信号的产生、分解与合成

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1、实验四信号的产生、分解与合成【实验内容】设计并安装一个电路使之能够产生方波，并从方波中分离出主要谐波，再将这些谐波合成为原始信号或其他周期信号。1.基本要求（1）设计一个方波发生器，要求其频率为1kHz，幅度为5V；（2）设计合适的滤波器，从方波中提取出基波和3次谐波；（3）设计一个加法器电路，将基波和3次谐波信号按一定规律相加，将合成后的信号与原始信号比较，分析它们的区别及原因。2.提高要求设计5次谐波滤波器或设计移相电路，调整各次谐波的幅度和相位，将合成后的信号与原始信号比较，并与基本要求部分作对比，分析它们的区

2、别及原因。3.其他部分用类似方式合成其他周期信号，如三角波、锯齿波等。【实验目的】1.掌握方波信号产生的基本原理和基本分析方法，电路参数的计算方法，各参数对电路性能的影响；2.掌握滤波器的基本原理、设计方法及参数选择；3.了解实验过程：学习、设计、实现、分析、总结。4.系统、综合地应用已学到的电路、电子电路基础等知识，在单元电路设计的基础上，利用multisim和FilterPro等软件工具设计出具有一定工程意义和实用价值的电子电路。5.掌握多级电路的安装调试技巧，掌握常用的频率测量方法。6.本实验三人一组，每人完成

3、一个功能电路，发挥团队合作优势，完成实验要求。【实验要求】1.实验要求：(1)根据实验内容、技术指标及实验室现有条件，自选方案设计出原理图，分析工作原理，计算元件参数。(2)利用EDA软件进行仿真，并优化设计。(3)实际搭试所设计电路，使之达到设计要求。(4)按照设计要求对调试好的硬件电路进行测试，记录测试数据，分析电路性能指标。(5)撰写实验报告。2.说明要求先用软件设计并仿真，然后硬件实现。【教学指导】实验分成原理解析、功能电路设计和仿真、系统设计及仿真、连接电路并调试、实验电路测试验收、撰写研究报告等几个阶段进

4、行。通过对设计任务中性能指标的理解，由学生自行设计电路和实验方案，经仿真研究后提交实验预习报告（课前准备），教师审核并对关键电路、参数、测量线路进行方案论证后，进入实验室搭试功能电路，并完成实验参数的测量、作品验收。1.实验前理论知识准备7(1)正确理解设计要求；(2)复习非正弦周期函数的傅里叶分解、信号的提取、信号的移相和放大等相关理论与方法；(3)复习带通滤波器的设计和测试技术；(4)掌握移相器、比例加法器电路的原理、基本类型、选型原则和设计方法。1.实验前的仿真研究：所设计的电路必须经过仿真，虚拟测试。2.实验

5、过程：实验电路三人一组，分工合作，先逐步完成各功能电路，并和仿真结果作对比，最终完成整个实验系统。3.要求学生完成的工作：(1)前期准备：利用电路理论分析该专题所涉及的原理，非正弦波形的测试技术（伏安特性测量、双通道波形测量和比较、频率特性测量、波形的FFT），掌握带通滤波器、移相器、比例加法合成器的基本类型、选型原则和设计方法。(2)电路参数设计：提供带通滤波器典型电路和参考参数，其他功能电路需要自己决定电路类型和参数设计。需要解决高次谐波提取时波形畸变的问题，解决合成后波形与原始波形比对的度量方法（作为提高部分）

6、。电路参数设计需体现在设计报告中。(3)功能电路的设计和实验方案论证：由学生自行选择方案进行设计，通过仿真论证设计效果和测试方案。功能电路的设计和方案论证需体现在设计报告中。(4)对所涉及的基本电路模块（带通滤波器、移相器、比例加法器），逐个设计并仿真其功能。(5)搭试电路，按照功能电路逐步实现，然后整体调试直至完成，最后总体验收。(6)记录测量数据并处理分析，并体现在设计报告中。(7)实验总结。【实验方案】非正弦周期信号可以通过Fourier分解成直流、基波以及与基波成自然倍数的高次谐波的叠加。本项研究需要设计一个

7、高精度的带通滤波器和移相器，组成选频网络，实现方波（三角波、锯齿波）Fourier分解的原理性实验，通过相互关联各次谐波的组合实现方波（三角波、锯齿波）合成的原理性实验，还可以构建信号无畸变传输的原理性实验。简易波形分解与合成仪由下述四个部分功能电路—周期信号产生电路、波形分解电路（滤波器）、相位调节、幅值调节与合成电路组成。各部分原理及功能简述如下：1.非正弦周期信号的分解与合成对某非正弦周期信号，其周期为，频率为，则可以分解为无穷项谐波之和，即：上式表明，各次谐波的频率分别是基波频率的整数倍。(1)锯齿波如果是一

8、个锯齿波，其数学表达式为：对进行谐波分析可知：，所以7即锯齿波可以分解为基波的一次、二次…n次…无穷多项谐波之和。其幅值分别为基波幅值的，且各次谐波之间初始相位角差为零。反过来，用上述这些谐波可以合成一个锯齿波。(1)方波方波信号可以分解为:由1、3、5、7等奇次波构成，次谐波的幅度值为基波幅值的倍。只要选择符合上述规律的各次谐波组合在一起，便