[信息与通信]信号与系统实验箱指导书

《[信息与通信]信号与系统实验箱指导书》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、实验一非正弦信号的谐波分解一、实验目的1．掌握利用傅氏级数进行谐波分析的方法。2．学习和掌握不同频率的正弦波相位差的鉴别与测试方法，并复习李沙育图形的使用方法。3．掌握带通滤波器的有关测试。49二、预习要求1．阅读实验指导书的相关内容。2．复习教材中非正弦交流电章、节的相关内容。3．复习高等数学中傅里叶三角级数的原理，以及它在谐波分析中的应用、测量方法。4．复习带通滤波器的原理及实验方法。三、实验仪器1．双踪示波器2．TPE—SS1型或SS2型实验箱（1型还需频率计和交流毫伏表）四、实验原理1．在电力电子

2、系统中最常用的是正弦交流信号，对电路的分析中均以之作为基础。然而，电子技术领域中常遇到另一类交流电，虽是周期波，却不是正弦量，统称为非正弦周期信号，常见的有方波、锯齿波等等。它们对电路产生的影响比单频率的正弦波复杂得多，即使在最简单的线性电路中，也无法使用相量模型或复频域分析法，而必须去解形式复杂的微积分方程，十分麻烦。为求简化，是否可将其转化成正弦波呢？高等数学的傅里叶解析给了肯定的答案。2．傅里叶解析认为任意一个逐段光滑的周期函数f(x)均可分解出相应的三角级数，且其级数在每一连续点收敛于f(x)，在

3、每一个间断点收敛于函数的左右极限的平均值。反映到电子技术领域中，就是说任意一个非f(x)正弦交流电都可以被分解成一系列频率与它成整数倍的正弦分量。也就是说我们在实际工作中所遇到的各种波形的周期波，都可以由有限或无限个不同频率的正弦波组成。349、一个非正弦周期波可以用一系列频率与之成整数倍的正弦波来表示。反过来说，也就是不同频率的正弦波可以合成一个非正弦周期波。这些正弦波叫做非正弦波的谐波分量，其中频率与之相同的成分称为基波或一次谐波。谐波分量的频率为基波的几倍，就称为几次谐波，其幅度将随着谐波次数的增加

4、而减小直到无穷小。波形所含有的谐波成分，按频率可分成两种不同的谐波。一种频率为基波的1，3，5，7…..倍的谐波，称为奇次谐波；另一种频率为基波的2，4，6，8……倍的谐波，称为偶次谐波。有些信号中还存在一定的直流成分，可看做零频率的谐波分量，也属于偶次谐波。常用波形的傅氏级数表达式如下表1-1表1-11）方波2）三角波3）全波4）半波5）矩形波6）锯齿波49注意：随坐标轴设定的不同，分解结果有少许不同。但系数的绝对值是固定的。4、了解了谐波分解之后，反过头来看非正弦波在线性电路中的响应。很明显，使用叠加

5、定理，将非正弦信号源看成是一个个正弦信号源的叠加，让其分别独立作用于电路。利用相量法或复频域法一一解出响应，再将产生的结果相加，但必须注意的是，在不同频率正弦波的作用下，其电路的容抗与感抗不同，其响应的相量也是相对于输入频率而不同的，不可以把各个相量直接相加，而必须化成正弦形式再相加。5、李沙育图形。双踪示波器上有X—Y这一档或按钮，示波器一号通道有Y标记，二通道上有X标记，其作用就是观察李沙育图形。换成这一档后，示波器会将同一时刻X通道与Y通道所输入的信号转化成X坐标Y坐标，并将这一点（x,y）在屏幕上

6、显示出来。譬如说，将一、二通道均置于接地档，输入为0，在屏幕上出现一光点，将光点调到中心点以之作为坐标原点。把一、二通道的档位置于1V/D(1伏/格)，并接入信号。如果在一通道输入一个4V的直流信号，二通道输入一个3V的直流信号，那么相当于Y=4（格），X=3（格）。在屏幕的原点的右三格上四格处就会出现一光点，表明此刻输入情况。同样，如果在一通道输入一个100Hz、Vp-p=4V的正弦信号，二通道输入一个与之频率相同，同幅度，相位差π/2的信号，相当于Y=2sinωt,X=sin(ωt+π/2)=2cos

7、ωt很明显，x2+y2=4在屏幕上出现一个半径为两格，以原点为中心的圆。换言之，相当于以时间t为参变量，以Y通道接入信号为Y函数Y(t),X接入信号为X函数X(t),消去参变量t后，画出y=f(x)的的图像，它反映了除去时间t的影响，两个通道所接受的信号的彼此关系。6、实验电路的结构由一个LPF与七个BPF以及一个加法器组成，实验方框图如图1-1。LPF为很低的低通滤波器，可以滤出非正弦周期波的直流分量。BPFfc1~BPF7为中心频率为基波相应倍数的带通滤波器，其Aup=1。但必须注意的是带通滤波器中带

8、了一个反相电路，所以滤出来的正弦波与实际谐波正好是反相的。同学们在以下的实验中可以发现这一现象。加法器用的是反相加法器，合成时正好恢复成与输入的信号相同相位的信号。49图1-1五、实验内容1、将K0~K7八个连接开关置于接地档。用示波器与频率计观察记录各路输出波形的幅值与频率（请将示波器通道置于直流DC档）。2、测量各阶滤波器的幅频特性。将频率为100Hz,Vp-p为2V的正弦信号接入输入端，用交流毫伏表（3V档）测量滤波器B