发布时间 : 星期二 文章实验四 信号分解与合成实验 - 图文更新完毕开始阅读4864940d59eef8c75fbfb31c
深 圳 大 学 实 验 报 告
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一、 实验目的： 1、 观察信号的分解。 2、 掌握周期信号分解为基波与其谐波的基本原理。 3、 掌握由基波和其谐波合成周期信号的基本原理。 二、 实验内容 1、 观察信号分解的过程及信号中所包含的各次谐波。 2、 观察由各次谐波合成的信号 三、 实验仪器 1、 信号与系统实验箱一台（主板） 2、 电信号分解与合成模块一块。 3、 20M双踪示波器一台。 四、 实验原理 1、任何信号都是由各种不同频率、幅度、和初相的正弦波叠加而成。对周期信号由它的傅立叶级数展开式可知，各次谐波为基波频率的整数倍。而非周期信号包含了从零到无穷大的所有频率成分，每一频率分量的幅度均趋向于无限小，但其相对大小是不同的。 通过一个选频网络可以将信号中所包含的某一频率成分提取出来。本实验采用性能较佳的有源带通滤波器作为选频网络，因此对周期信号波形分解的实验方案如图（1）所示。 将被测方波信号加到分别调谐于其基波和各次奇谐波频率的一系列有源带通滤波器电路上。从每一有源带通滤波器的输出端可以用示波器观察到相应频率的正弦波。实验所用的被测信号是?1左右的周期信号，而作为选频网络的五种有源带通滤波器的输出频率分别为?1、2?1、3?1、4?1、5?1，因而能从各有源带通滤波器是两端观察到基波和各次谐波。其中，在理想情况下，方波的偶次谐波应该无输出信号，始终为零电平，而奇次谐波则有很好的幅度收敛性，理想情况下，奇次谐波中一、三、五、七、九次谐波的幅度比应为1：（1/3）: (1/5) : (1/7) : (1/9)。但实际上因输入方波的占空比比较难控制在50%，且方波可能有少量失真以及滤波器本身滤波特性的有限性都会使得偶次谐波分量不能达到理想零的情况。 为了改善模拟滤波电路滤波效果不理想的情况，信号分解与合成模块还提供了数字方式来实现信号的分解，由方波分解出其基波、三次谐波、五次谐波、七次谐波。调节调幅2
电位器W01、W02、W03可以将基波，三次谐波，五次谐波，七次谐波的幅度调节成1：1/3 : 1/5 : 1/7,通过导线将其连接至信号的合成的输入插座IN01、IN02、IN03、IN04J，通过测试勾可以观察到合成后的波形。 2、验证三次谐波与基波之间的相位差是否为180，五次谐波与基波之间的相位差是否为0。可用李沙育图形法进行测量，其测量方法如下：用导线将函数发生器的方便输出端与带通滤波器输入端连接起来，即把方波信号分先后送入各带通滤波器，如图（1）所示。 具体方法：基波与各高次谐波相位比较（李沙育频率测试法） 把BFP-?1处的基波送入示波器的X轴，再分别把BFP-3?1、BFP-5?1处的高次谐波送入Y轴，示波器采用X-Y方式显示，观察李沙育图。 当基波与三次谐波相位差为0、90、180时，波形分别如图所示。 以上是三次谐波与基波产生的典型的李沙育图，通过图形上下端及两旁的波峰个数，确定频率比。 3
五、 实验步骤与相应实验结果： 1、把电信号分解与合成模块插在主板上，用导线接通此模块“电源插入”和主板上的电源，并打开此模块的电源开关。 2、调节函数信号发生器，使其输出10KHz左右的方波，占空比为50%，峰峰值为6V左右，如图（2）所示。将其接至该实验模块的“输入端”，用示波器观察各次谐波的输出即各次谐波，分别如图（3）、图（4）、图（5）、图（6）所示。 图（2） 输出方波信号 图（3）基次谐波 图（4）三次谐波 图（5）五次谐波 图（6）七次谐波 4