信号分解与合成实验

1、深圳 大 学 实验 报 告课程名称：信号与系统实验项目名称 :信号得分解与合成实验学院：?信息工程工程学院专业：电子信息工程指导教师 :报告人：学号：班级 :实验时间：实验报告提交时间 :教务处制一、 实验目得：1、观察信号得分解。2、掌握周期信号分解为基波与其谐波得基本原理。3、掌握由基波与其谐波合成周期信号得基本原理。二、 实验内容1、观察信号分解得过程及信号中所包含得各次谐波。2、观察由各次谐波合成得信号三、 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、 20双踪示波器一台。四、 实验原理1、任何信号都就是由各种不同频率、幅度、与初相得正弦波叠加而成。对周期

2、信号由它得傅立叶级数展开式可知，各次谐波为基波频率得整数倍。而非周期信号包含了从零到无穷大得所有频率成分 ,每一频率分量得幅度均趋向于无限小，但其相对大小就是不同得.通过一个选频网络可以将信号中所包含得某一频率成分提取出来。本实验采用性能较佳得有源带通滤波器作为选频网络，因此对周期信号波形分解得实验方案如图（1)所示 .将被测方波信号加到分别调谐于其基波与各次奇谐波频率得一系列有源带通滤波器电路上。从每一有源带通滤波器得输出端可以用示波器观察到相应频率得正弦波.实验所用得被测信号就是左右得周期信号，而作为选频网络得五种有源带通滤波器得输出频率分别为、 3、，因而能从各有源带通滤波器就是两端观察

3、到基波与各次谐波。其中，在理想情况下，方波得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得幅度收敛性， 理想情况下， 奇次谐波中一、 三、五、七、九次谐波得幅度比应为1:(1/3）:(1/5) ： （1/） ： （ /9).但实际上因输入方波得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得有限性都会使得偶次谐波分量不能达到理想零得情况。为了改善模拟滤波电路滤波效果不理想得情况，信号分解与合成模块还提供了数字方式来实现信号得分解，由方波分解出其基波、三次谐波、五次谐波、七次谐波 .调节调幅电位器 W 1、W02、W03 可以将基波， 三次谐波，五次谐波 ,七次

4、谐波得幅度调节成 1：1/3 : 5 : 1/7，通过导线将其连接至信号得合成得输入插座 N 1、 N02、 IN03、 IN 4J，通过测试勾可以观察到合成后得波形 .2、验证三次谐波与基波之间得相位差就是否为，五次谐波与基波之间得相位差就是否为。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得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（)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 )把处得基波送入示波器得X 轴,再分别把 BF-、F-处得高次谐波送入 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

5、为、 、时，波形分别如图所示 .以上就是三次谐波与基波产生得典型得李沙育图，通过图形上下端及两旁得波峰个数，确定频率比 。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”与主板上得电源 ,并打开此模块得电源开关 .2、调节函数信号发生器 ,使其输出 10KHz 左右得方波 ,占空比为 5%，峰峰值为 6V 左右，如图 (2)所示。将其接至该实验模块得“输入端” ，用示波器观察各次谐波得输出即各次谐波，分别如图（ 3）、图 (4）、图 (）、图 (6）所示。图（ 2）输出方波信号图（ 3）基次谐波图(）三次谐波图（ 5）五次谐波图（ 6)七次谐波、

6、信号得分解实验提供两种方式即分立元件模拟方式与数字方式。该实验采用数字方式 .数字方式采用单片机输出各次谐波分量得采样值,然后经过 A 转换出各次谐波 ,基波幅度已经固定 ,只需调节其她谐波得幅度， 操作比较方便。 数字方式需要同时打开电源开关S、 S2。4、用示波器得两个探头 ,直接观察基波与三次谐波得相位关系 ,或者采用李沙育图得方法，瞧其相位差就是否为 1 0,同时考察其幅度关系，幅度之比就是否为 :1、采用李沙育图观察基波与三次谐波得相位关系如图( )，可知道其相位为180、图（ 7）从示波器中观察基波与三次谐波得峰峰值之比，可知其幅度比为3:1，如图（8)所示图（ 8）5、信号分解得

7、数字方式可直接观察分解出得基波，三、五、七次谐波，并通过调节电阻W0、 W02、W0可依次对应得改变三、五、七次谐波得信号幅度.通过调节W01、W02、W3 可以使基波、三、五、七次谐波满足：1/5:1:7 得比例关系.调节之后得结果可通过观察波形得峰峰值来得到相应比例关系。基波与三次谐波调节成 1： 3 得关系，其示波器图如图 (8）所示。基波与五次谐波得1：15 关系如图（）所示 ,基波与七次谐波得 :1/7 得关系如图（ 1）所示。图（ 9）基波 :五次谐波 =1:1图（ 0)基波 :七次谐波 =1:1/76、将方波分解所得基波与三次谐波,用导线与其对应得插孔相连，观测加法器得输出合成波

8、形，并记录所得得波形.实验记录波形如图 ( )所示。图（ 11）基波与三次谐波用加法器合成后输出波形、用示波器得两个探头 ,直接观察基波与五次谐波得相位关系， 或者采用李沙育图得方法，瞧基波与五次谐波得相位差就是否为 0,同时考察其幅度关系，幅度之比就是否为 5:1、采用李沙育图观察到基波与三次谐波得相位关系如图（ 2)所示 ,满足相位差为得关系。图（ 12）、将方波分解所得基波与三次谐波 ,五次谐波，用导线与其对应得插孔相连 ,观测加法器得输出合成波形，并记录所得得波形。实验所得波形如图（ 13）所示。图（ 1)9、方波波形合成将函数发生器输出得0H左右得方波波形送入各带通滤波器输入端。逐个

9、测量各谐波输出幅度、波形，然后将基波及各高次谐波分别与信号合成得IN 1IN任意一个相连，观察基波与任何一次或各次谐波合成得波形。用示波器观察并记录加法器输出端基波与各次谐波叠加波形。基波与各次谐波叠加得波形如图（13）所示。图( )为基波与五次谐波通过加法器合成得输出波形图（ 4)分析相位、幅值在波形合成中起什么作用答：由上面得实验结果图不难瞧出,当相位合乎实验要求时,基波得波峰、波谷对应得就是三次谐波得波谷、波峰，三次谐波得波峰、波谷就是五次谐波得波谷、波峰，依次类推，而幅值依次就是基波得三分一、五分一、则当奇次谐波数就是无从大时,所有奇次谐波与基波合成时，其值得绝对值就是个常数。则能得到方波。总结实验与调试心得意见答 :总结 ;通过这次实验 ,掌握了周期信号分解为基波与其谐波得基本原理还掌握了由基波与其谐波合成周期信号得基本原理。心得：在实验过程中应该按照实验指导书得要求做下去,不然出来得实验结果会与实验原理有较大差距。八实验思考题1 考虑实验中出现误差得原因就是什么？答：原因：理论上将各次谐波相加得到合成波；而试验中只就是将低次谐波相加，但实验中忽略了对合成波影响较小得高次谐波，所以产生误差，同时输出频率不稳定 ,元件能耗等都对波形有一定得影响 .2 什么就是吉布斯效应，它就是如何产生得,它得具体表