?cth(t)Sm(t)m(t)=0fL— fH
F A?m(t)???2?A0?(f)?M(f) F cos?ct???C(f)?????f?fc????f?fc?? F S(t)???S(f)?1?M?f?fc??M?f?fc?? 21H(f)?M?f?fc??M?f?fc?? 22?A0?(f)?M(f)F??Sm(f)? Sm(t)?M(f)f -fH -fL 0 fL fHC(f) -fH -fL 0 fL fHff0S(f)S(f)f-fc0 fc-fH fc fc+fH-fc0 fc-fH fc fc+fHf 采用不同的H(f)可得到DSB、SSB、VSB、AM幅度调制（AM）：H(f)为理
想带通。
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fc-fH fc fc+fH
SAM(t)=[A+m(t)]cosωct
AM信号频谱同S(f),信号带宽B=2fH 解调
·包络检波法 ·相关解调法
要求 A+m(t)≥0
f 0
fH
收滤波器acbcos?ct载波同步LPFm0（t）d
PFs?ct??L???mo(t)?m(t) ?A?m(t)?co2s?ct??A?m(t)??1?co212隔直
12
a-fc0fcfb-fc0fcfc-2fcd-fH0fHf02fcf
48
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三 预习练习：
1、幅度调制的原理。 2、滤波器原理和特性。
四 实验步骤及内容：
1、在AM调制与解调模块。调制信号输入接函数信号发生器，选择正弦波输出；载频输入接信号源，调节信号源，输出f＝100KHz一定幅度的正弦波，并记录波形。
2、用示波器观察调幅信号和解调出的信号，调节输入输出幅度，达到比较好的效果，然后记录波形。
五 仪器设备：
1、信号系统实验箱 2、双踪示波器
六 实验报告要求：
1、用坐标纸记录调幅波、调制信号、解调信号和载频的波形。 2、从时域与频域两方面解释幅度调制解调的原理，画出系统框图。 2、不断调节调制信号幅度，观察并画出已调信号波形，解释成因。
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实验十五 抽样定理
一 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。
二 实验原理：
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经抽样而获得。抽样信号fS（t）可以看成是连续信号f（t）和一组开关函数s（t）的乘积。即：
fS（t）= f（t）×s（t）
如图15-1所示。TS为抽样周期，其倒数fS =1/TS称为抽样频率。
图15-1 对连续时间信号进行的抽样
对抽样信号进行傅里叶分析可知，抽样信号的频谱包含了原连续信号以及无限多个经过平移的原信号频谱。平移后的频率等于抽样频率fS及其各次谐波频率2 fS，3fS，4fS，5fS ……。
当抽样信号是周期性窄脉冲时，平移后的频谱幅度按sinx/x规律衰减。抽样信号的频谱是原信号频谱周期性的延拓，它占有的频带要比原信号频谱宽得多。
2、正如测到了足够的实验数据以后，我们可以在坐标纸上把一系列数据点
50
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目 录
目录……………..………………………………………………………1
实验一 常用信号的分类与观察…….………………….…………3 实验二 可调信号的调节与观察…….………………….…………5 实验三 信号的基本运算单元……….………………….…………9 实验四 滤波器基本实验………………….………………………13 实验五 滤波器综合实验……………….…………………………16 实验六 一阶电路时域特征 ……………….……..………………18 实验七 一阶电路频域分析 ………………...……………………25 实验八 一阶电路的单位阶跃响应、单位冲击响应分析…………29 实验九 一阶电路的零输入响应、零状态响应分析……………33 实验十 二阶电路频域分析 ………………………………………35 实验十一 实验十二
二阶电路的单位阶跃响应、单位冲击响应分析……37
二阶电路的零输入响应、零状态响应分析…………41
实验十三 二阶网络函数的模拟…………………………………43 实验十四
幅度调制与解调………………………………………47
实验十五 抽样定理………………………………………………50 实验十六 周期方波信号的合成与分解…………………………54 实验十七 周期信号的合成与分解综合实验（一）………………57 实验十八 周期信号的合成与分解综合实验（二）………………60 实验十九 RC振荡器特性测量……………………………………63 实验二十 频分复用（FDM）………………………………………67
1
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2
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实验一 常用信号的分类和观察
一 实验目的：
1、了解常见信号的波形和特点。 2、了解相关信号参数的意义。
二 原理说明：
描述信号的基本方法是写出它的数学表达式，此表达式是时间的函数，绘出函数的图像称为信号的波形。
对于各种信号，可以从不同的角度分类。如分成确定性信号与随机信号；周期信号与非周期信号；连续时间信号与离散时间信号等。
常见信号除了包括正弦波x(t)?Asin(?0t??)、指数函数信号x(t)?Ke?t、抽样函数信号x(t)?A(sint)/t、高斯函数信号x(t)?Ke?t/?、方波、三角波、锯齿波，还包括一些直流信号。
三 预习练习：
1、预习有关信号的分类和描述。
2、理解信号的函数表达式和相关参数的意义。
四 实验步骤及内容：
1、 根据实验箱上函数信号发生器模块的提示选择相应的信号波形代码。
01：正弦波 02：方波 03：锯齿波 04：三角波 05：阶梯波 06：衰减指数信号 07：高斯函数信号
3
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08：抽样函数信号 09：抽样脉冲 10：调幅信号
再根据信号与系统实验箱上的电源模块用电压表（或万用表）与示波器来测量电源信号的特点来测量电源的幅度。
2、 用示波器测量信号，读取信号的幅度和频率，并用坐标纸记录信号波形。 3、在示波器上观测扫频信号的波形特征，并画出大致波形。 4、用频谱分析仪观测各个信号的频谱（选做）。
五 仪器设备：
1、信号系统实验箱 2、双踪示波器
六 实验报告要求：
1、根据实验测量所得数据，绘制各个信号的波形图。 2、写出相应的函数表达式与频域变换表达式。
3、用示波器直流档观测函数信号的波形特点，并说明原因（提示：本函数发生器所产生的信号均由单片机AT89C51产生）。
4
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实验二 可调信号的分类与观察
一 实验目的：
1、熟悉常见的方波、正弦波与三角波信号的波形和特点。 2、了解方波、正弦波与三角波信号的产生电路。
二 实验原理：
本实验中的方波、正弦波与三角波信号由集成函数发生器8038产生。这是
一片低频率的函数信号发生器，可以产生方波、正弦波和三角波。
1．8038的工作原理
由手册和有关资料可看出，8038由恒流源I1、I2，电压比较器C1、C2和触发器等组成。其内部原理电路框图和外部引脚排列分别如图XX_01和图XX_02所示。
图2_1 8038内部结构图
5
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实验十二 二阶电路的零输入响应、零
状态响应分析
一 实验目的：
1、用示波器观察二阶电路的零输入响应，零状态响应及完全响应。 2、理解并掌握二电路各响应的物理意义。
二 原理说明：
二阶连续时间系统如图所示。
图12-1 一阶连续系统实验电
其模型可用微分方程
dVC1V?VC? 表示 dtRR微分方程的解反映了该系统的响应，根据微分方程既可以求出零输入响应、零状态响应，又可求出全响应。
三 预习练习：
课前认真阅读教材中微分方程模型的零输入响应，零状态响应的求解过程，并深刻体会。并分析全响应与零输入响应、零状态响应以及单位阶跃响应、单位冲击响应之间的关系。
四 实验步骤与内容：
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1、如图搭接线路，在此可以选择R1=30K，L=100mH，C=47μF，R2=30K。
R1Lab示波器V1++12V--+V2R2+5VC图12-2 一阶电路响应实验电路
2、V1=12V，V2=5V
（1） K1置于a，K2置于c,待光点回到起始位置后，将K2由c扳向d，观察并记录零输入响应。
（2） K1置于b，K2置于d，待光点回到起始位置后，将K2由d拨向c，观察并记录零状态响应。
（3） K1置于a，K2置于c，待光点回到起始位置后，将K1由a拨向b，观察并记录完全响应。
3、将V1与V2互换即取V1=5V，V2=12V，重复上述步骤。
4、适当改变电阻与电容参数值，重新观测，并记录所观测到的情况。 5、将交流电源作为信源信号，重做该实验。
五 实验器材：
1、信号与系统实验箱 2、示波器
六 实验报告：
1、在同一坐标下记录观察到的零输入、零状态响应波形。 2、分析实验结果，说明观察波形与理论分析波形差异的原因。
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实验十三 二阶网络函数的模拟
一 实验目的：
掌握二阶网络的模拟方法，比较模拟系统和二阶网络的频率特性。
二 原理说明:
前面我们进行了基本运算单元的实验，本实验中我们学习用基本运算单元来模拟实际的二阶系统。最后用模拟系统的频率响应特性，和实际二阶系统的特性进行比较，学习模拟二阶电路的方法。
图13-1a是RLC串联二阶电路。它可以用下面的方程描述：
y''(t)?R1Ry'(t)?y(t)?x'(t) LLCL引入辅助函数q(t)，
R1q't(?)qt?()xt()LLC
Ry(t)?q'(t)Lq''(t?)若R=10Ω，L=100mH，C=10 uF,可以得到框图13-1b，为了得到实际的框图把它改画为如图13-1c，实际的电路如图13-1d。
RLC串联电路的谐振频率应为f0?12?LC?159Hz。
LC+-X(t)R
(a)
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X(t)++?q''(t)???q'(t)???q(t)+?RL-y(t)?1LC
(b)
X(t)++?q''(t)?1000??1000q'(t)?1000??106q(t)+?R1000L-y(t)?1106LC
(c)
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0.1?F0.1?FX(t)10K10K10K3.6K10K+10K+10K10K10K-y(t)1.1K+10K(d)
图13-1 二阶系统的模拟
三 预习练习：
1、预习阅读和理解二阶系统原理；
2、学习掌握二阶系统的模拟方法和测试方法；
四 实验内容及步骤：
1、列出实验电路的微分方程。
2、将峰峰值为1V的正弦波接入二阶系统的模拟电路，保持输入信号幅度不变（注意输入电压幅度不能太高，以免输出信号失真，同时幅度不能太小以防止噪声干扰），改变信号的频率，用示波器观察各测试点的幅度，并记录之。
五 仪器设备：
1、信号与系统实验箱。
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幅度为1的方波，用示波器观察对于不同R与不同C值时，输出的电压波形。记录电路的波形和R、C值，并和理论值比较。
2、观测RC串联电路与CR串联电路的单位冲击响应
RC示波器
图8-4 用示波器观察RC电路单位冲击响应
CR示波器
图8-5 用示波器观察CR电路单位冲击响应
在RC串联电路与CR串联电路之前，设计一个R1与C1组成微分电路（注意时间常数要远远小于方波周期，即?〈〈T,可取R1=510Ω,C1=0.01uF），输入f＝500Hz，占空比为0.5，幅度为1的方波，使周期阶跃信号源变成周期冲激信号源。构造同样参数的上述电路，并将周期冲击信号输入电路。用示波器观察对于不同R与不同C值时，输出的电压波形。记录电路的波形和R、C值，并和理论值比较。
3、改变第二步中的冲击响应电路参数，重新观测单位冲击响应。
31
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五、 实验报告：
1、在同一坐标下记录观察到的单位阶跃响应与单位冲击响应。
2、根据单位阶跃响应与单位冲击响应之间的关系，分析自己所记录的波形是否有误差，并分析误差的主要来源。
3、结合示波器的原理与单位阶跃信号、单位冲击信号的特点，说明单位阶跃信号与单位冲击信号的实际近似构造原理与意义。
4、说明单位阶跃响应与单位冲击响应的求解对信号与系统问题分析的重要意义。
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实验九 一阶电路的零输入响应、零
状态响应分析
一 实验目的：
1、用示波器观察一阶电路的零输入响应、零状态响应。
2、理解并掌握一阶电路零输入响应、零状态响应的物理意义以及与其他类型响应，诸如全响应、单位阶跃响应、单位冲击响应之间的关系。
二 原理说明：
一阶连续时间系统如图所示
图9-1 一阶连续系统实验电路
其模型可用微分方程
dVC1V?VC? 表示 dtRR微分方程的解反映了该系统的响应，根据微分方程既可以求出零输入响应、零状态响应，又可求出全响应。
三 预习练习：
课前认真阅读教材中微分方程模型的零输入响应，零状态响应的求解过程，并深刻体会。并分析全响应与零输入响应、零状态响应以及单位阶跃响应、单位冲击响应之间的关系。
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四 实验步骤与内容：
1、如图搭接线路
图3-2 一阶电路响应实验电路
2、V1=12V，V2=5V
（1） K1置于a，K2置于c,待光点回到起始位置后，将K2由c扳向d，观察并记录零输入响应。
（2） K1置于b，K2置于d，待光点回到起始位置后，将K2由d拨向c，观察并记录零状态响应。
（3） K1置于a，K2置于c，待光点回到起始位置后，将K1由a拨向b，观察并记录完全响应。
3、将V1与V2互换即取V1=5V，V2=12V，重复上述步骤。
4、适当改变电阻与电容参数值，重新观测，并记录所观测到的情况。 5、将交流电源作为信源信号，重做该实验。
五 实验器材：
1、信号与系统实验箱 2、示波器
六 实验报告：
1、在同一坐标下记录观察到的零输入、零状态及完全响应波形。 2、分析实验结果，说明观察波形与理论分析波形差异的原因。
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实验十 二阶电路的频域分析
一 实验目的：
1、掌握电路的频域分析。
2、在掌握一阶电路分析的基础之上，进一步分析二阶电路的频域分析特性。
二 实验原理：
如图所示为二阶RLC串联电路图。
RL信源信号C示波器
图10-1 一阶RC串联实验电路图
以电阻两端的电压作为输出，则有：
1Vo(j?)1j?CH(j?)???
Vi(j?)R?1?j?L??2LC?j?RC?1j?C 关于它的频域特性可以在本次实验中得到验证。
三 实验器材：
1、示踪示波器 2、信号与系统实验箱
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四 实验内容与实验步骤：
1、说明二价电路的传输函数与并分析该系统的频域特性。
2、利用扫频信号作为信源，绘制输出信号的形状，从而大致分析二阶电路作为滤波器的滤波特性。
3、对所使用的电路的传输函数进行分析，并画出其幅频特性曲线， 实验时，打开可调信号发生器，使其输出幅度为1V的正弦信号，将此信号加到二阶电路的输入端，在保持正弦信号幅度不变的情况下，逐渐改变其频率，用交流电压表或示波器测量滤波器输出端的电压U2。每当改变信号源频率时，都必须观测一下U1是否保持稳定1V，数据如有改变应及时调整，将测量数据记入下表。
F（Hz） U2（V） f
4、适当改变电路的电阻值，重做该实验。试分析电阻值的改变对电路频域特性所造成的影响，并进行验证。
说明：本实验最好在扩展模块中完成，也可以在二阶电路特性模块中完成。
五 实验报告：
1、计算并说明本实验的二阶系统传输函数的幅频特性。 2、画出输入信号为扫频信号时，该二阶系统的输出结果。
3、画出在输入信源信号为正弦波时，所得到的频率的幅度值。并由此画出该二阶系统的频率响应曲线。
4、将以上两种实验结果与理论计算相比较，并得出自己的结论。
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实验十一 二阶电路单位阶跃响应、单位
冲击响应分析
一 实验目的：
1、观察和测定RLC串联电路的单位阶跃响应和单位冲激响应，并研究电路参数对响应波形的影响。
2、观察RLC串联谐振电路对高频脉冲激励的响应，并研究电路参数对响应波形的影响。
二 实验原理说明：
RLC串联电路的阶跃响应和冲激响应的观察。
图11-1 RLC串联电路响应实验电路
应用克希霍夫定律，可建立方程：
Ldi(t)1?Ri(t)??i(t)dt?Ui(t) dtC1i(t)dt?Uo(t) C?设初始条件为零，经拉氏变换得：
LSI(S)?RI(S)?11.I(S)?Ui(S) CS11.I(S)?Uo(S) CS这是一个二阶线性微分方程，相应的时域表达形式可以写成：
d2Uo(t)dUo(t)LC?RC?Uo(t)?Ui(t)
dt2dt37
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习惯上，常用无阻尼振荡频率和阻尼系数来描述系统性能： ?n?2??n?1 LCR L??1RRC .?2?nL2L在此，若Ui(t)为单位阶跃响应，则有 当0〈ε〈1时， Uo(t)?1?当ε=1时，
Uo(t)?1?e??nt(?1?nt )当ε〉1时，
Uo(t)?1?e2?(???2?1)?nt2e???nt1??2sin[??1?nt?21??2arctan
?]2??1(????1)?e2?(???2?1)?nt22??1(????1) （1）当0〈ε〈1时，响应为衰减振荡，系统称为欠阻尼系统。这种系统响应的过程中，在稳定值的上下振荡，振荡的频率?d比?n小，由于存在振荡，暂态过程中出现脉冲，即瞬时值大于稳定值。
（2）当ε〉1时，响应为单调上升的曲线，是非振荡型的。这种系统称为过阻尼系统。
（3）当ε=1时，响应为以上两者的临界状态，这种系统称为临界阻尼系统，系统的响应没有过脉冲现象。
在本问题中，电路如上图所示，其阶跃响应和冲激响应可以有三种情况。 R?2L时为过阻尼情况， CL时为欠阻尼情况， C R?238
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R?2L时为临界情况。 C因此对于不同R，其电路响应波形是不同的。因为冲激信号是阶跃信号的导数，所以对线性时不变电路，冲激响应也是阶跃响应的导数。
为了便于用示波器观察响应波形，实验中用周期方波代替阶跃信号，而用周期方波通过微分电路后得到的尖顶脉冲代替冲激信号。
三 预习练习：
1、复习有关瞬态分析的理论，理解并掌握二阶电路的阶跃响应、冲激响应。 2、定性画出本实验中不同电路参数的瞬态响应波形。
四 实验步骤：
1、观测RLC串联电路阶跃响应
RLC示波器
图11-2 RLC串联电路阶跃响应
电路如图6-1所示，取L=100mH，C=0.01uF，输入f＝100Hz的方波，改变R值，用示波器观察对于不同R值时，电容器两端的电压波形。分别记录电路不振荡，衰减振荡和临界状态的波形和R值，并和理论值比较。
2、观测RLC串联电路冲激响应
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RLC示波器图11-3 RLC串联电路冲击响应
在RLC串联电路之前，设计一个R1与C1组成微分电路（注意时间常数要远远小于方波周期，即?《T,可取R1=510Ω,C1=0.01uF），使周期阶跃信号源变成周期冲激信号源。取方波f＝100Hz，L=100mH，C=0.01uF，用示波器观察不同R值时RLC串联电路电容两端电压波形。
3、改变电阻值，重新做该实验。
说明：本实验最好在扩展模块中完成，也可以在二阶电路特性模块中完成。
五 实验器材：
1、信号与系统实验箱 2、示波器
六 实验报告：
1、绘出不同时间常数的输入和输出波形（要用同样的时间轴画出阶跃响应和冲激响应的波形，以便验证其微分关系）。
2、分析实验结果，说明电路参数改变对二阶电路瞬态响应的影响。
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