信號分解與合成實驗數(shù)據(jù)報告范文

1、信號分解與合成實驗數(shù)據(jù)報告一、實驗?zāi)康?、觀察電信號的分解。2、掌握帶通濾波器的有關(guān)特性測試方法。 3、觀測基波和其諧波的合成。二、實驗內(nèi)容1、觀察信號分解的過程及信號中所包含的各次諧波。 2、觀察由各次諧波合成的信號。三、預(yù)備知識1、了解李沙育圖相關(guān)知識。2、課前務(wù)必認(rèn)真閱讀教材中周期信號傅里葉級數(shù)的分解以及如何將各次諧波進(jìn)行疊加等相關(guān)內(nèi)容。四、實驗儀器1、信號與系統(tǒng)實驗箱一臺（主板）。2、電信號分解與合成模塊一塊。 3、20M 雙蹤示波器一臺。五、實驗原理任何電信號都是由各種不同頻率、幅度和初相的正弦波迭加而成的。對周期信號由它的傅里葉級數(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

2、號包含了從零到無窮大的所有頻率成份，每一頻率成份的幅度均趨向無限小，但其相對大小是不同的。通過一個選頻網(wǎng)絡(luò)可以將電信號中所包含的某一頻率成份提取出來。本實驗采用性能較佳的有源帶通濾波器作為選頻網(wǎng)絡(luò)，因此對周期信號波形分解的實驗方案將被測方波信號加到分別調(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。本實驗所用的被測信號是1=53Hz 左右的周期信號，而用作選頻網(wǎng)絡(luò)的五種有源帶通濾波器的輸出頻率分別是1、因而能從各有源帶通濾波器的兩端觀察22、33、44、55，到基波和各次諧波。其中，在理想情況下，如方波的偶次諧波應(yīng)該無輸

3、出信號，始終為零電平，而奇次諧波則具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）。但實際上因輸入方波的占空比較難控制在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使得偶次諧波分量不能達(dá)到理想零的情況。六、實驗步驟1、把系統(tǒng)時域與頻域分析模塊插在主板上，用導(dǎo)線接通此模塊“電源接入”和主板上的電源（看清標(biāo)識，防止接錯，帶保護(hù)電路），并打開此模塊的電源開關(guān)。2、調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，使其輸出53Hz 左右（其中在50Hz 56Hz 之間進(jìn)行選擇，使其合成的效果更好）的方波（要求方波占空比為50%，這個要

4、求較為嚴(yán)格），峰峰值為5V 左右。將其接至該實驗?zāi)K的各帶通濾波器的“輸入”端, 用示波器觀察各帶通濾波器的輸出。（注：觀察頻率時，可打開實驗箱上的頻率計實驗?zāi)K。即按下該模塊電源開關(guān)S2。）3、用示波器的兩個探頭，直接觀察基波與三次諧波的相位關(guān)系，或者采用李沙育圖的方法，同時考察其幅度關(guān)系，看其相位差是否為零，幅度之比是否為3:1（可以用相應(yīng)帶通濾波器中的調(diào)幅和調(diào)相電位器進(jìn)行相關(guān)的調(diào)節(jié)，保證了相位和幅度滿足實驗的要求，以下的步驟中均可用到調(diào)相和調(diào)幅，使我們認(rèn)識到調(diào)相和調(diào)幅在信號分解和合成的重要性）。4、將方波分解所得基波和三次諧波, 用導(dǎo)線與其對應(yīng)的插孔相連，觀測加法器的輸出“合成”波形，并

5、記錄所得的波形。5、同時考察基波、三次諧波、五次諧波的相位和幅度的關(guān)系，還是用李沙育圖觀察其相位關(guān)系，用觀察法使其幅度關(guān)系為5:3:1，。6、驗證各高次諧波與基波之間的相位差是否為零。可用李沙育圖形法進(jìn)行測量，其方法如下：用導(dǎo)線將函數(shù)發(fā)生器的方波輸出端與帶通濾波器輸入端連接起來，即把方波信號分先后送入各帶通濾波器具體方法一：基波與標(biāo)準(zhǔn)同頻同相信號相位比較（李沙育相位測量法）把函數(shù)信號發(fā)生器模塊產(chǎn)生的正弦波電壓調(diào)至5V （峰峰值），使其送入示波器的X 軸，再把BPF-1的基波送入Y 軸，示波器采用X-Y 方式顯示，觀察李沙育圖形。（注：當(dāng)濾波器的增益不為1時，即X 軸和Y 軸信號幅度不一致時，在

6、=900時其李沙育圖形并不為圓，而是橢圓，但其是垂直橢圓，與00當(dāng)兩信號相位差為00時，波形為一條直線；當(dāng)兩信號相位差為900時，波形為一個圓；當(dāng)兩信號相位差為00A 00B =00 =900 00具體方法二：基波與各高次諧波相位比較（李沙育頻率測試法）把BPF-1處的基波送入示波器的X 軸，再分別把BPF-31、BPF-51處的高次諧波送入Y 軸，示波器采用X-Y 方式顯示，觀察李沙育圖形。當(dāng)基波與三次諧波相位差為00（即過零點重合）、900、1800時，波形分別如圖3-3所示。=00 =900 =1800以上是三次諧波與基波產(chǎn)生的典型的Lissajous 圖，通過圖形上下端及兩旁的波峰個數(shù)

7、，確定頻率比，即3：1，實際上可用同樣的方法觀察五次諧波與基波的相移和頻比，其應(yīng)為5：1。7、方波波形合成（1）將函數(shù)發(fā)生器輸出的53Hz 左右（其中在50Hz 56Hz 之間進(jìn)行選擇，使其輸出的效果更好）方波信號送入各帶通濾波器輸入端。（2）在五個帶通濾波器輸出端逐個測量各諧波輸出幅度，（3）用示波器觀察并記錄加法器輸出端基波與各奇次諧波的疊加波形七、實驗報告1、根據(jù)實驗測量所得的數(shù)據(jù)，繪制方波及其基波和各次諧波的波形、頻率和幅度（注意比例關(guān)系）。作圖時應(yīng)將這些波形繪制在同一坐標(biāo)平面上。以便比較各波形和頻率幅度。2、將基波、三次諧波、五次諧波及三者合成的波形一同繪畫在同一坐標(biāo)平面上，并且把在

8、實驗內(nèi)容3中所觀測到的合成波形也繪制在同一坐標(biāo)低上。3、畫出方波信號分解后，鑒別基波與各奇次諧波的李沙育圖形。詳細(xì)整理實驗數(shù)據(jù)，并畫出波形分解與合成的波形。4、分析相位、幅值在波形合成中的作用。 5、總結(jié)實驗和調(diào)試心得意見。 (1)方波：（2）基波：（3）基波，各奇次諧波疊加的波形：八、實驗思考題1、考慮實驗中出現(xiàn)誤差的原因是什么？答：原因可能是電流的輸入不穩(wěn)定、儀器的老化等。2、什么是吉布斯效應(yīng)，它是如何產(chǎn)生的，它的具體的表現(xiàn)是什么？答：將具有不連續(xù)點的周期函數(shù)（如矩形脈沖) 進(jìn)行傅立葉級數(shù)展開后, 選取有限項進(jìn)行合成.當(dāng)選取的項數(shù)越多, 在所合成的波形中出項的峰起越靠近原信號的不連續(xù)點. 當(dāng)選取的項數(shù)很大時, 該峰起值趨于一個常數(shù), 大約等于總跳變值的9%.這種想像成為吉布斯現(xiàn)象.實驗測試點的說明 1、測試點分別為： “輸入”：模