信号的采样与分析和无失真传输系统 3
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信号与系统实验报告2、信号与系统实验箱一台。
3、系统频域与复域分析模块一【实验原理】 1、一般情况下,系统的响应波形和激励波形不相同,信号在传输过程中将产生失真。
线性系统引起的信号失真有两方面因素造成,一是系统对信号中各频率分量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,引起幅度失真。
另一是系统对各频率分量产生的相移不与频率成正比,使响应的各频率分量在时间轴上的相对位置产生变化,引起相位失真。
线性系统的幅度失真与相位失真都不产生新的频率分量。
而对于非线性系统则由于其非线性特性对于所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。
所谓无失真是指响应信号与激励信号相比,只是大小与出现的时间不同,而无波形上的变化。
设激励信号为 e(t),响应信号为 r(t),无失真传输的条件r(t)=Ke(t-t)(1)式中 K 是一常数,t 为滞后时间。
满足此条件时, r(t)波形是 e(t) 波形经t 时间的滞后,虽然,幅度方面有系数 K 倍的变化,但波形形状不变。
2、对实现无失真传输,对系统函数 H ( j ω) 应提出怎样的要求设 r(t )与 e (t ) 的傅立叶变换式分别为 R( jω)与 E(jω)。
借助傅立叶变换的延时定理,从式(1)可以写出R(jω)=KE(jω)e^-jωt 。
(2)此外还有 R(jω)=H(jω)E(jω)(3) 所以,为满足无失真传输应有H(jω)=Ke^-jωt (4)(4)式就是对于系统的频率响应特性提出的无失真传输条件。
欲使信号在通过线性系统时不产生任何失真,必须在信号的全部频带内,要求系统频率响应的幅度特性是一常数,相位特性是一通过原点的直线。
第一章 信号与系统分析导论一.信号的描述及分类信号是消息的表现形式与传送载体,消息则是信号的具体内容。
1. 信号的分类:(1)从信号的确定性划分:确定信号 与 随机信号(2)从信号在时间轴上取值是否连续划分:连续信号 与 离散信号 (3)从信号的周期性划分:周期信号 与 非周期信号 (4)从信号的可积性划分:能量信号 与 功率信号 重点讨论:确定信号 特别注意:离散信号 的自变量 要求取整数 2. 能量信号定义: 0 < W < ∞,P = 0。
功率信号定义: W → ∞,0 < P < ∞。
直流信号与周期信号都是功率信号。
二.系统的描述及其分类 1. 描述:(1)数学模型输入输出描述:N 阶微分方程或N 阶差分方程状态空间描述:N 个一阶微分方程组或N 个一阶差分方程组 (2)方框图表示 2. 分类:(一)连续时间系统 与 离散时间系统 (二)线性系统 与 非线性系统 无初始状态:线性:均匀特性 与 叠加特性 见教案例1-3 若: 有:其中 α 、β 为任意常数-------线性系统线性系统的数学模型是线性微分方程式或线性差分方程式 含有初始状态:见教案例1-4完全响应、零输入响应、零状态响应定义从三方面判别:1、具有可分解性: 2、零输入线性3、零状态线性(三)时不变系统 与 时变系统 见教案例1-5 时不变特性:[]k f k )()(),()(2211t y t f t y t f −→−−→−)()()()(2121t y t y t f t f ⋅+⋅−→−⋅+⋅βαβα)()()(t y t y t y f x +=)()(t y t f f −→−)()(00t t y t t f f -−→−-线性时不变系统数学模型:定常系数的线性微分方程式或差分方程式 线性时不变性的判别见教案总结 (四)因果系统 与 非因果系统 -----为因果系统----------非因果系统 (五)稳定系统 与 不稳定系统 本课程重点讨论线性时不变系统 三:信号与系统分析概述1. 信号分析:核心是信号分解2. 系统分析:主要任务是建立系统的数学模型,求线性时不变系统的输出响应学习要求:1. 掌握信号的定义及分类;2. 掌握系统的描述、分类及特性;3. 重点掌握确定信号及线性时不变系统的特性。
一、选题背景和意义信号与系统是电子通信领域中的重要基础课程,无失真传输作为信号与系统的重要应用之一,对于保证通信系统的性能和稳定性具有关键作用。
本开题报告旨在研究信号与系统在无失真传输中的应用,探讨其在通信领域中的意义和作用。
二、研究目的1.了解无失真传输的基本概念和原理。
2.分析无失真传输在通信系统中的应用,并探讨其在提高通信质量和稳定性方面的作用。
3.探讨信号与系统在无失真传输中的优化方法和技术手段,为实际工程应用提供指导和帮助。
三、研究内容和方法1. 了解信号与系统的基本原理和课程内容,掌握信号的特性和系统的特点。
2. 深入研究无失真传输的理论知识和数学模型,分析其在通信系统中的应用。
3. 结合实际案例,分析无失真传输在通信系统中的具体作用和意义。
4. 探讨信号与系统在无失真传输中的优化方法和技术手段,包括滤波器设计、等化器设计等。
四、预期成果1. 深入理解信号与系统在无失真传输中的应用和意义。
2. 提出一些优化方法和技术手段,为通信领域的工程应用提供指导和帮助。
3. 对于无失真传输在通信系统中的作用和意义进行深入的探讨和分析。
五、研究进度安排1. 第一阶段:对信号与系统的基本原理和无失真传输的理论知识进行梳理和深入理解,完成对基础理论知识的掌握和归纳总结。
2. 第二阶段:结合实际案例,深入研究无失真传输在通信系统中的应用和意义,并对其进行深入分析。
3. 第三阶段:开展优化方法和技术手段的研究,提出针对无失真传输的具体优化方案和技术手段。
六、存在问题和困难1. 信号与系统领域的知识量较大,需要花费较多的时间和精力进行深入学习和理解。
2. 无失真传输的理论知识和工程应用需要进行深入研究和分析,存在一定的难度和挑战。
七、参考文献1. 信号与系统(第四版),Alan V. Oppenheim, Alan S. Willsky, with S. Hamid Nawab著,电子工业出版社,2006年。
本科实验报告实验名称:信号的无失真传输学院年级:专业:学号:姓名:专业:学号:姓名:一、实验目的1、理解无失真传输的条件2、学习采用实际信号测试系统是否失真的方法二、实验原理参见实验指导书三、实验设备1、无失真传输模块S5 1块2、信号源及频率计模块S2 1块3、20M双踪示波器 1台四、实验内容1、观察无失真传输系统对信号的传输作用2、比较周期正弦波、方波、三角波三种信号通过失真传输系统的失真程度五、实验结果与分析1.连接实验箱模块和示波器。
3.保持R2旋钮位置不变,观察以下几种输入信号是否能被无失真传输,并记录四种情况下的输入输出信号波形。
(1)改变输入方波的频率(2)改变输入方波的幅度(3)将输入波形切换为正弦波,并改变其频率和幅度(4)将输入波形切换为三角波,并改变其频率和幅度4.将R2旋钮位置调至无失真刻度的1/2,此时系统成为失真传输系统。
观察并记录以下三种情况下的输入输出信号波形,比较它们的失真程度。
(1)将输入波形设置为频率1KHz的周期方波(2)将输入波形设置为频率1KHz的周期三角波(3)将输入波形设置为频率1KHz的正弦波5.将R2旋钮位置调至最大,此时系统仍是失真传输系统。
观察并记录以下三种情况下的输入输出信号波形,比较它们的失真程度。
(1)将输入波形设置为频率1KHz的周期方波(2)将输入波形设置为频率1KHz的周期三角波(3)将输入波形设置为频率1KHz的正弦波七、实验思考题1.当系统处于失真传输状态时,正弦波通过该系统是否存在失真?为什么?不存在,正弦函数通过系统,幅度改变|H(jw)|的大小,相位改变H(jw)的相位,所以不失真。
2.在信号的无失真传输部分的步骤1中,为什么选择周期方波作为输入信号来测试系统是否达到无失真传输状态?能否换用正弦波或周期三角波?因为方波的频域为辛格函数,频域从正无穷到负无穷,可以检验所有频率范围的失真情况。
不能,正弦函数通过系统不失真。
无失真传输系统实验报告.docx实验目的:1.学习传输线的基本原理,能够掌握传输线的阻抗特性、传递函数和特性阻抗的计算方法。
2.了解信号失真的产生原因、分类以及常见的补偿方法。
3.实验验证传输线的阻抗、传递函数和特性阻抗。
4.通过实验观察和测量,掌握信号失真的影响和补偿方法。
实验原理:1.传输线传输线是用来传输电信号的导线或电缆线路,是纯电学部分的内容。
传输线的优点是能够将信号传输到很远的距离、减少信号失真和跳动等问题、保证信号的质量。
通常传输线是一对同轴的导体,其外部是一层绝缘层,内部是一个细的导体,成为内导体。
在传输线上传输电磁信号时,会形成电磁场。
因为磁场线总是封闭的,因此,磁场线必定要垂直于电导体在该点的方向,形成一个由电流形成的电磁波。
这就是电磁波沿传输线传输的基本原理。
2.阻抗阻抗类型有两种:传输线输入阻抗和传输线特性阻抗。
其中,传输线输入阻抗是指传输线的输入端的阻抗特性,而传输线特性阻抗是指传输线的长度、频率、电容和电感等特性所决定的阻抗。
3.传递函数传递函数是指在输入和输出信号之间的关系,传递函数为信号的频率响应函数。
4.信号失真的分类信号失真分为两类:频率失真和波形失真。
其中,频率失真是指信号频率分量的失真,而波形失真是指信号的波形变形。
常用的信号失真补偿方法有:信号处理电路、反馈控制、前向控制和自适应控制等。
实验步骤:1.将测试设备连接到信号源和测量仪器。
2.调整信号源的波形形状和频率,以便测量。
3.依次连接短、中、长不同长度的传输线,并测量其阻抗特性和特性阻抗。
4.通过传输线测量补偿系统补偿静态和动态失真。
实验结果:通过实验,我们得到了以下结果:1.在传输线的输入端和输出端,阻抗值有所不同。
2.不同长度的传输线具有不同的特性阻抗。
1.传输线的输入端和输出端的阻抗值不同,通过调整传输线长度可以使其输入阻抗等于输出阻抗。
3.信号失真分为频率失真和波形失真,可以用一些信号处理电路或反馈控制等方法进行补偿。
一、实验目的1. 理解无失真传输系统的概念和重要性。
2. 掌握无失真传输系统的基本原理和条件。
3. 通过实验验证无失真传输系统的性能和特点。
4. 比较无失真传输系统与失真传输系统的差异。
二、实验原理无失真传输系统是指信号在传输过程中,其波形、幅度和相位等特性基本保持不变的系统。
无失真传输系统在通信、音频、视频等领域具有广泛的应用。
无失真传输系统的基本原理是:在传输过程中,系统对信号的不同频率成分应具有相同的传输特性。
三、实验仪器1. 信号发生器2. 20MHz双踪示波器3. 信号与系统实验箱4. 系统频域与复域分析模块四、实验内容1. 无失真传输系统的搭建:根据实验要求,搭建无失真传输系统,包括信号发生器、传输线路、接收器等部分。
2. 信号源测试:使用信号发生器产生一个正弦波信号,频率为1kHz,幅度为1V。
3. 无失真传输系统测试:a. 将信号源输出的信号输入到无失真传输系统中。
b. 使用示波器观察信号在传输过程中的波形变化。
c. 记录信号在传输前后的波形数据,包括幅度、相位等。
4. 失真传输系统测试:a. 将信号源输出的信号输入到一个失真传输系统中。
b. 使用示波器观察信号在传输过程中的波形变化。
c. 记录信号在传输前后的波形数据,包括幅度、相位等。
5. 数据分析和比较:a. 比较无失真传输系统和失真传输系统在传输过程中的波形变化。
b. 分析无失真传输系统和失真传输系统的性能差异。
五、实验结果与分析1. 无失真传输系统测试结果:a. 信号在传输过程中的波形基本保持不变,幅度和相位没有明显变化。
b. 传输过程中的波形数据与输入信号数据基本一致。
2. 失真传输系统测试结果:a. 信号在传输过程中的波形发生明显变化,幅度和相位发生较大变化。
b. 传输过程中的波形数据与输入信号数据存在较大差异。
3. 数据分析与比较:a. 无失真传输系统在传输过程中,信号波形、幅度和相位等特性基本保持不变,具有较好的传输性能。
本科实验报告实验名称:信号的无失真传输学院年级:专业:学号:姓名:专业:学号:姓名:一、实验目的1、理解无失真传输的条件2、学习采用实际信号测试系统是否失真的方法二、实验原理参见实验指导书三、实验设备1、无失真传输模块S5 1块2、信号源及频率计模块S2 1块3、20M双踪示波器 1台四、实验内容1、观察无失真传输系统对信号的传输作用2、比较周期正弦波、方波、三角波三种信号通过失真传输系统的失真程度五、实验结果与分析1.连接实验箱模块和示波器。
3.保持R2旋钮位置不变,观察以下几种输入信号是否能被无失真传输,并记录四种情况下的输入输出信号波形。
(1)改变输入方波的频率(2)改变输入方波的幅度(3)将输入波形切换为正弦波,并改变其频率和幅度(4)将输入波形切换为三角波,并改变其频率和幅度4.将R2旋钮位置调至无失真刻度的1/2,此时系统成为失真传输系统。
观察并记录以下三种情况下的输入输出信号波形,比较它们的失真程度。
(1)将输入波形设置为频率1KHz的周期方波(2)将输入波形设置为频率1KHz的周期三角波(3)将输入波形设置为频率1KHz的正弦波5.将R2旋钮位置调至最大,此时系统仍是失真传输系统。
观察并记录以下三种情况下的输入输出信号波形,比较它们的失真程度。
(1)将输入波形设置为频率1KHz的周期方波(2)将输入波形设置为频率1KHz的周期三角波(3)将输入波形设置为频率1KHz的正弦波七、实验思考题1.当系统处于失真传输状态时,正弦波通过该系统是否存在失真?为什么?不存在,正弦函数通过系统,幅度改变|H(jw)|的大小,相位改变H(jw)的相位,所以不失真。
2.在信号的无失真传输部分的步骤1中,为什么选择周期方波作为输入信号来测试系统是否达到无失真传输状态?能否换用正弦波或周期三角波?因为方波的频域为辛格函数,频域从正无穷到负无穷,可以检验所有频率范围的失真情况。
不能,正弦函数通过系统不失真。
渤海大学学生实验报告(理工类)课程名称:信号与系统实验开课实验室:信号与系统实验室
、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抽样而得。
抽样信号
率。
平移的频率等于抽样频率及其谐波频率、……。
当抽样信号是周期性窄脉冲时,平移后的频率幅度按
但原信号得以恢复的条件是其中为最低抽样频率又称“奈奎斯特抽样率”。
当
此即使
渤海大学学生实验报告用纸
,响应信号为,无失真传输的条件是
是一常数,为滞后时间。
满足此条件时,波形是波形经
倍的变化,但波形形状不变。
、对实现无失真传输,对系统函数应提出怎样的要求?
设的傅立叶变换式分别为
是常数,
1ms/2V 抽样脉宽为30%以上抽样后的正弦波
3、改变抽样脉冲的频率为和,用导线将“抽样信号”和“低通输入”相连,用示波器测试测试钩“抽样恢复”,观察复原后的信号,比较其失真程度。
大于2B失真临界失真频率236Hz
、(对于要求高的学生可以进行以下实验)设计一定截至频率的低通滤波器,用于信号的抽样恢复。
(可以参考第三章的实验六“模拟滤波器的设计”)
无失真传输系统:
、把系统复域与频域分析模块插在主板上,用导线接通此模块“电源接入”和主板上的电源(看清标识,防止接错,带保护电路),并打开此模块的电源开关。
2、打开函数信号发生器的电源开关,使其输出一方波信号,频率为1,峰峰值为,将其接入到此实验模块的输入端,用示波器的两个探头观察,一个接入到输入端,一个接入到输出
、改变信号源,采用的信号源可以从函数信号发生器引入,也可以从常用信号分类与观察引入各种信号,重复上述的操作,观察信号的失真和非失真的情况。
三角波不失真正弦波
方波
渤海大学学生实验报告用纸
渤海大学学生实验报告用纸
的
率高于的信号完全衰渤海大学学生实验报告用纸。