实验四--信号产生、分解与合成.doc

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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

2、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；1.掌握滤波器的基本原理、设计方法及参数选择；2.了解实验过程：学习、设计、实现、分析、总结。3.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。4.掌握多级电路的安装调试技巧，掌握常用的频率测量方法。5.本实验三人一组，每人完成一个功能电路，发挥团队合作优势，完成实验要求。【报告要求】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。（写

3、出理论推导，不能只有图）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。本实验需要设计一个高精度的带通滤波器和移相器，组成选频网络，实现方波Fourier分解的原理性实验，实现方波合成的原理性实验。简易波形分解与合成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。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。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。(1)设计一个

4、方波发生器，要求其频率为1kHz，幅度为5V；方波电路的设计：用运放实现方波发生器的设计，主要是由普通积分器（充放电回路不同）和迟滞比较器组成。电路图如下：高电平V0=+Vz经历的时间为低电平V0=-Vz经历的时间为振荡频率为占空比因此，要使得方波的频率为1kHz，取参数值如下：C=0.1uFR1=Rf=10kΩ要使得占空比为50%，则R4=R16=4.55kΩ。因此调节两个电位器R4和R16，改变其阻值，即可调节输出波形的占空比和输出方波的频率，从而达到输出方波占空比为50%，频率为1kHz。(2)设计合适的滤波器，从方波中提取出基波和3次谐波；基次谐波提取：从方波中提取出一次谐波可以通过设

5、计一个二阶有源低通滤波器实现。二阶有源低通滤波器的转移函数为：三次谐波的提取：从方波中提取三次谐波可以通过设计一个二阶有源带通滤波器实现。二阶有源带通滤波器的转移函数为：目前已经有很多专业的有源滤波器设计软件如：德州仪器的FilterPro、国家半导体WEBENCH®中的ActiveFilterDesigner、NuhertzTechnologies的FilterSolutions等。这些软件可以根据我们的设计指标要求很快的算出电路参数，很大程度上节省了开发周期。我们实验中选用的是德州仪器的FilterPro软件设计有源滤波器。基次谐波滤波器的电路图和参数如下：三次谐波滤波器的电路图和参数如下

6、：（3）设计移相电路，调整各次谐波的幅度和相位考虑幅值的损失，应使得最终输入输出表达式为两个共轭复数的相除，使得模值比为1，而使输出相对源输入产生附加相移。通过可变电阻对输出的相移进行改变，输入输出比表达式应该是R的函数，即，选择图所示的电路实现移项功能。由图，联立方程组①②解得若选择参数=，则表达式化简为，其模为1。针对滤波器网络输出的不同频率的波形适当选择的大小，在调节的过程中大小在1左右变动实现相移。当=0时，相移为π；当=∞时，相移为0，相移的变化范围可以满足调整的需要。在此实验中，取=10kΩ，都选用100nF的电容，电位器选用1kΩ。可以根据实际的情况来选择以上两种移项,移相器的可

7、移动相位角为0～180°。（4）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。加法器由简单的反相加法电路构成，其结构如图所示。其中输入端的电位器用于调整输入波的幅度。1.利用EDA软件进行仿真，并优化设计。（对仿真结果进行分析）方波产生电路的仿真结果如下：分析：由（1）的方波产生原理可知，方波的频率和占空比取决于两个点位器的阻值。因此调节两个电位器，改变其阻