实验4-信号通过线性系统的特性分析

实验4信号通过线性系统的特性分析学号：1028401108姓名：戴礼靖一、实验目的1.掌握无失真传输的概念及无失真传输的线性系统满足的条件；2.分析无失真传输的线性系统输入、输出频谱特性，给出系统的频谱特性；3.掌握系统幅频特性的测试及绘制方法。二、实验原理通过频谱分析可以看出，在一般情况下线性系统的响应波形与激励波形是不同的，即：信号在通过线性系统传输的过程中产生了失真。线性系统引起的信号失真是由两方面的因素造成的，一是系统对信号中各频率分量的幅度产生不同程度的衰减，使响应各频率分量的相对幅度产生变化，造成幅度失真；一是系统对各频率分量产生的相移不与频率成正比，使响应各频率分量在时间轴上的相对位置产生变化，造成相位失真。线性系统的幅度失真与相位失真都不产生新的频率分量。对于非线性系统，由于其非线性特性，对于传输信号产生非线性失真，非线性失真可能产生新的频率分量。如果信号在传输过程中不失真，则响应)(tr与激励)(te波形相同，只是幅度大小或出现的时间不同。激励与响应的关系可表示为)()(0ttketr（3-15）为了实现信号无失真传输，线性系统应该满足什么条件？由式（3-1）得0)()(tjejkEjR（3-16）设)(te与)(tr的傅里叶变换分别是)(jE和)(jR，则)()()(jEjHjR（3-17）比较式（3-2）与式（3-3），在信号无失真传输时，系统函数应为0)()()(tjjkeejHjH（3-18）因此，为了实现任意信号通过线性系统不产生波形失真，该系统应满足以下两个理想条件，如图3-1。0)()(tkjH（3-19）（a）幅频特性（b）相频特性图3.13理想线性传输系统的系统函数的频率特性很显然，在传输有限频宽的信号时，上述的理想条件可以放宽，只要在信号占有频带范围内系统满足上述理想条件即可。三、实验内容实验仪器和器件1)万用表2)直流稳压电源3)信号发生器)(jHk0)(04)选频表5)电阻与电容若干实验步骤1．用Multisim研究线性电路的非线性失真（1）绘制测量电路并做输入、输出信号的参数仿真无失真传输线性系统（2）无失真传输线性系统输入、输出信号幅度频谱的仿真测量虚拟电压信号源设置参数为周期矩形信号，其中周期sT100，脉冲宽度s60，脉冲幅度VVp5；采用虚拟示波器测量滤波器输入、输出信号的时域波形，波特仪测量线性系统传输特性的频谱图，并记录输出波形。（3）通过变换R、C参数，掌握其对滤波器传输特性的影响。当2001R，nFC101，2002R，nFC102，测试系统传输特性频谱图；当2001R，nFC101，202R，nFC1002，测试系统传输特性频谱图；当2001R，nFC101，kR22，nFC102，测试系统传输特性频谱图；当2001R，nFC101，kR52，nFC102，测试系统传输特性频谱图；当2001R，nFC101，2002R，nFC1002，测试系统传输特性频谱图；注：仿真选取数据为2001R，nFC101，2002R，nFC1022001R，nFC101，kR22，nFC1022001R，nFC101，kR52，nFC102仿真频谱图2．无失真传输线性系统的设计、装配与调试（1）电路的焊接按仿真电路给定的元器件参数在万能板上进行焊接，注意板面的布局、器件的分布及极性、走线的合理等问题。（2）电路的电气检查先对焊接后的电路进行短路检查，无短路现象方可上电调试。（3）信号的测量信号发生器的输出信号接入至调试电路的输入端，设置参数为周期矩形信号，其中周期sT100，脉冲宽度s60，脉冲幅度VVp5；采用示波器测量滤波器输入、输出信号的时域波形，选频电平表测量待调试的系统输入、输出信号的频谱，并记录实验数据。（注意事项：电源开关的顺序为：先给待调试的系统上电，然后开启信号发生器电源）注：实验时选择的参数为2001R，nFC101，kR52，nFC102（4）通过变换R、C参数，掌握其对滤波器传输特性的影响。当2001R，nFC101，2002R，nFC102，测试系统传输函数频谱图；当2001R，nFC101，202R，nFC1002，测试系统传输函数频谱图；当2001R，nFC101，kR52，nFC102，测试系统传输函数频谱图；当2001R，nFC101，2002R，nFC1002，测试系统传输函数频谱图；注：实验时选择的参数为：2001R，nFC101，2002R，nFC10023.在测试实验板上测量,信号发生器产生周期矩形信号，周期sT100，脉冲宽度s60，脉冲幅度VVp5；（1）采用示波器测量滤波器输入、输出信号的时域波形；（2）用选频电平表测量待调试的系统输入、输出信号的频谱，并记录实验数据。频率KHz102030405060708090100110120130140输入V2.090.660.440.550.0050.380.200.180.280.0040.220.120.110.17输出V1.900.560.350.400.0030.250.130.110.150.0020.120.0680.060.087（3）说明输入、输出信号的差异，为什么？该电路具有什么特性？输入电压和输出电压基本保持一致，该电路有电压传输特性。四、实验总结1.掌握无失真传输的概念及无失真传输的线性系统满足的条件2.掌握系统幅频特性的测试及绘制方法3.掌握运用示波器显示频谱的使用方法