東南大學(xué)模擬電子電路實(shí)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、分解與合成院系：專業(yè)：某某：學(xué)號(hào)：實(shí)驗(yàn)室：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日評(píng)定成績(jī)：審閱教師：波形的產(chǎn)生、分解與合成實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握方波信號(hào)產(chǎn)生的根本原理和根本分析方法，電路參數(shù)的計(jì)算方法，各參數(shù)對(duì)電路性能的影響；.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有源濾波器的根本參數(shù)的測(cè)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根本類型、選型原如此和設(shè)計(jì)方法。.掌握多級(jí)電路的級(jí)聯(lián)安裝調(diào)試技巧；.熟悉FilterPro 、Mult

2、iSim軟件高級(jí)分析功能的使用方法。實(shí)驗(yàn)容設(shè)計(jì)并安裝一個(gè)電路使之能夠產(chǎn)生方波，并從方波中別離出主要諧波，再將這些諧波合成為原始信號(hào)或其他周期信號(hào)。(1)設(shè)計(jì)一個(gè)方波發(fā)生器，要求其頻率為500Hz,幅度為5V;(2)設(shè)計(jì)適宜的濾波器，從方波中提取出基波和3次諧波；(3)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。(4)設(shè)計(jì)一個(gè)加法器電路，將基波和3次諧波信號(hào)按一定規(guī)律相加，將合成后的信號(hào)與原始信號(hào)比擬，分析它們的區(qū)別與原因。三、電路設(shè)計(jì)(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)容、技術(shù)指標(biāo)與實(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)2RCln 一R一2R 凡 1R 2R

3、Cln(1 2 11)R2“R2RCln(12 -1)R2這里取 R= R=i0k? , R2=9k?, Ci=0.1 此VCC=6V, VEE=-6V ,此時(shí) f=500Hz仿真結(jié)果仿真分析由上圖可以看出，輸出波形為頻率為500Hz,幅度為5V的方波，符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。II 濾波器設(shè)計(jì)思路我們知道，方波信號(hào)可以分解為：4U1f (t ) (sin t - sin 3 t這里我們分別采用兩個(gè)有源帶通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)基波和三次諧波的提取。取岸=20k , R=10kR故 Af1RT =3此時(shí)Q 1可以盡量大，這樣通帶寬度越窄，選擇性也盡量好3 Af1) 500Hz濾波器一提取基波 電路設(shè)計(jì)fo112

4、 RC 2 * 3k * 0.1 F531Hz仿真結(jié)果Time channfei_A ctenncljB10 662r10.057 VB3s5S3mVTimebnseChannel AChannel BScat: 5 訝dmY p09,0l 0RewrieSbwEL triggerTriggerLd;e- 團(tuán)七上Level； q I vStvgte Normal Auto |itone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)fo112 RC 2 * 1.1k* 0.1 F1447 Hz仿真結(jié)果ReverseSaut e

5、m. triggerTimeCh 曰 nr el_AChanncLBtoo.70S ms 2 soa v 101J61 ms2,B35 V65M西 us29.B82 mVTime baseChannel AChannel BTriggerScale： 50C us/OhfSeal電：值DN:Sc詞由 5 V/DwEdgs; T T 7| B ExX potfOv: 丫曄（口卬）：口|明乩（口衲：0Level: q| y|tTr| Add 國(guó)a a/b|a匚0 DC ACl 0 DC -5ng幅 Mcimialkng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)局部失

6、真。III移相器電路電路設(shè)計(jì) TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark44 o Current Document U Ui )j C 心1R3UinUiUiUoutj CR及Uout =3RiUT - j CR i我們這里取R,R2=9.ik此時(shí)相移范圍為0 1 180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)XSC4因?yàn)閡o岸,一.、一一-(u1u2),又 RF=R=R2=10k?,R所以u(píng)o(UiU2)仿真結(jié)果波形不完全對(duì)稱，這 假設(shè)要求加法器輸出 即可達(dá)到該要求。綜上仿真分析由上圖仿真結(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

7、小, 頻率根本一致，這主要是因?yàn)闉V波器電路本身也會(huì)改變幅值;主要是因?yàn)橐葡嗥麟娐窙](méi)有完全消除濾波期間產(chǎn)生的相位差。波形與輸入方波相位完全吻合，可以再加一個(gè)移相器電路,所述，該電路根本符合實(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?2心F19k?1濾波命uA7412F4100k?電位器150k?電位器13k?21.1k?210k?220k?2移相器uA74119.1k?20.1 科 F11k?電位器1疊加電路uA741110k?4四、硬件電路功能與指標(biāo)，測(cè)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：（2）制定實(shí)驗(yàn)測(cè)量方案例如測(cè)量條件

8、，使用儀器儀表等等 ：1）方波發(fā)生電路：用示波器觀察輸出方波波形，與實(shí)驗(yàn)要求波形比照， 反思不同之處的原因并改正；2）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，分別比照與方波的差異，記錄波形的各項(xiàng)參數(shù)，如 輸出幅值、輸出頻率，并記錄下波形圖像；3）移相器電路：用示波器 CH1接輸入波形，CH2接輸出波形，比對(duì)二者的相位的變化，并記錄下相位差；4）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(duì)二者的區(qū)別，并記錄波形參數(shù)5） FFT:利用示波器的 FFT功能對(duì)合成波進(jìn)展頻譜分析，用頻域圖顯示出

9、合成波 從0Hz到100kHz的載頻，觀察合成波中各分量的比重大小。（3）調(diào)試電路的方法和技巧：1）由于是系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)展分步調(diào)試， 確保每一模塊的功能正常，再進(jìn)展總體框架分析，可以提高調(diào)試效率和目的性；2）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(cuò)線的情 況；3）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(cè)試的數(shù)據(jù)和波形并與仿真設(shè)計(jì)結(jié)果比擬分析：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）方波叫EEK女除格式倩存輔的成第屎存波形謫取設(shè)百場(chǎng)輯標(biāo)壬IklSn/s黑存圖命文怦格式精財(cái)應(yīng)用保存調(diào)商調(diào)取冠彤。靛墳百E 做內(nèi)產(chǎn)嚏值削行根情最小值 解萌率C。蜂帽膽1：。初率

10、5H2。啤牌俏l BU 理五50上戳峰限百相肝工日帆1 n最小情r-.wu昨蜂歸物率仍相忖N 500一q 34球 I-0-保存國(guó)奧比擬分析：輸出波形線條比擬直，輸出幅值為5V,輸出頻率為502.4Hz,與實(shí)驗(yàn)要求根本誤差較小，符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期2) 基波基波頻率/Hz峰峰值/Vpp實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)502.512.8理論值50012.7慶方0.5%0.78%比擬分析：由上圖與上表數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過(guò)500Hz濾波器的濾除效果還是很不錯(cuò)的，對(duì)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.

11、24慶方0.4%0.94%1%以，符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期。叫 nffTEM保if劇作在件格式方工模式觸存UK值之，儂(1前小氈T-1即幽峰坪溺。薊王 1 WfiMt/口均方根卮Cli Off型下Ch (Iff拒位q墉輯驚坐r.產(chǎn),F5保存世出保值俄五調(diào)眼及形能取出石4)移相器輸入輸出波形相位差有失真，輸出頻率和輸出幅值在誤差圍，符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期。oinsreK文件楮式他存船峰眸正神助施用副取波殷J最小嘀-6.M0書位 V14，：最大值B-3W甄率 58S,3H?保存圖能比擬分析:由上圖與上表中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，該1500Hz的濾波器的濾除效果也比擬好，輸出波形沒(méi)數(shù)據(jù)分析：在此移相器電路中，我利用的是移動(dòng)基波相位

12、來(lái)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(dòng)的相位大小，可以發(fā)現(xiàn)，該移相器對(duì)保存國(guó)瞌文懺格式輔助應(yīng)用前身激解調(diào)取設(shè)苣應(yīng)睥值13.4U* “.”7。陰X值6 4*1 電 郵蒙JH之.刎K。最小置少需則 41r然存圖吃信號(hào)幅值影響不大，實(shí)現(xiàn)了移相器的功能。5) 合成波比擬分析：將輸出合成波與輸入方波信號(hào)進(jìn)展比對(duì)，可以發(fā)現(xiàn)二者存在-41.3。的相位差，實(shí)際上我們可以通過(guò)再加一個(gè) 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)該波形局部不對(duì)稱，原因是移相器局部并沒(méi)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(duì)

13、稱。總的來(lái)說(shuō)，該合成波符合實(shí)驗(yàn) 要求。合成波的FFTL 川區(qū)圖工布日加y o下面1成辟胃12 4U Q粒下 SRI SH.物均力根通口最卜區(qū)S.fiflU 翎邙中SHI但厚瘴值1fl吩唱地1省吊模式開 關(guān)lamjQGmnSTEK IRh y.ij. INSu/yi) * afih ir fwr尻 & 1NM8WU 4WndB占 L/WlrH? d IR 4dR izdt保存固晤|軸助威用保圖像保存修置再眼波正文n格食Bmp由上圖可以看出，。1表示500Hz的基波分量，。2表示1500Hz的三次諧波分量。500Hz濾波器幅頻特性曲線8)1500Hz濾波器幅頻特性曲線(5)調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因與

14、排除方法：1)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(duì)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(wèn)題；2)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。在改良了實(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五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)(1)闡述設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題、原因分析與解決方法：1)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(duì)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(wèn)題；2)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。在改良了實(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(2)總結(jié)設(shè)計(jì)電路和方案的優(yōu)缺點(diǎn)：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(gè)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(gè)濾波器的濾除效果較好； 缺點(diǎn)：由于UA741器件數(shù)量較少，便沒(méi)有做兩個(gè)移相器，導(dǎo)致最終合成波的波形與輸入方波信