《信号与系统》实验指导书

《信号与系统》实验指导书

张静亚 周学礼

常熟理工学院物理与电子工程学院

2009年2月

实验一 常用信号的产生及一阶系统的阶跃响应

一、实验目的

1. 了解常用信号的波形和特点。 2. 了解相应信号的参数。

3. 熟悉一阶系统的无源和有源模拟电路；

4．研究一阶系统时间常数T的变化对系统性能的影响； 5．研究一阶系统的零点对系统的响应及频率特性的影响。

二、实验设备

1．TKSX-1E型 信号与系统实验平台 2. 计算机1台

3. TKUSB-1型多功能USB数据采集卡

三、实验内容

1．学习使用实验系统的函数信号发生器模块，并产生如下信号：

(1) 正弦信号f1(t)，频率为100Hz，幅度为1；正弦信号f2(t)，频率为10kHz，幅度为2；

(2) 方波信号f3(t)，周期为1ms，幅度为1； (3) 锯齿波信号f4(t)，周期为0.1ms，幅度为2.5；

2．学会使用虚拟示波器，通过虚拟示波器观察以上四个波形，读取信号的幅度和频率，并用坐标纸上记录信号的波形。

3.采用实验系统的数字频率计对以上周期信号进行频率测试，并将测试结果与虚拟示波器的读取值进行比较。

4．构建无零点一阶系统（无源、有源），测量系统单位阶跃响应, 并用坐标纸上记录信号的波形。

5．构建有零点一阶系统（无源、有源），测量系统单位阶跃响应, 并用坐标纸上记录信号的波形。

- 2 -

四、实验原理

1．描述信号的方法有多种，可以是数学表达式（时间的函数），也可以是函数图形（即为信号的波形）。对于各种信号可以分为周期信号和非周期信号；连续信号和离散信号等。

2.无零点的一阶系统

无零点一阶系统的有源和无源模拟电路图如图1－1的(a)和(b)所示。它们的传递函数均为G(S)＝10.2S?1

(a) (b) 图1－1 无零点一阶系统有源、无源电路图

3．有零点的一阶系统(|Z|<|P|)

图1－2的(a)和(b)分别为有零点一阶系统的有源和无源模拟电路图，他们的传递函数为：G(S)＝0.2(S?1)0.2S?1

(a) (b)

图1－2 有零点(|Z|<|P|)一阶系统有源、无源电路图

4．有零点的一阶系统(|Z|>|P|)

图1－3的(a)和(b)分别为有零点一阶系统的有源和无源模拟电路图，他们的传递函数为：G（S）＝

- 3 -

0.1S?1S?1

（a） （b） 图1－3 有零点(|Z|<|P|)一阶系统有源、无源电路图

五、实验步骤 （一）常用信号观察

1．打开实验系统电源，打开函数信号发生器模块的电源。

2.连接多功能USB数据采集卡，打开虚拟示波器应用程序USB2086.EXE。

3．在函数信号发生器模块中选择波形，产生实验内容要求的四个信号，通过虚拟示波器观察以上四个波形，读取信号的幅度和频率，并用坐标纸上记录信号的波形。

（二）一阶系统的阶跃响应

1. 利用实验台上相关的单元组成图1－1(a)（或(b)）所示的一阶系统模拟电路，系统输出端接示波器其中一通道。

2.“阶跃信号发生器”模块的“输出端1”与电路的输入端相连，电路的输出端接示波器另一通道。将“阶跃信号发生器”的输出调到“正输出”，按下“阶跃信号发生器”的按钮，调节“阶跃信号发生器”的可调电位器，使之输出电压幅值为1V。

3.观测系统的阶跃响应，并由曲线实测一阶系统的时间常数T。

4．将“函数信号发生器”选在“方波”，频率为“f1”，调节幅度电位器和频率电位器使输出信号幅度为1V、频率为20Hz。

5．将“函数信号发生器”的输出端接到单元电路的输入端，将示波器接到电路的输出端，观察波形。

六、实验报告

1．根据实验测量的数据，绘制各个信号的波形图，并写出相应的数学函数表达式。 2. 根据测得的一阶系统阶跃响应曲线，测出其时间常数；

七、实验思考题

简述根据一阶系统阶跃响应曲线确定系统的时间常数T的两种常用的方法。

- 4 -