信号与控制综合实验课程实验报告(编辑修改稿)

信号与控制综合实验课程实验报告(编辑修改稿)内容摘要：

0 500 500 1000 1000 1500 1500 2020 2020 2500 3000 3000 4000 4000 5000 5000 6000 10000 50000 1 20200 50000 无源带阻滤波器和有源带阻滤波器幅频特性实验数据 无源带阻滤波器和有源带阻滤波器幅频特性曲线比较 无源， fL=7000Hz， fH=400Hz， 故通频带 BW=6600Hz，特征频率为 1600Hz 有源， fL=4750Hz， fH=480Hz， 故通频带 BW=4270Hz， 特征频率为 1600Hz 五、 结果分析与讨论 无源低通滤波器的截止频率比有源低通滤波器的截止频率低；无源高通滤波器的截止频率比有源高通滤波器的截止频率高；无源带通滤波器通带宽度比有源带通滤波器小很多；无源带阻滤波器比有源带阻滤波器阻带宽 度大。 因此， 有源滤波器比无源滤波器有更理想的滤波效果。 这是因为无源滤波器主要由无源元件 R、 L和 C组成，有源滤波器由集成运放和 R、 C组成，集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用，因此有源滤波器的频率响应比无源滤波器更为理想。 但有源滤波器在本实验中， 因 受运放增益带宽积的影响，有源滤波器的稳定工作频率范围较为有限。 思考题 1．示波器所测滤波器的实际幅频特性与计算出的理想幅频特性有何区别。 示波器测出的实际幅频特性曲线比较平缓，不像计算出的理想幅频 特性曲线那样陡升陡降。 这是由于实际电路往往存在一定延时性造成的。 16 示波器测出的实际幅频特性的截止频率点与计算出的理想幅频特性有所偏差。 这是因为实际电路元件与标称值均有一定的误差造成的，同时实际元器件跟理论上的元器件的理想表现也存在差异。 2．如果要实现 LPF、 HPF、 BPF、 BEF 源滤器之间的转换，应如何连接。 将有源 LPF 与有源 HPF 串接即可得到 BPF 滤波器。 将有源 LPF 与有源 HPF 的输出端口接在加法器的两个输入端口，加法器的输出端口输出滤波信号，即构成了 BEF。 实验四 LPF、 HPF、 BPF、 BEF间的变换 一、实验任务和目标 通过本实验进一步理解低通、高通和带通等不同类型滤波器间的转换关系；熟悉低通、高通、带通和带阻滤波器的模拟电路，并掌握其参数的设计原则。 二、总体方案设计（实验教程 P39~40） 1．高通滤波器与低通滤波器 )(1)(  jHjH L o wH ig h  (61) 式中 )( jHHigh 为高通滤波器的幅频特性， )( jHLow 为低通滤波器的幅频特性。 如果已知 )( jHLow ，就可由式 (1)求得对应的 )( jHHigh ；反之亦然。 2．带通滤波器的幅频特性 )( jHBand 与低通、高通滤波器幅频特性间的关系 设 CLω 为低通滤波器的带宽频率， CHω 为高通滤波器的带宽频率，如果CHCL ωω  ，则由它们可构成一个带通滤波器，它们之间的关系可用下式表示： )()(）( jωHjωHjωH Hi g hL o wB a n d  3． 带阻滤波器的幅频特性 )(jωHBlock 与低通、高通滤波器幅频特性间的关系： 如果低通滤波器的带宽频率 CLω 小于高通滤波器的带宽频率 CHω ，则由它们可构成一个带阻滤波器，它们之间的关系可用下式表示为： ）(）(）( jωHjωHjωH Hi g hL o wB lo c k  三、方案实现和具体设计 （实验教程 P40） 1．按实验电路板接通电源。 2．将函数信号发生器输出的正弦信号接入无源（或有源）滤波器的输入端， 调节该正弦信号频率（由 小到大改变）时 ,用示波器观察其低通滤波器输出幅值的变化。 3．按步骤 1，逐步用示波器或数字万用表观察测量 LPF、 HPF、 BPF、 BEF 输出幅值的变化。 四、实验设计与实验结果 1． LPF+HPF 合成 BPF 低通滤波器 带通滤波器 f vi vo vo/vi vi vo vo/vi 17 10 50 1 100 1 500 1000 2020 5000 10000 20200 50000 低通 +高通合成带通滤波器的幅频特性实验数据 低通 +高通合成带通滤波器的幅频特性曲线 上限截止频率为 1970Hz，下限截止频率为 140Hz， 通频带 BW=1830Hz， 特征频率为 435Hz 4． LPF+HPF 合成 BEF 低通滤波器 高通滤波器 带阻滤波器 f/kHz f vi vo vo/vi vi vo vo/vi vi vo vo/vi 50 100 200 300 400 500 700 18 6 66667 8 33333 66667 1 1000 2 2020 5 5000 10 10000 低通 +高通合成带阻滤波器的幅频特性实验数据 低通 +高通合成带阻滤波器的幅频特性曲线 上限截止频率为 2200Hz，下限截止频率为 80Hz， 通频带 BW=2120Hz， 特征频率为 400Hz 五、结果分析与讨论 所得实验结果与预期基本相符，由幅频特性曲线可知滤波器增益与理论值也比较接近。 由实验可知，当 LPF 的高频截止频率 fH 要高于 HPF 的低频截止频率 fL 时，将 LPF 与 HPF 串接即可得到 BPF 滤波器。 当 LPF 的高频截止频率 fH低 于 HPF 的低频截止频率 fL时， 将 LPF 与 HPF 的输出端口接在加法器的两个输入端口，加法器的输出端口输出滤波信号，即 可 构成了 BEF。 不同滤波器之间可以进行转换。 思考题 1．由 LPF、 HPF 连接带通、带阻滤波器有何条件。 组成带通滤波器时， LPF 的高频截止频率 fH 要高于 HPF的低频截止频率 fL； 组成带阻滤波器时， LPF 的高频截止频率 fH低于 HPF 的低频截止频率 fL。 2．有源滤波器与无源滤波器的频率特性有何不同。 无源滤波器主要有无源元件 R、 L 和 C 组成 , 有源滤波器由集成运放和 R、 C组成，集成运放的开 环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用，因此有源滤波器可以实现比无源滤波器更为理想的响应曲线。 但受运放增益带宽积的影响，有源滤波器也有工作频率范围的限制。 19 实验五 信号的采样与恢复 一、实验任务和目标 了解信号的采样方法与过程及信号的恢复。 通过实验验证采样定理，并掌握采样周期的基本设计原则。 掌握根据实验原理框图设计实验方案、自行搭建实验电路、自行设计电路参数的方法。 二、总体方案设计（ P432~43） 离散时间信号可由连续时间信号经抽样处理而获得，而且 当用于抽样的周期性冲激函数信号的频率 ws 大于原始连续信号的频率 wm的两倍时，采样信号可经过一合适的低通滤波器而恢复为原始连续信号。 由傅立叶。