波形分解與合成實(shí)驗(yàn)

1、專業(yè)：自動化（電氣）姓名：冷嘉昱學(xué)號：3140100926日期：2016.6.1地點(diǎn)：東三211桌號F-2實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：電路與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)老師：張德華 成績：_實(shí)驗(yàn)名稱：波形分解與合成 實(shí)驗(yàn)類型：模擬電路實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.了解有源帶通濾波器的工作原理、特點(diǎn)；2.掌握有源帶通濾波器典型電路的設(shè)計(jì)、分析與實(shí)現(xiàn)；3.學(xué)習(xí)有源帶通濾波器典型電路的頻率特性測量方法、電路調(diào)試與參數(shù)測試，了解其濾波性能；4.了解非正弦信號離散頻譜的

2、含義；5.利用有源帶通濾波器、放大器實(shí)現(xiàn)波形的分解與合成；6.通過仿真方法進(jìn)一步研究有源帶通濾波電路，了解不同的有源帶通濾波器結(jié)構(gòu)、參數(shù)對濾波性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.原理分析；2.頻率特性；3.濾波效果；4.波形的分解與合成。裝 訂 線實(shí)驗(yàn)原理：0.濾波器定義：讓指定頻段的信號通過，而將其余頻段上的信號加以抑制，或使其急劇衰減。（選頻電路）分類：a)按照器件類型分類：無源濾波器：由電阻、電容和電感等無源元件組成；有源濾波器：采用集成運(yùn)放和RC網(wǎng)絡(luò)為主體；b)按照頻段分類：低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（BPF）、帶阻濾波器（BEF）；通帶：能夠通過（

3、或在一定范圍內(nèi)衰減）的信號頻率范圍；阻帶：被抑制（或急劇衰減）的信號頻率范圍；過渡帶越窄，說明濾波電路的選頻特性越好。P.2實(shí)驗(yàn)名稱：波形分解與合成裝 訂 線關(guān)鍵指標(biāo)：傳遞函數(shù)（頻率響應(yīng)特性函數(shù)）Av：反映濾波器增益隨頻率的變化關(guān)系；固有頻率（諧振頻率）fc、c：電路無損耗時(shí)的頻率參數(shù)，其值由電路器件決定；通帶增益：A0（針對LPF）、A（針對HPF）、Ar（針對BPF）；截止頻率（-3dB頻率）fp、p：增益下降到通帶增益時(shí)所對應(yīng)的頻率；品質(zhì)因數(shù)Q：反映濾波器頻率特性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，不同類型濾波器的定義不同（低通、高通濾波器中，定義為當(dāng)f = fc 時(shí)增益模與通帶增益模之比）。1.二階多重負(fù)

4、反饋型有源帶通濾波器電路原理圖：關(guān)鍵指標(biāo)：2.二階單一正反饋型有源帶通濾波器電路原理圖：關(guān)鍵指標(biāo)：P.3實(shí)驗(yàn)名稱：波形分解與合成裝 訂 線3.波形分解與合成傅里葉級數(shù)：滿足狄里赫利條件（即在一個(gè)周期內(nèi)，具有有限個(gè)極值點(diǎn)、有限個(gè)間斷點(diǎn)和絕對可積）的周期函數(shù)均可分解為傅里葉級數(shù)。利用傅里葉級數(shù)，可以將非正弦周期信號分解為一系列不同頻率的正弦分量（即直流信號、基波和各次諧波信號的疊加）。定義一周期信號：f(t)=f(t+kT)，其中T為周期，k為任意整數(shù)；對應(yīng)的傅里葉級數(shù)（三角函數(shù)形式）為：其中，1=2/T稱為基波角頻率，a0、an、bn稱為傅里葉系數(shù)。傅里葉級數(shù)的另種表示方式：其中，A0=a0/2

5、稱為直流分量；A1cos(1t+1)稱為基波分量；n>2以后的分量分別稱為二次、三次至高次諧波分量。波形分解與合成：波形分解：將周期信號分解為直流、基波和高次諧波。（濾波器）波形合成：將直流、基波和足夠多的高次諧波疊加（逼近）成波形。（移相器+加法器）方波信號（峰值為Vm）的傅里葉級數(shù)：P.4實(shí)驗(yàn)名稱：波形分解與合成裝 訂 線三、主要儀器設(shè)備1.ACL-ZD-II型模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱；2.TDS1002C-EDU型數(shù)字示波器；3.LM358集成運(yùn)放；4.DG1022U信號發(fā)生器；5.萬用表。四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟1.二階多重負(fù)反饋型有源帶通濾波器取R1=30k，R2=60k，R3=155

6、.78，R=0k，C1=0.1F，C2=0.1F，按照原理圖連接電路，輸入Vpp=3V（實(shí)測為3.04V）正弦信號，逐漸改變頻率，測量各點(diǎn)幅值與相位值；輸入混頻信號（由加法器電路實(shí)現(xiàn)），觀察濾波效果。2.波形分解與合成輸入采用方波信號，用兩個(gè)中心頻率分別為fm和3fm的帶通濾波器實(shí)現(xiàn)波形分解；用移相器與加法器實(shí)現(xiàn)波形合成。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理1.二階多重負(fù)反饋型有源帶通濾波器f/kHz0.10.20.30.40.50.60.70.80.911.2Vpp/V0.0940.2040.3840.9203.41.120.640.4160.3360.2740.208/º-91.2-93.2-

7、10189291.490幅頻特性相頻特性P.5實(shí)驗(yàn)名稱：波形分解與合成裝 訂 線濾波效果PSpice仿真：P.6實(shí)驗(yàn)名稱：波形分解與合成裝 訂 線2.波形分解與合成電路原理圖：左上為一次諧波電路，左下為三次諧波電路，右上為五次諧波電路，右下為七次諧波電路。一次諧波與原信號P.7實(shí)驗(yàn)名稱：波形分解與合成裝 訂 線三次諧波與原信號一次諧波與三次諧波疊加一次諧波與五次諧波疊加P.8實(shí)驗(yàn)名稱：波形分解與合成裝 訂 線PSpice仿真：六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1.二階多重負(fù)反饋型有源帶通濾波器本次實(shí)驗(yàn)所用濾波器為波形分解實(shí)驗(yàn)中一次諧波電路，標(biāo)稱中心頻率500Hz，由幅頻曲線可

8、得電路基本滿足要求。2.波形分解與合成一次諧波實(shí)驗(yàn)效果較好，但仿真的一次諧波幅值未達(dá)到理論值，原因待查。三次諧波實(shí)驗(yàn)效果也較好，五次諧波的實(shí)驗(yàn)效果較差。因此合成效果一般。七、討論、心得本次實(shí)驗(yàn)的一大挑戰(zhàn)就是電路的設(shè)計(jì)。雖然理論計(jì)算并沒有什么難度，但是由于實(shí)驗(yàn)箱電位器個(gè)數(shù)的限制，電路中所用電阻的阻值很難精確實(shí)現(xiàn)。我采用的方法是先把理論計(jì)算值進(jìn)行近似，例如一次諧波中的R2，用60k的電阻替代63661的精確值。對于近似后仍然難以匹配的電阻，則用串并聯(lián)的方法實(shí)現(xiàn)。而近似導(dǎo)致的誤差顯然極大地影響了實(shí)驗(yàn)效果。一次諧波的效果好是因?yàn)閷?shí)際操作時(shí)R3是用電位器實(shí)現(xiàn)，可調(diào)出最理想的波形，但是三次諧波、五次諧波的