東南大學(xué)模擬電子電路試驗(yàn)報(bào)告材料——波形的產(chǎn)生分解與合成

1、東南大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱:模擬電子電路第四次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱:波形的產(chǎn)生、分解與合成（系）:專 業(yè):名:學(xué) 號:評定成績:審閱教師:電工電子中心 103實(shí)驗(yàn)組別:同組人員:實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2019年5月15日波形的產(chǎn)生、分解與合成實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.電路參數(shù)的計(jì)算方法， 各參數(shù)對電路性.6.掌握方波信號產(chǎn)生的基本原理和基本分析方法，能的影響；掌握由運(yùn)算放大器組成的RC有源濾波器的工作原理，熟練掌握RC有源濾波器的基本參數(shù)的測量方法和工程設(shè)計(jì)方法；掌握移相電路設(shè)計(jì)原理與方法掌握比例加法合成器的基本類型、選型原則和設(shè)計(jì)方法。掌握多級電路的級聯(lián)安裝調(diào)試技巧；熟悉FilterPro 、Mu

2、ltiSim軟件高級分析功能的使用方法。實(shí)驗(yàn)容設(shè)計(jì)一個方波發(fā)生器，要求其頻率為 設(shè)計(jì)合適的濾波器，從方波中提取出基波和 設(shè)計(jì)移相電路，使高次諧波與基波之間的初始相位差為零。設(shè)計(jì)一個加法器電路， 將基波和3次諧波信號按一定規(guī)律相加，將合成后的信500HZ,幅度為5V;3次諧波；設(shè)計(jì)并安裝一個電路使之能夠產(chǎn)生方波, 波合成為原始信號或其他周期信號。并從方波中分離出主要諧波，再將這些諧號與原始信號比較，分析它們的區(qū)別及原因。電路設(shè)計(jì)(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)容、技術(shù)指標(biāo)及實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件，自選方案設(shè)計(jì)出原理圖， 分析工作原理,計(jì)算元件參數(shù)：I方波發(fā)生器電路設(shè)計(jì)R22RCln -2RCI n(12 邑)2R R2&

3、#39;R22RCl n(12 鳥R2這里取 R= F3=10k? , F2=9k?, 0=0.1 疔,VCC=6V, VEE=-6V，此時(shí) f=500Hz仿真結(jié)果Osrillnsfope-XSCI冥>TmnChan砒L人chan卿1_日.T1 4 +03.0 nr?-5.117 VRwrHT2 4 +051,06? rT*55,L17V1T汀L1-M6 mslazH VSaveFxt.牛映円，TlfnubdSdChdrird AchaniKl BTf陰百TScBie：如 i* 1 二金B(yǎng)k： |5 V/DfvScbJ»: 5 V/DivEda*:廳1孔0 B L4X pG&#

4、163;.(Drv)21"丫 pos.(Dfvj: 0¥ pos.CDrv): 1 0"閉：A 1|們| Arid迂 0 1 r)c|AC 1 0 1 DC 1 '5inqlErjormnl Autu tipne |仿真分析500Hz,幅度為5V的方波，符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要由上圖可以看出，輸出波形為頻率為 求。II 濾波器設(shè)計(jì)思路我們知道，方波信號可以分解為：f(t)4U(Sin t 討2-sin 5 t5取 RF=20k此時(shí)Q這里我們分別采用兩個有源帶通濾波器來實(shí)現(xiàn)基波和三次諧波的提取。,R, = 10k空=3R113Auf可以盡量大'這樣通帶寬度越窄

5、'選擇性也盡量好1)500Hz濾波器一提取基波電路設(shè)計(jì)仿真結(jié)果Orillcjsfnpe-XSCl<>T mejh抄"創(chuàng)_玄ChanT E口 +1*1IO.WjH 5*剜VH*vfr»T? * +to 66；slaosTUT?訂1LQ32pns觀叭EV5 ar#E>L trigger1 TmehnspOiannel AChnininpl BTriggerScale; |h E如和*V 'Scale： 5 v/DivSex； 5 V；CivEdge； 71 71 s r:0Y (MS.tLJtV)： 0rpoiLUM； 0LWCL ID1 V

6、1麗 Acdi| e/A AfaAC 0 邑1AC tl DC -1II1Smq fl rjQrmsIll Autfl | rJor*e |仿真分析由上圖可以發(fā)現(xiàn)該濾波器提取的正弦波波形很清晰，頻率符合要求。2)1500Hz濾波器一提取三次諧波電路設(shè)計(jì).伽:少，.R4-VW-C3:1|jF102 RCC4TP一嚴(yán)誌-T -.RG-AVvl.lkQVcf : r 15VVEE 741U12 * 1.1k* 0.1 F1447 Hz仿真結(jié)果仿真分析由上圖發(fā)現(xiàn)，輸出正弦波頻率約為1500Hz,波形不如基波好看，出現(xiàn)部分失真。III移相器電路 電路設(shè)計(jì)R9"Wv- ”SJkflRIO-wv9

7、.1hlVEE-1SVU3C6OJpF J741I _ LXSC3 .167 - vccPS! -.Mb.R12：:;1kQ 40% K 嚴(yán)AQ(Un U1)j C RUnUiUiUoutRR2Uoutj CR >Un j CR 1我們這里取RR2=9.1k此時(shí)相移范圍為0 : 180在實(shí)際電路中電位器最終調(diào)到987 QIV 加法器電路電路設(shè)計(jì)R13W":iQkp : VE c L-W-iMktl«11 -:lUhtl :4 w - _ M o . rol15VU4Mlvcc.I. 卜丿 電斗0"jhlTW：.n。L .ISV因?yàn)閡oRf(U1u2)，又 R

8、F=R=R2=10k?,R所以Uo(UiU2)仿真結(jié)果Os dllof cope-XSC4AverseExt, tnggfrTI «- 4JT2 +T2 T1TiftHn.ouu m=140.000 fiwOhWDSChdnntl_e llkOtW'V -lo.aM'V Dj» VOidniitl9.418 Y'q<44S V0.000 VSalt： L ma/PwScam; 5 WDivSals: 5 Vj'DIV5ClOiY poi-fOtv): Dyr Add a 仏 A/3 1Q DCYpot.Mj 0 (71DC .Tlmtb

9、asChcnnflLAChannel BSingle Wurm別 AutO'| PlongTnqqw巨耶：巨V囚_匸D>仿真分析波形不完全對稱，這 若要求加法器輸出波由上圖仿真結(jié)果可以看出，加法器加和后的波形較方波發(fā)生器產(chǎn)生的方波幅值小, 頻率基本一致，這主要是因?yàn)闉V波器電路本身也會改變幅值； 主要是因?yàn)橐葡嗥麟娐窙]有完全消除濾波期間產(chǎn)生的相位差。即可達(dá)到該要求。綜上所形與輸入方波相位完全吻合， 可以再加一個移相器電路， 述，該電路基本符合實(shí)驗(yàn)要求。V 整體仿真電路(2)列出系統(tǒng)需要的元器件清單:清單兀器件數(shù)量方波發(fā)生器UA741110k?20.1 卩 F19k?1濾波器UA74

10、120.1 卩 F4100k?電位器150k?電位器13k?21.1k?210k?220k?2移相器UA74119.1k?20.1 卩 F11k?電位器1疊加電路UA741110k?4四、硬件電路功能與指標(biāo)，測試數(shù)據(jù)與誤差分析（實(shí)驗(yàn)要求）（1）硬件實(shí)物圖（照片形式）i - H- " （2）制定實(shí)驗(yàn)測量方案（例如測量條件，使用儀器儀表等等）：方波發(fā)生電路：用示波器觀察輸出方波波形，與實(shí)驗(yàn)要求波形對比， 反思不同之處的原因并改正；濾波器電路：示波器 CH1接方波發(fā)生電路產(chǎn)生的方波，CH2分別接500Hz和1500Hz的濾波器輸出端，分別對比與方波的差別，記錄波形的各項(xiàng)參數(shù)，如 輸出幅值、

11、輸出頻率，并記錄下波形圖像；移相器電路：用示波器 CH1接輸入波形，CH2接輸出波形，比對二者的相位 的變化，并記錄下相位差；加法器電路：將示波器的CH1接到電路產(chǎn)生的方波，CH2接到加法器電路的輸出端，觀察比對二者的區(qū)別，并記錄波形參數(shù)FFT:利用示波器的FFT功能對合成波進(jìn)行頻譜分析，用頻域圖顯示出合成波從0HZ到100kHz的載頻，觀察合成波中各分量的比重大小。調(diào)試電路的方法和技巧：1）1)2)3)4)5)2)由于是系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行分步調(diào)試，確保每一模塊的功能正常，再進(jìn)行總體 框架分析，可以提高調(diào)試效率和目的性；在輸出波形不正常時(shí)首先應(yīng)當(dāng)檢查電路搭接是否正確，是否存在插錯線的情 況；3

12、)利用實(shí)驗(yàn)室電壓的時(shí)候應(yīng)該確保與示波器共地；(4)測試的數(shù)據(jù)和波形并與仿真設(shè)計(jì)結(jié)果比較分析：(由于仿真結(jié)果在電路設(shè)計(jì)步驟已給出，此處不再贅述)1) 方波GW in ffrac頑th沁“丈P4格式Sep儲存O屋大俏4隋狗 附帕很俏Ch orfft層t俏5 町軍th Off保#設(shè)良俑嘰載題«載設(shè)吾比較分析：輸出波形線條比較直，輸出幅值為5V,輸出頻率為502.4HZ,與實(shí)驗(yàn)要求基本一致，且誤差較小，符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期G 山 riSTEKIHfc pljj IHSaC口 T比增I'佩序圖凍I女件搐式Bmp.J'/皆墨模止«#©塔戸艮鬥飾tiff»最儀

13、酉-fi »iu 檢pT率 Ch Offtills 修臣 12 (WP礦率 562-5HzInb d 6.00叭 I (I f探存變爭保存設(shè)iS謂取i箜直晳眉標(biāo)燥基波頻率/Hz峰峰值/Vpp實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)502.512.8理論值50012.7誤差0.5%0.78%比較分析：由上圖及上表數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過500Hz濾波器的濾除效果還是很不錯的，對其他頻率的諧波濾除效果較好，輸出波形為502.5Hz、12.8VPP的正弦波，與理論值誤差控制在 1%以，符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期。3) 三次諧波Iflk plM 5MS"st -dr；T保療艮IK(I丄$區(qū)倉-1.2BU 0 頂牢 1 /iftflM

14、h.廠：.t''J-/交杵格式Btnpfttrr尬最KW 2.I2W &亍小愎卮6 ft"®丘卜世2.1fW Q率Ch OFfa助應(yīng)用anjuh ffl HMW)* I：ft J三次諧波頻率/Hz峰峰值/Vpp實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1.506k4.28理論值1.5k4.24誤差0.4%0.94%W1ZK 直比較分析：由上圖及上表中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，該1500Hz的濾波器的濾除效果也比較好,有失真，輸出頻率和輸出幅值在誤差圍，符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期。«1収濃五 垢弭牯媼輸出波形沒4)移相器輸入輸出波形相位差lUk pE甘廠I T陽咼課存圈做文件梏NBmp儲存0 % 5V

15、ft最Mrs c.aeu 頻率saa.?蚯 J 2M -調(diào)啾ft®If«瞰設(shè)e1數(shù)據(jù)分析：在此移相器電路中，我利用的是移動基波相位來調(diào)整基波與三次諧波之間的相位關(guān)系， 而輸入輸出相位差為 144.3。，即為此移相器移動的相位大小，可以發(fā)現(xiàn)，該移相器對 信號幅值影響不大，實(shí)現(xiàn)了移相器的功能。5) 合成波Gtuin?TEK lah pU 2HSmjBmp嵯峰國13.4M Io茫車o骯屮 a -7'00yOBlfflg Yl.yX SflHiw d fLRf）陋 j0:M3F嶂嗟叵U箱助程用傑存渲瞎比較分析：將輸出合成波與輸入方波信號進(jìn)行比對，可以發(fā)現(xiàn)二者存在-41.3&

16、#176;的相位差，實(shí)際上我們可以通過再加一個UA741調(diào)節(jié)三次諧波的相位，從而使合成波的相位與方波相位完全吻合；觀察輸出波形發(fā)現(xiàn)該波形部分不對稱，原因是移相器部分并沒有完全消除基波與三次諧波之間的相位差，導(dǎo)致輸出波形不完全對稱。總的來說，該合成波符合實(shí)驗(yàn) 要求。6) 合成波的 FFTPLTrifl'd保存限ft口 pm.fwiT in MB inndfi 厶,J4RHnbHs A in "Rd© lSeWHHzIzdi京忡福式©mpI *10 ：OJ&-lUQjdQ '=L.O低九直82Vff7艇理*i保 irfeK由上圖可以看出，O 1

17、表示500Hz的基波分量，02表示1500Hz的三次諧波分量。7)500Hz濾波器幅頻特性曲線醞WOO© flKN1M2WSJLH2'flHE:-S嘶衛(wèi)畫 lot 5岳再宜于5： ZWli8)1500Hz濾波器幅頻特性曲線J.CnIODO調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法:方波發(fā)生電路輸出波形不是方波，檢查電路后發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室電壓并未與 導(dǎo)致工作電平不對稱，輸出波形失真，將實(shí)驗(yàn)室電壓源與EPI共地,EPI共地后即可解決該問題;2)這是因?yàn)槲茨軌驅(qū)⒍嘤嚯s波濾除干凈。濾波器提取的波形失真，之后，提高了品質(zhì)因素，壓縮了通帶寬度，使得濾波器具備更好的選擇性在改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)電路1)五、(1)1

18、)2)實(shí)驗(yàn)總結(jié)闡述設(shè)計(jì)中遇到的問題、原因分析及解決方法：方波發(fā)生電路輸出波形不是方波，檢查電路后發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室電壓并未與EPI共地,導(dǎo)致工作電平不對稱，輸出波形失真，將實(shí)驗(yàn)室電壓源與EPI共地后即可解決該問題；濾波器提取的波形失真， 這是因?yàn)槲茨軌驅(qū)⒍嘤嚯s波濾除干凈。 在改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)電路 之后，提高了品質(zhì)因素，壓縮了通帶寬度，使得濾波器具備更好的選擇性總結(jié)設(shè)計(jì)電路和方案的優(yōu)缺點(diǎn)：(2) 優(yōu)點(diǎn)： 較好地實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)要求， 方波發(fā)生器產(chǎn)生的方波、 兩個濾波器提取的波形都與理論波形 具有較好的契合度， 移相器也可以很好地實(shí)現(xiàn)移相效果， 最終加法器電路輸出的合成波 波形也符合實(shí)驗(yàn)要求； 由濾波器的幅頻特性曲線可以看出， 兩個濾波器的濾除效果較好； 缺點(diǎn)：由于 uA74