信號(hào)分解與合成實(shí)驗(yàn)

1、深 圳 大 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 課程名稱： 信號(hào)與系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱： 信號(hào)的分解與合成實(shí)驗(yàn) 學(xué)院： 信息工程工程學(xué)院 專業(yè)： 電子信息工程 指導(dǎo)教師： 報(bào)告人： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交時(shí)間： 教務(wù)處制一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 觀察信號(hào)的分解。2、 掌握周期信號(hào)分解為基波與其諧波的基本原理。3、 掌握由基波和其諧波合成周期信號(hào)的基本原理。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 觀察信號(hào)分解的過程及信號(hào)中所包含的各次諧波。2、 觀察由各次諧波合成的信號(hào)三、 實(shí)驗(yàn)儀器1、 信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)（主板）2、 電信號(hào)分解與合成模塊一塊。3、 20M雙蹤示波器一臺(tái)。四、 實(shí)驗(yàn)原理1、任何信號(hào)都是由各種不同頻率

2、、幅度、和初相的正弦波疊加而成。對(duì)周期信號(hào)由它的傅立葉級(jí)數(shù)展開式可知，各次諧波為基波頻率的整數(shù)倍。而非周期信號(hào)包含了從零到無窮大的所有頻率成分，每一頻率分量的幅度均趨向于無限小，但其相對(duì)大小是不同的。 通過一個(gè)選頻網(wǎng)絡(luò)可以將信號(hào)中所包含的某一頻率成分提取出來。本實(shí)驗(yàn)采用性能較佳的有源帶通濾波器作為選頻網(wǎng)絡(luò)，因此對(duì)周期信號(hào)波形分解的實(shí)驗(yàn)方案如圖（1）所示。 將被測方波信號(hào)加到分別調(diào)諧于其基波和各次奇諧波頻率的一系列有源帶通濾波器電路上。從每一有源帶通濾波器的輸出端可以用示波器觀察到相應(yīng)頻率的正弦波。實(shí)驗(yàn)所用的被測信號(hào)是左右的周期信號(hào)，而作為選頻網(wǎng)絡(luò)的五種有源帶通濾波器的輸出頻率分別為、2、3、4

3、、5，因而能從各有源帶通濾波器是兩端觀察到基波和各次諧波。其中，在理想情況下，方波的偶次諧波應(yīng)該無輸出信號(hào)，始終為零電平，而奇次諧波則有很好的幅度收斂性，理想情況下，奇次諧波中一、三、五、七、九次諧波的幅度比應(yīng)為1：（1/3）: (1/5) : (1/7) : (1/9)。但實(shí)際上因輸入方波的占空比比較難控制在50%，且方波可能有少量失真以及濾波器本身濾波特性的有限性都會(huì)使得偶次諧波分量不能達(dá)到理想零的情況。 為了改善模擬濾波電路濾波效果不理想的情況，信號(hào)分解與合成模塊還提供了數(shù)字方式來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分解，由方波分解出其基波、三次諧波、五次諧波、七次諧波。調(diào)節(jié)調(diào)幅電位器W01、W02、W03可以將

4、基波，三次諧波，五次諧波，七次諧波的幅度調(diào)節(jié)成1：1/3 : 1/5 : 1/7,通過導(dǎo)線將其連接至信號(hào)的合成的輸入插座IN01、IN02、IN03、IN04J，通過測試勾可以觀察到合成后的波形。2、驗(yàn)證三次諧波與基波之間的相位差是否為，五次諧波與基波之間的相位差是否為?？捎美钌秤龍D形法進(jìn)行測量，其測量方法如下：用導(dǎo)線將函數(shù)發(fā)生器的方便輸出端與帶通濾波器輸入端連接起來，即把方波信號(hào)分先后送入各帶通濾波器，如圖（1）所示。具體方法：基波與各高次諧波相位比較（李沙育頻率測試法）把BFP-處的基波送入示波器的X軸，再分別把BFP-3、BFP-5處的高次諧波送入Y軸，示波器采用X-Y方式顯示，觀察李沙

5、育圖。當(dāng)基波與三次諧波相位差為、時(shí)，波形分別如圖所示。 以上是三次諧波與基波產(chǎn)生的典型的李沙育圖，通過圖形上下端及兩旁的波峰個(gè)數(shù)，確定頻率比。五、 實(shí)驗(yàn)步驟與相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1、把電信號(hào)分解與合成模塊插在主板上，用導(dǎo)線接通此模塊“電源插入”和主板上的電源，并打開此模塊的電源開關(guān)。2、調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，使其輸出10KHz左右的方波，占空比為50%，峰峰值為6V左右，如圖（2）所示。將其接至該實(shí)驗(yàn)?zāi)K的“輸入端”，用示波器觀察各次諧波的輸出即各次諧波，分別如圖（3）、圖（4）、圖（5）、圖（6）所示。圖（2） 輸出方波信號(hào) 圖（3）基次諧波 圖（4）三次諧波 圖（5）五次諧波 圖（6）七次諧波3、

6、信號(hào)的分解實(shí)驗(yàn)提供兩種方式即分立元件模擬方式和數(shù)字方式。該實(shí)驗(yàn)采用數(shù)字方式。數(shù)字方式采用單片機(jī)輸出各次諧波分量的采樣值，然后經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換出各次諧波，基波幅度已經(jīng)固定，只需調(diào)節(jié)其他諧波的幅度，操作比較方便。數(shù)字方式需要同時(shí)打開電源開關(guān)S1、S2。4、用示波器的兩個(gè)探頭，直接觀察基波和三次諧波的相位關(guān)系，或者采用李沙育圖的方法，看其相位差是否為180，同時(shí)考察其幅度關(guān)系，幅度之比是否為3：1.采用李沙育圖觀察基波和三次諧波的相位關(guān)系如圖（7），可知道其相位為180. 圖（7）從示波器中觀察基波和三次諧波的峰峰值之比，可知其幅度比為3：1，如圖（8）所示 圖（8）5、信號(hào)分解的數(shù)字方式可直接觀察分解

7、出的基波，三、五、七次諧波，并通過調(diào)節(jié)電阻W01、W02、W03可依次對(duì)應(yīng)的改變?nèi)?、五、七次諧波的信號(hào)幅度。通過調(diào)節(jié)W01、W02、W03可以使基波、三、五、七次諧波滿足1：1/3 : 1/5 : 1:7的比例關(guān)系。調(diào)節(jié)之后的結(jié)果可通過觀察波形的峰峰值來得到相應(yīng)比例關(guān)系。基波與三次諧波調(diào)節(jié)成1：1/3的關(guān)系，其示波器圖如圖（8）所示?；ㄅc五次諧波的1：1/5關(guān)系如圖（9）所示，基波與七次諧波的1：1/7的關(guān)系如圖（10）所示。 圖（9） 基波：五次諧波=1：1/5圖（10）基波：七次諧波=1：1/76、將方波分解所得基波和三次諧波，用導(dǎo)線與其對(duì)應(yīng)的插孔相連，觀測加法器的輸出合成波形，并記錄所

8、得的波形。實(shí)驗(yàn)記錄波形如圖（11）所示。圖（11）基波和三次諧波用加法器合成后輸出波形7、用示波器的兩個(gè)探頭，直接觀察基波和五次諧波的相位關(guān)系，或者采用李沙育圖的方法，看基波和五次諧波的相位差是否為0，同時(shí)考察其幅度關(guān)系，幅度之比是否為5：1.采用李沙育圖觀察到基波和三次諧波的相位關(guān)系如圖（12）所示，滿足相位差為0的關(guān)系。圖（12）8、將方波分解所得基波和三次諧波，五次諧波，用導(dǎo)線與其對(duì)應(yīng)的插孔相連，觀測加法器的輸出合成波形，并記錄所得的波形。 實(shí)驗(yàn)所得波形如圖（13）所示。 圖（13）9、方波波形合成將函數(shù)發(fā)生器輸出的10kHz左右的方波波形送入各帶通濾波器輸入端。逐個(gè)測量各諧波輸出幅度、

9、波形，然后將基波及各高次諧波分別與信號(hào)合成的IN01IN05任意一個(gè)相連，觀察基波與任何一次或各次諧波合成的波形。用示波器觀察并記錄加法器輸出端基波與各次諧波疊加波形?；ㄅc各次諧波疊加的波形如圖（13）所示。圖（14）為基波和五次諧波通過加法器合成的輸出波形 圖（14）分析相位、幅值在波形合成中起什么作用答：由上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖不難看出，當(dāng)相位合乎實(shí)驗(yàn)要求時(shí)，基波的波峰、波谷對(duì)應(yīng)的是三次諧波的波谷、波峰，三次諧波的波峰、波谷是五次諧波的波谷、波峰，依次類推，而幅值依次是基波的三分一、五分一.則當(dāng)奇次諧波數(shù)是無從大時(shí)，所有奇次諧波與基波合成時(shí)，其值的絕對(duì)值是個(gè)常數(shù)。則能得到方波。總結(jié)實(shí)驗(yàn)和調(diào)試心得意見答：總結(jié);通過這次實(shí)驗(yàn)，掌握了周期信號(hào)分解為基波和其諧波的基本原理還掌握了由基波和其諧波合成周期信號(hào)的基本原理。 心得：在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)該按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求做下去，不然出來的實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)與實(shí)驗(yàn)原理有較大差距。八實(shí)驗(yàn)思考題1考慮實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)誤差的原因是什么？ 答：原因:理論上將各次諧波相加得到合成波;而試驗(yàn)中只是將低次諧波相加，但實(shí)驗(yàn)中忽略了對(duì)合成波影響較小的高次諧波，所以產(chǎn)生誤差，同時(shí)輸出頻率不穩(wěn)定，元件能耗等都對(duì)波形有一定的影響。2什么是吉布斯效應(yīng)，它是如何產(chǎn)生的，它的具體表現(xiàn)