信号与系统实验-实验四 无失真传输系统
实验八信号的无失真传输
实验八 信号的无失真传输一、实验目的1．了解信号的无失真传输的基本原理；2．熟悉信号无失真传输系统的结构与特性。
二、实验设备1. 信号与系统实验（一）2．虚拟示波器三、实验内容1．设计一个无源（或有源）的无失真传输系统；2．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）。
四、实验原理1．信号的无失真传输是指通过系统后输出信号的波形与输入信号的波形完全相同,只允许有幅值上的差异和产生一定的延迟时间,具有这种特性的系统称为无失真传输系统。
令输入信号为X （t ）,则系统的输出为）t -Y （t ）＝k x （t 0 式中k,t 0为常量，对上式取付氏变换，则有0-j ωω）e Y（j ω）＝kx（j（ω）j -j ωt -e |H |＝＝ke X（j ω）Y（j ω）H（j ω）＝0ϕ |H|＝k k 为常数 ωt （ω）＝0-ϕ t 0>02．实验电路系统图8－1无失真传输的电路图其中R 1=R 2=20k ，C 1=C 2=1uF它的频率特性为＝K R R R ＝C j ωR 1R C j ωR 1R C j ωR 1R ＝（j ω）U （j ω）U H（j ω）＝122222111222i o +++++ 五、实验步骤1．分析信号无失真传输系统的模拟电路，如图8－1所示。
2．在模拟电路的输入端输入一个正弦信号，并改变其频率，用示波器观察输出信号的幅值和相位。
六、实验报告1．画出信号无失真传输系统的模拟电路。
2．分析无失真传输系统的结构特点，如果R2R1≠、C2C1≠，则系统的)(ωϕ和H（j ω）会产生什么变化？七、实验思考题1．为什么输出信号波形与输入信号波形相同？2．信号的无失真传输系统与全通滤波器有何不同？。
信号与系统虚拟实验(电器)
信号与系统虚拟实验教学系统实验指导书(OWVLab SSS)北京邮电大学北京润尼尔网络科技有限公司实验一 零输入、零状态及完全响应一、实验目的1、 掌握电路的零输入响应；2、 掌握电路的零状态响应；3、 学会电路的零状态响应与零输入响应的观察方法；二、实验仪器1、双踪示波器一台。
2、电阻R=100k ，R=51k ，R=10k 。
3、电容C=0.1uF 。
三、实验内容1、观察零输入响应的过程。
2、观察零状态响应的过程。
四、实验原理1、零输入、零状态和完全响应： 零输入响应：没有外加激励的作用，只有起始状态（起始时刻系统储能）所产生的响应。
零状态响应：不考虑起始时刻系统储能的作用（起始状态等于零）。
2、典型电路分析：电路的响应一般可分解为零输入响应和零状态响应。
首先考察一个实例：在下图中由RC 组成一电路，电容两端有起始电压Vc(0-),激励源为e(t)。
图1 RC 电路则系统响应-电容两端电压：τττd e e RC Vc et Vc t t RC RCt)(1_)0()(_0)(1⎰---+=上式中第一项称之为零输入响应，与输入激励无关，零输入响应_)0(Vc e RCt -是以初始电压值开始，以指数规律进行衰减。
第二项与起始储能无关，只与输入激励有关，被称为零状态响应。
在不同的输入信号下，电路会表征出不同的响应。
五、实验模块说明“零输入响应与零状态响应”单元，它的电路组成如下图所示，在电路单元中，元件的值为：电阻R=100k，R=51k，R=10k，电容C=0.1uF。
图2 实验电路图六、实验步骤1、在实验台上搭建图2所示电路。
其中电阻R=51k、电容C=0.1uF。
2、系统的零输入响应特性观察：（1）打开“函数信号发生器”电源，选择波形为“方波”，调节方波频率为1Khz,幅度为5v的方波信号。
用导线将脉冲信号输出端与R1左端相连，用脉冲信号作同步，观察输出信号的波形。
（2）同上步，将信号产生模块中脉冲信号输入到R2、R3端口，用脉冲信号作同步，分别观察输出信号的波形。
信号与系统讲义第五章1引言及无失真传输条件
无失真：时域波形传输不变
e(t )
e(t)
线性网络
t
H ( j)
R( j) KE( j)e jt0 R( j) E( j)H ( j)
r (t )
t t0
r(t) K e(t t0 )
H ( j) R( j) Ke jt0 E( j)
频域无失真条件： H ( j) Ke jt0
H( j) K () t0
r(t) e(t)*h(t)
R( j) E( j)H( j) H ( j) LT[h(t)] H ( j) R( j)
E( j)
对稳定系统
H (s)
H ( j) H (s) s j
系统函数还可以通过对微分方程取傅氏变换而得到
求矩形脉冲通过低通滤波器的响应
v1 (t )
E
t
0
输入信号波形
R
傅里叶变换在现代通信系统中的应用非常多，典 型的应用就是——滤波、调制与解调、抽样
频域系统函数——系统的频率响应函数H(jw)
稳定系统：s域系统函数→频域系统函数
频域系统函数H(jw)描述了系统对信号的各频率
成份的加权
傅氏变换将信号分解为无穷多项ejwt信号的叠加
S域系统函数H(s)描述系统对复指数信号est的加
5.3 无失真传输
信号通过系统传输，由于系统对信号中各频率分 量幅度产生不同程度的衰减，使得响应中各频率 分量的相对幅度产生变化，引起幅度失真。
同样地，由于系统对输入信号各频率分量产生的 相移，信号也会出现失真，称为相位失真
频域由相于移系→统时对域信延号时各频率分量产生的相移不与频
输 输
入 出率成yx正((t相t))比对，ss位iinn使((置响11t产t )应生的s1变)in各(化s频i2，nt率()而分2t引量起在2的) 时失间真轴上的
现代信号处理第4讲PPT课件
6性4 相位
2
无失真传输系统的时域特性
H () Ke jtd h(t) K (t td )
例5 已知一LTI系统的频率响应为 H () 1 j
1 j
求系统的幅度响应|H()|和相位响应()，并判断系统
是否为无失真传输系统
解：
因为
H ()
1 1
j j
(1 j)2 12
12 2 12
j
1
|
x1(t) |2dt
2
Re[
x1*
(t
)
x2
(t
)]dt
2
|
x2
(t)
|2dt
Re[
x1*
(t
)
x2
(t
)]dt
2
|
x2
(t)
|2dt
|
x1(t) |2dt
Re[
x1*
(t
)
x2
(t
)]dt
2
|
x2
(t)
|2dt
两边同除以
64
|
x1
(t
)
|2dt
12
|
Q x1(t) |2dt
Re[
x1*
(t
)
x2
(t
)]dt
(x1, x2 ) 1 T
1 T
T /2 T / 2
Re[
x1*
(t
)
x2
(t
)]dt
T /2
|
T / 2
x1 (t )
|2dt
1 T
T /2 T / 2
|
x2
(t
)
|2dt
1/
信号与系统实验四-信号的采样及恢复
信号与系统实验四-信号的采样及恢复实验四信号的采样及恢复⼀、实验⽬的1、加深理解连续时间信号离散化过程中的数学概念和物理概念；2、掌握对连续时间信号进⾏抽样和恢复的基本⽅法；3、通过实验验证抽样定理。
⼆、实验内容1、为了观察连续信号时域抽样时，抽样频率对抽样过程的影响，在[0，0.1]区间上以50Hz 的抽样频率对下列3个信号分别进⾏抽样，试画出抽样后序列的波形，并分析产⽣不同波形的原因，提出改进措施。
（1）)102cos()(1t t x ?=π（2）)502cos()(2t t x ?=π（3）)1002cos()(3t t x ?=π2、产⽣幅度调制信号)200cos()2cos()(t t t x ππ=，推导其频率特性，确定抽样频率，并绘出波形。
3、对连续信号)4cos()(t t x π=进⾏抽样以得到离散序列，并进⾏重建。
（1）⽣成信号)(t x ，时间t=0:0.001:4，画出)(t x 的波形。
（2）以10=sam f Hz 对信号进⾏抽样，画出在10≤≤t 范围内的抽样序列)(k x ；利⽤抽样内插函数)/1()(sam r f T T t Sa t h =??=π恢复连续信号，画出重建信号)(t x r 的波形。
)(t x 与)(t x r 是否相同，为什么？（3）将抽样频率改为3=sam f Hz ，重做（2）。
4、利⽤MATLAB 编程实现采样函数Sa 的采样与重构。
三、实验仪器及环境计算机1台，MATLAB7.0软件。
四、实验原理对连续时间信号进⾏抽样可获得离散时间信号，其原理如图8-1。
采样信号)()()(t s t f t f s ?=，)(t s 是周期为s T 的冲激函数序列，即)()()(∑∞-∞=-==n sT nT t t t s sδδ则该过程为理想冲激抽样。
其中s T 称为采样周期，ss T f 1=称为抽样频率， ss s T f π⼤于等于2倍的原信号频率m f 时，即m s f f 2≥（抽样时间间隔满⾜ms f T 21≤），抽样信号的频谱才不会发⽣混叠，可⽤理想低通滤波器将原信号从采样信号中⽆失真地恢复。
无失真传输系统
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。
实验三 无失真传输系统
若：
R1C1 R2C2
则：
H
R2 R2 R1
实验内容
1 、 FJ3： 500Hz 左右， UPP5V 方波信号，接入 J26 ， CH1 ： J27，CH2：J28，观察信号是否失真，即信号的形状是 否发生了变化，如果发生了变化，可以调节电位器“失 真调节”，可调节到输出与输入信号的形状一致，只是 信号的幅度发生了变化 2、改变信号源，重复上述的操作，观察信号的失真和 非失真的情况 3、测绘失真条件下的输入、输出信号（至少三种） 测绘无失真条件下的输入、输出信号（至少三种）
R2 Uo R2 C 2 S 1 H (S ) 1 1 R1 R2 Ui 1 / R1 SC1 1 / R2 SC2 R1C1 S 1 R2 C 2 S 1 1 1 / R2 SC2 而S j H ( j ) R2 1 jR2 C 2 R1 R2 1 jR1C1 1 jR2 C 2
实验报告要求
用坐标纸绘制实验失真条件下的输入、 输出信号，及无失真条件下的输入、输 出信号
实验三
无失真传输系统
实验目的
1、了解无失真传输的概念 2、了解无失真传输的条件
实验仪器
信号与系统实验箱 50MHZ虚拟示波器 计算机
实验原理
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 失真传输的条件是 幅频特性 相频特性
《信号与系统》教学课件 §4.3 无失真系统
E1 sin 1t E2 cos2t
H ( ) H ( ) e j ( )
H (1)
E1
sin[1 (t
(1) )] 1
H
(2 )
E2
cos[2 (t
(2 2
) )]
正弦、余弦信号通过LTI系统的响应
系统失真分为幅度失真和相位失真。
• 当|H(ω1)| ≠|H(ω2)| 时，对于不同的频率分量产生了不 同的幅度加权，那么称之为幅度失真。
H()kejt0 由于H(ω)=|H(ω)| ejφ(ω)，得到无失真传输系统的幅频和 相频特性分别为
H() k
() t0
X
r H H(t(() )1 )E si nh(t1 )te j1 tdt h (t)
三、无失真传输系统的频域表示
H ()
k
O
( )
O
t0
幅频特性为直线易于理解，为何相频特性也是一条直线呢？
t
下面我们通过描述系统特性的h(t) 及系统频响H(ω)来观 察无失真系统的特点。
X
r H(t() )E si nh(t1 )te j1 tdt h (t)
三、无失真传输系统的频域表示
就系统传输而言，当e(t)=δ(t)时，其单位冲激响应h(t)为 h(t)k(tt0)
即无失真线性系统的单位冲激响应也是冲激函数，相应 的傅里叶变换为
X
r H(t() )E si nh(t1 )te j1 tdt h (t)
二、无失真传输系统的时域表示
设系统的鼓励信号为e(t)，经过无失真传输后，其输出信 号为r(t)，那么r(t)和e(t)满足
rቤተ መጻሕፍቲ ባይዱt)ke(tt0)
其中k和t0均为常数。
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H ( j ) Ke jt0
上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。 ③比较无失真系统与理想低通滤波器的幅频特性和相频特性。 所谓无失真传输是指传输系统的响应与激励相比， 只是大小与出现的时间不同， 而无波 形上的变化。大小的不同意味着响应波形与激励波形各点的瞬时值可以相差一比例常数 K； 波形出现时间的不同意味着对激励进行的时移运算。若设激励为 xf(x)，响应为 y(t)，无失真
传输的时域条件为 y(t)=Kx(t-t0) （5.7-1） 式中的 t0 为滞后时间。 显然，响应是激励的精确再现，因为响应波形与激励波形一样，只不过响应信号的幅度是原 信号的 倍，并延迟了 时间，如图 5.7-1 所示。
5.7-1 系统的无失真传输 无失真传输也可在频域讨论，对式（5.7-1）进行傅里叶变换，由时移特性可得
实验四 无失真传输系统
一、实验目的
1、了解无失真传输的概念。 2、了解无失真传输的条件。
二、实验内容
1、观察信号在失真系统中的波形。 2、观察信号在无失真系统中的波形。
三、实验仪器
1、信号与系统实验箱一台（主板） ； 2、系统复域与频域的分析模块一块。 3、20M 双踪示波器一台。
四、实验步骤
1、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 K ， 峰峰值为 5V ， 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 到输出端，以输入信号作输出同步进行观察。 3、观察信号是否失真，即信号的形状是否发生了变化，如果发生了变化，可以调节电 位器“失真调节” ，可调节到输出与输入信号的形状一致，只是信号的幅度发生了变化（一 般变为原来的两倍） 。 4、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。
五、实验结果及分析
实验结果： 1）矩形波失真情况下 矩形波不失真情况下
2）正弦波失真情况下
正弦波不失真情况下ห้องสมุดไป่ตู้
3）三角波失真情况下
三角波不是真情况下
实验分析： ①引起信号失真的原因： 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， ①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。②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。 ②为实现无失真传输，对系统函数 H ( j ) 为满足无失真传输应有
式（5.7-2）即为实现无失真传输系统函数应该满足的频域条件。这一条件表明，系统函 数的幅频特性在全频率范围内保持为与频率无关的常数，而相频特性则是一条通过原点 并具有斜率为 t0 的直线，即 |H(w)|=K
幅频特性与相频特性如图 5.7-2 所示。
图 5.7-2 系统无失真传输的频域特性 由于|H（w）|为一常数，故响应信号中各分量的幅度的相对大小没有变化，所以不产 生幅度失真；为了满足无相位失真的条件，就必须使响应中各频率分量的时间平移相同，即 都等于 t0，反映在相位特性上就是一条通过原点的