东南大学电工电子实验中心

东南大学电工电子实验中心

实验报告

课程名称：电路与电子线路2实验

第四次实验

实验名称：信号的产生、分解与合成

院（系）：吴健雄学院专业：电类强化班

姓名：乔志梅王智汇学号：61012217,61012215实验室: 101、104 实验组别：

同组人员：实验时间：2014年5月22日评定成绩：审阅教师：

实验四信号的产生、分解与合成

一、实验内容及要求

设计并安装一个电路使之能够产生方波，并从方波中分离出主要谐波，再将这些谐波合成为原始信号或其他周期信号。

1.基本要求

（1）设计一个方波发生器，要求其频率为1kHz，幅度为5V；

（2）设计合适的滤波器，从方波中提取出基波和3次谐波；

（3）设计一个加法器电路，将基波和3次谐波信号按一定规律相加，将合成后的信号与原始信号比较，分析它们的区别及原因。

2.提高要求

设计5次谐波滤波器或设计移相电路，调整各次谐波的幅度和相位，将合成后的信号与原始信号比较，并与基本要求部分作对比，分析它们的区别及原因。

3. 创新要求

用类似方式合成其他周期信号，如三角波、锯齿波等。

分析项目的功能与性能指标：

功能：

本次实验主要就是让我们体会一下，信号的合成与分解，体会傅里叶级数的展开，并在这个过程中，让我们对电路的设计有了进一步了解，对滤波器增益，滤波器的带通，都有着进一步了解。

性能指标：

1方波发生器，经过多次选择，我们发现，555发生器发生的方波比较接近标准方波，不过这里需要注意，555发生出来的方波的方波为0到10V，需要将其转化成-5到5伏的电压。

2、基波：波形为正弦波，频率为1kHz，峰值理论值为3.183V，、幅值不可能与理论值非常吻合，因为滤波器的增其无法完全做到1，其实我觉得我们的滤波器增益都不知道多少了。并且可以在后面的电路中进行调整，所以这里只要注意频率就好了

3、3次谐波：波形为正弦波，频率为3kHz，峰值理论值为1.061V；

4、5次谐波：波形为正弦波，频率为5kHz，峰值理论值为0.637V；

5、移相器：不能对信号的幅度和频率有影响，只能改变信号的相位，使信号与输入方波的相位相等，移相器分为2种，一种正90度，一种负90度，在实验现场根据相位来选择用哪一种。

6、加法器：能够弥补滤波出的信号幅度与理论值的误差，将各谐波分量合成；

7、最后合成的方波，要在频率和幅值上面与产生的方波吻合，允许误差存在。

二、电路设计（预习要求）

(1)电路设计思想（请将基本要求、提高要求、创新要求分别表述）：

①产生方波

方波产生电路，我们已知的有两：一为用运放构成过零比较器产生方波，二为利用用555定时器构成。前者生成的方波为双极性，后者为单极性，考虑到我们的运算放大器的转化速率不足，所以决定使用555方波发生器。

②计滤波器：

1，3，5次谐波均使用带通滤波器。而滤波器有有源滤波器和无源滤波器，显然为了使滤波效果更佳，应使用有源滤波器。同时借助Filterpro软件可以方便我们设计滤波器。需说明的是，在Filterpro软件设计过程中我们采用的是带通multiple-feedback 巴特沃兹型二阶有源滤波器。

③加法器：

因为方向求和电路的增益比较好调整

提高要求：

①5次谐波滤波器的设计同基础要求中的基波和三次谐波滤波器一致，采用带通二阶有

源滤波器，借助Filterpro软件进行设计；

②移相电路采用老师提供的移相电路；

④为了避免移相电路对滤出的波形的影响，我们在移相电路前面加电压跟随器起到隔

离作用。

(2)电路结构框图（请将基本要求、提高要求、创新要求分别画出）：

(3)电路原理图（各单元电路结构、工作原理、参数计算和元器件选择说明）：

(4)列出系统需要的元器件清单（请设计表格列出，提高要求、创新要求多用到的器件

请注明）：

(5)电路的仿真结果（请将基本要求、提高要求、创新要求中的仿真结果分别列出）：

三、硬件电路功能与指标，测试数据与误差分析

(1)硬件实物图（照片形式）：

(2)制定实验测量方案：

虽然本次实验的模块比较多，但是彼此之间相对独立，可以在产生方波之后分别用示波器双踪显示其波形，和产生的各次谐波，如果各次谐波无误之后，再双踪显示方波和经过相移网络之后的各次谐波，检查相移网络的正确性，将3，5次谐波的相位和方波对其之后，再用加法器进行叠加。（当方波发生器未做好的时候，还可以用函数信号发生器来产生方波，

共滤波器调试。

(3)使用的主要仪器和仪表：

示波器、稳压电源、万用表、函数发生器

(4)调试电路的方法和技巧：

模电实验中，电路尽量要整洁，不能使电路之间相互干扰，方波这一块，貌似没什么技巧，在滤波器中，我们是来通过调节下拉电阻来改变滤波器的带通，所以，下拉电路必须要精密，建议使用实验箱上的多圈电位器，特别是5次谐波。当观察基波和3,5次谐波的时候，注意要和方波双综，否则产生的波形很容易相位和方波不能相对确定。

(5)测试的数据和波形并与设计结果比较分析：

(6)调试中出现的故障、原因及排除方法：

本次实验做的还是比较顺利的，基波和三次谐波是很轻松就调出来了，只是电压幅值不符合理论要求，后来经过询问老师得知，我们所用的滤波器因为改变了FilterPro 中提供的阻值，所以滤波器增益并不为一。5次谐波在一开始我们也认为自己调出来了（那个时候下拉电阻甚至是个定制电阻）但是叠加出来的波形总是不稳定的，经过双综显示方波和5次谐波发现，不稳定是因为方波和5次谐波的相位不相互确定所致。

四、总结

(1)阐述设计中遇到的问题、原因分析及解决方法：

在进行电路仿真时，我们起初采用四次滤波器，为了使滤出的波形更加美观，频率更加单一。但是使用了FilterPro软件设计滤波器，得出的相频幅频曲线如图所示。

滤出的波形理论值

但是实际上，在multisim仿真的时候，这样无法出来波形，后来发现，

(2)总结设计电路和方案的优缺点：

(3)指出课题的核心及实用价值，提出改进意见和展望：

本次课题的核心即为滤波器，因为很多电路中，我们均需要使用滤波器，在设计滤波器的过程中，我们学会使用Filterpro这一软件，大大降低设计难度，只要对其中某些阻值稍作修改（实验中），变可以得到我们我们实验想要的滤波器。在以后的电路设计中，可根据软件对运放的要求选择合适的运放，且设计PCB板，提高电路稳定性和精度。

(4)实验的收获和体会：

学会使用555产生方波发生器，学会使用Filterpro的基本设计电路功能。并通过这次实验，更加清楚的理解了波形的合成和分解。体会就是，你对电路的理解越深，调节电路就越简单，与其在实验室手足无措，不如在做实验之前，将整个电路的原理完完整整的理解一次。其实我们的仿真软件并不存在多大误差，只是觉得我们实验中，会将这个误差展现出来（电阻的阻值等），所以我们在做实验的时候，在某些情况下不可以忽略这一情况，记得在5次谐波滤波器中，不论如何调节下拉电阻，波形都无法成为5KHZ，所以我就改变了其中330K电阻的阻值，让它并联了一个100K的电阻，使其阻值减小，波形就可以很轻易的调节到5KHZ了。

五、参考文献