课程编号：161029

编写人：毛小燕

审核人：伍宗富

一、学时学分

课程总学分：2 课程总学时：32 实验学时：10

二、适用专业及开课学期

自动化专业 5 学期

三、实验的地位、作用和目的

《信号与系统》实验是学习通信工程专业基础理论课程《信号与系统》的一个重要环节。不仅可以巩固和加深学生对课堂理论教学内容的理解，提高学生的专业素质，而且可以培养学生的科学作风，为学习后续课程和从事专业技术工作奠定厚实的基础。

通过该实验课的基本训炼，使学生加深对基础理论的理解，掌握所用实验仪器、仪表的原理和使用方法，掌握对于实验结果的分析方法，具备初步的实验设计能力。

四、实验原理及课程简介

《信号与系统》是通信工程专业的一门专业基础理论课，讲述信号与系统的基本理论和分析、研究方法，是一门理论性很强也很抽象的课程；配合这些基本理论和分析、研究方法的介绍，开设有关的《信号与系统》实验；可以对各种滤波电路，一阶、二阶电路进行测试、观察与分析；对有关信号进行分解、合成与抽样，对有关定理进行验证。从提高学生的实验操作技能，巩固并加深学生对《信号与系统》抽象基本理论的理解，增强必要的感性认识，加强理论和实践的有机结合。

五、实验仪器设备、主要技术指标及配置要求

仪器设备名称	主要技术指标 （或型号规格）	配套数	备注
信号与系统实验箱	TKSS—C	21
PC机	40G、17//彩显	21
100MHZ示波器	RV02100L（虚拟数字存储示波器+频谱分析仪+逻辑分析仪）	21
函数信号发生器	KH1651（数字频率合成）	21
万用表	DT9208N	21

六、实验基本要求

学生在实验前应该做好预习。验证性实验先由指导教师讲述实验内容并演示一遍，然后再由学生在教师指导下进行实验操作；设计性实验则先由教师介绍仪器设备原理和使用方法，然后由学生独立设计实验线路，独立完成接线和测试。实验完毕，必须由教师验收合格后，学生方可离开。每次实验都要求学生写出详细的实验报告，并在规定的时间内交给指导老师认真批阅。

七、实验教材与实验指导书

实验指导书：《TKSS—C型信号与系统实验箱 实验指导书》 （天煌教仪）

八、考核方式与成绩评定

本课程的考试采取抽查简答题和实验项目的方法进行。实验成绩由考试成绩和平时成绩综合评定。平时成绩由实验指导教师根据学生的学习态度、实验技能、解决实际故障和处理人为设置故障的能力、实验报告等综合评定。

九、实验项目开设情况

十、“三性”实验简介

实验二 非正弦周期信号的分解与合成 （综合性）

（一）实验目的

1、用同时分析法观测50Hz非正弦周期信号的频谱，并与其傅里叶级数各项的频率与系数作比较。

2、观测分解后的基波及各次谐波的合成。

3、掌握信号的分解与合成的实现方法。

（二）实验内容与基本要求

1、调节函数信号发生器，使其输出50Hz的方波信号，并将其接至信号分解实验模块的输入端，再细调函数信号发生器的输出频率，使该模块的基波50Hz成分BPF的输出幅度为最大。

2、带通滤波器的输出分别接至示波器，观测各次谐波的幅值，并列表记录。

3、将方波分解所得的基波、三次谐波分别接至加法器的相应输入端，观测加法器的输出波形，并记录。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台

实验三 信号的采样与恢复 （综合性）

（一）实验目的

1、熟悉电信号的采样方法与过程及信号的恢复。

2、掌握信号采样与恢复的原理。

3、验证采样定理。

（二）实验内容与基本要求

1、研究正弦信号和三角波信号被采样的过程以及采样后的离散化信号恢复为连续信号的波形。

2、用采样定理分析实验结果。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪慢扫描示波器1台

实验四 无源与有源滤波器 （综合性）

（一）实验目的

1、了解RC无源和有源滤波器的种类、基本结构及其特性。

2、分析和对比无源和有源滤波器的滤波特性。

3、学会用简单的元件设计各种无源、有源滤波器。

（二）实验内容与基本要求

1、测试无源和有源LPF(低通滤波器)的幅频特性。

2、测试无源和有源HPF(高通滤波器)的幅频特性。

3、测试无源和有源BPF(带通滤波器)的幅频特性。

4、测试无源和有源BEF(带阻滤波器)的幅频特性。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台

实验五 全通滤波器的设计 （设计性）

（一）实验目的

1、了解全通滤波器零、极点分布的特点及其模拟电路。

2、了解全通滤波器的特性。

3、掌握用简单的元件设计全通滤波器的方法。

（二）实验内容与基本要求

1、利用R、C元件构造一个全通滤波器的模拟电路。

2、研究全通滤波器的滤波特性。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台

实验六 二阶网络状态轨迹的分析 （综合性）

（一）实验目的

1、观察与分析二阶无源网络与二阶有源网络在不同ξ值(阻尼比)时的iL(t)与uc(t)曲线及其状态轨迹。

2、熟悉状态轨迹与相应时域响应性能之间的关系。

3、掌握一种同时观察两个无公共接地端电信号的方法。

（二）实验内容与基本要求

1、观察二阶无源电路中两个状态变量iL(t)与uc(t)在欠阻尼与过阻尼两种情况下的输出波形（零阻尼在无源二阶实验电路中只能近似，不能完全实现）。

2、观察二阶有源电路中两个状态变量iL(t)与uc(t)在零阻尼、欠阻尼和过阻尼三种情况下输出波形（零阻尼不能完全实现，只能趋近）。

3、用李沙育图形观察无源与有源两个电路中iL(t)与uc(t)的状态轨迹（相轨迹）。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台

实验七 二阶网络函数的模拟实现 （综合性）

（一）实验目的

1、了解二阶网络函数的电路模型。

2、研究网络参数的变化对其输出响应的影响。

3、用基本运算器模拟系统的微分方程和传递函数。

（二）实验内容与基本要求

1、根据给定的二阶网络函数连接其模拟解的方框图。

2、推导实验原理图中各测试点与输入Ui的传递函数，据此作出相应的对数幅频特性曲线，并与实验结果进行比较。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台

实验八 一阶系统的脉冲响应与阶跃响应 （综合性）

（一）实验目的

1、熟悉一阶系统的无源和有源模拟电路。

2、研究一阶系统时间常数T的变化对系统性能的影响。

3、研究一阶系统的零点对系统的响应及频率特性的影响。

（二）实验内容与基本要求

1、无零点时的单位阶跃响应（无源、有源）。

2、有零点时的单位阶跃响应。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台

实验九 线性系统的频率特性分析 （综合性）

（一）实验目的

1、掌握用超低频信号发生器和示波器测定典型环节和系统频率特性的方法。

2、根据实验所得的数据作出Bode图，分析确定被测环节或系统的传递函数。

（二）实验内容与基本要求

1、测量迟后-超前校正环节的频率特性

根据所测的对数幅频特性曲线，写出该环节的传递函数，并与理论计算结果进行比较。

2、有源二阶惯性频率特性的测量

用实验方法测得该系统的幅频特性曲线，据此写出该环节的传递函数。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台

实验十 线性系统的稳定性分析 （综合性）

（一）实验目的

1、研究增益K对系统稳定性的影响。

2、研究时间常数T对系统稳定性的影响。

3、学会三阶线性系统的电路设计方法。

（二）实验内容与基本要求

1、按K＝10，T1＝0、2S，T2＝0、05S和T3＝0、5S的要求，设计相应的实验电路图。观察并记录该系统的单位阶跃响应曲线。

2、T1＝0、2S，T2＝0、1S，T3＝0、5S，观察并记录K分别为5、7、5和K＝10三种情况下的单位阶跃响应曲线。

3、令K＝10，T1＝0、2S，T3＝0、5S，观察并记录T2分别为0、1S和0、05S时系统的单位阶跃响应曲线。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台

实验十一 二阶系统的时域响应 （设计性）

（一）实验目的

1、掌握用电子电路模拟二阶系统的实验方法。

2、通过实验，进一步了解二阶系统的动态性能与系统阻尼比ξ之间的关系。

3、学会二阶系统的时域相应电路的设计方法。

（二）实验内容与基本要求

1、根据开环传递函数G（s）=K/0、5s（0、2s+1），设计相应的实验电路图。

2、令γ（t）＝1V，在示波器上观察不同K值（K＝10，5，2，0、5）下的阶跃响应曲线，据此求得相应的σp、tp和ts的值。

3、调节K值，使该二阶系统的阻尼比ξ＝，观察并记录对应的阶跃响应曲线。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台

实验十二 二阶谐振系统的S平面分析 （综合性）

（一）实验目的

1、通过实验进一步理解二阶系统产生谐振的条件。

2、掌握二阶谐振系统频率特性的测试方法。

（二）实验内容与基本要求

1、根据被测系统图，写出系统的闭环传递函数。由系统的传递函数按实验原理图画出系统频率特性的图形，并由图形分析系统的ωn、ξ值，并确定ωr和Mr的值。

2、根据被测系统的模拟电路图，测量该系统的幅频特性曲线。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台

实验十三 信号的无失真传输的实现及分析 （综合性）

（一）实验目的

1、了解信号无失真传输的概念和条件。

2、掌握信号的无失真传输的基本原理。

3、熟悉信号无失真传输系统的结构与特性。

（二）实验内容与基本要求

1、令幅值固定、频率可变化的正弦信号作为系统的输入信号，测量系统输出信号的幅值和相位（用李沙育图形法）。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台

实验十四 几种常用滤波器间的转换 （综合性）

（一）实验目的

1、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。

2、熟悉低通、高通、带通和带阻滤波器的模拟电路。

（二）实验内容与基本要求

1、按实验原理电路图接好电路。当信号发生器输出一个正弦信号且其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。

2、当信号发生器输出一个正弦信号且其信号频率由小到大改变时,用示波器分别观察HPF、BPF、BEF输出幅值的变化。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台

实验十五 信号的调制与解调实验 （综合性）

（一）实验目的

1、了解幅度调制和解调的原理。

2、观察调制波形。

3、掌握用集成模拟乘法器构成调幅和检波电路的方法。

4、掌握集成模拟乘法器的使用方法。

（二）实验内容与基本要求

1、按实验原理图将电路接好，观察抑制载波的双边带调幅波和有载波的调幅波。

2、记录调制波、调制信号、解调信号和载频的波形。并解释幅度调制的原理。

3、理解调制解解调在通信系统中的作用。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台

实验十六 脉冲编码调制实现分析 （综合性）

（一）实验目的

1、加深对PCM编码工作过程的理解。

2、掌握PCM编码和译码的时序关系。

3、熟悉PCM编码译码芯片的使用方法。

4、了解PCM系统的工作过程。

（二）实验内容与基本要求

1、画出实验电路的实验方框图，并叙述其工作过程。

2、用双踪示波器观察音频输入、主时钟、同步时钟、解码输入及音频输出的波形，注意各测试点波形对应的相位关系。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台

实验十七 频分复用系统的实验分析 （综合性）

（一）实验目的

1、了解频分复用的原理和作用。

2、掌握使用模拟乘法器构成幅度调制解调的方法。

（二）实验内容与基本要求

1、使用模拟乘法器构成幅度调制解调系统，画出实验电路的实验方框图，并叙述其工作过程。

2、根据实验画出幅度调制器的调制输出端、加法器、解调器输出的波形。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台

实验十八 时分复用系统的实现分析 （综合性）

（一）实验目的

1、了解数字复接系统的组成。

2、掌握同步数字复接器的组成和工作原理。

3、掌握帧同步器的原理。

4、掌握帧同步系统参数与帧同步系统性能的关系。

（二）实验内容与基本要求

1、用示波器观测并记录一帧的定时单元输出时序信号，把实验记录结果与实验原理图相对照。

2、用示波器观察并记录4个支路信号输出波形，并注意与支路时钟信号的关系，把实验记录结果与实验原理图相对照。

3、用示波器观察并记录合路信号输出波形，注意帧定位码位置和码型，比较合路信号中的各支路信息是否与支路信号相同，改变路序选择控制，再次观察合路信号输出波形，分析复接的过程及方式。将FRAME置为低，观察合路信号输出波形有何变化，记录该波形。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台

实验十九 开关电容滤波器的设计 （设计性）

（一）实验目的

1、了解开关电容滤波器的原理。

2、学会开关电容滤波器的设计方法。

3、掌握开关电容滤波器MF10的使用方法。

4、掌握开关电容滤波器MF10在不同模式下的工作方式。

（二）实验内容与基本要求

1、了解开关电容滤波器的原理，用示波器观察CLK的波形，该处的波形为100KHz左右的方波信号。

2、由MF10分别构成二阶低通滤波器、二阶带阻滤波器、高通滤波器和带通滤波器，观察波形，并分别记录高通滤波器和带通滤波器的截至频率。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台

实验二十 反馈系统的临界振荡的实现及分析 （设计性）

（一）实验目的

1、了解反馈控制系统的构成及基本特性。

2、理解系统S平面分析。

3、掌握反馈系统自激振荡电路的设计方法。

（二）实验内容与基本要求

1、画出实验原理图所示系统的模拟电路图，并确定相应的参数值。

2、用示波器观测系统在K>12时的稳定输出波形，由实验测得输出量振荡的频率ω值，并与理论计算值进行比较。

3、用示波器观测在K＝12时系统的输出波形。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台

实验二十一系统能控性与能观性分析 （综合性）

（一）实验目的

1、通过本实验加深对系统状态的能控性和能观性的理解。

2、验证实验结果所得系统能控能观的条件与由它们的判据求得的结果完全一致。

（二）实验内容与基本要求

1、画出实验电路的实验方框图，并叙述其工作过程。

2、根据实验原理图分析系统的能控性和能观性。

（三）主要仪器设备及器材

1、TKSS-D型信号与系统实验箱

2、双踪示波器1台