实验四信号的产生分解与合成；吴健雄学院..doc

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 第 4 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： 学 号： 610111 实 验 室: 103 实验组别： 同组人员： 实验时间： 2013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。 基本要求 设计一个方波发生器，要求其频率为1kHz，幅度为5V； 设计合适的滤波器，从方波中提取出基波和3次谐波； 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。 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： 通过振荡电路产生一个方波，然后将此波形进行滤波，分别滤出一次、三次、五次谐波。最后将三个波形合成新的波形，要求合成的波形与分解前的波形相同。 性能指标： 波形产生：要求振荡电路可以自行产生频率为1KHZ，幅度为5V，占空比为50%的方波，且上升沿与下降沿所占用的时间可以尽可能地短一些，波形稳定。 滤波：基础部分要求实现一次谐波、三次谐波的滤波，提高部分要求实现五次谐波的滤波。其中基波要求为正弦波，频率为1KHZ，幅值为6.37V； 三次谐波要求为正弦波，频率为3KHZ，幅值为2.12V；五次谐波要求为正弦波，频率为5KHZ，幅值为1.27V。其实对于三个谐波的幅值在滤波时并没有特别精准的要求，因为在叠加时有幅值调节。 移相电路：由于信号在经过滤波后会因为不同的滤波器而产生不同的相位差，所以要求移相电路既可以向前移动相位也可以向后移动相位。在经过移相电路后波形的幅值不会有变化。 合成电路：可以将三个波形相加，且可以随意调节三个输入波形的幅值，不改变频率与相位。要求合成后的波形与一开始产生的方波的幅值、频率基本相同。 注：此次试验中，李臻同学主要负责方波产生、移相电路、加法电路的设计、搭接与调试，胡江南同学主要负责三个滤波器的设计、搭接与调试。 二、电路设计（预习要求） 电路设计思想（请将基本要求、提高要求、创新要求分别表述）： 基本要求 方波产生电路： 就我们现在所学的知识而言，已知的产生方波的方法主要有两种：使用运算放大器与使用555定时器。由于我们在之前的实验中频繁使用运算放大器，所以对它比较熟悉，故选用了运算放大器和RC回路构成了振荡电路，通过调节相关的电容与电阻来使振荡的波形达到幅度与频率的要求。 滤波电路： 根据题意，我们要滤除1kHZ、3KHZ、5KHZ频率的谐波，所以很显然是要设计出带通滤波器。为了使滤波的效果好且易于搭接，所以综合考虑使用四阶滤波。具体的滤波电路使用Filterpro来进行设计。 移相电路： 这个部分的电路要求可以向前、向后调节相位，且不改变波形幅值。决定使用老师在设计指导中给出的两个移向电路 加法电路： 加法器电路很容易想到使用教科书上的反向加法器，两个输入信号的幅值可以通过调节加法器中的电阻来进行调节。 电压跟随器： 在电路的仿真中我们发现将以上几个模块连在一起后，各部分的波形都与 未连在一起时的波形有很大的误差。为了避免前后级之间的相互影响，所以决定在每一级直接的连接中都是用电压跟随器。 提高要求 提高要求相对于基本要求只是增加了一个五次谐波的滤波与合成。相应地 在提高部分多设计一个五次谐波滤波器、移相电路，加法器多加上一个输入端。其设计方法均与基本要求相同。 电路结构框图（请将基本要求、提高要求、创新要求分别画出）： 基本要求： 提