课题一a周期信号合成与分解课程设计指导书.pdfVIP

个人收集整理勿做商业用途

课题1a周期信号分解与合成

一、本课题的目的

本课题主要研究周期信号分解与合成的软硬件实现方法以及相关滤波器的设计及应用.通过本课

题的设计，主要达到以下几个目的：

1．了解周期信号分解与合成电路的原理及实现方法。

2．深入理解信号频谱和信号滤波的概念，理解滤波器幅频响应和相频响应对信号的影响以及无

失真传输的概念。

3．掌握模拟带通滤波器的原理与设计方法。

4．掌握利用Multisim软件进行模拟电路设计及仿真的方法.

5．了解周期信号分解与合成硬件电路的设计、制作、调试过程及步骤.

6．掌握新一代信号与系统实验系统及虚拟示波器、虚拟信号发生器的操作使用方法。

7．培养运用所学知识分析和解决实际问题的能力。

二、课题任务

本课题的任务包括周期信号分解与合成电路设计、电路（系统）仿真分析、电路板焊接、电路调

试与测试、仿真和测试结果分析等内容，主要工作有：

1。采用有源带通滤波器，选择适当的滤波器参数，设计一个能分解出周期信号（周期信号基波

频率在100Hz~2kHz之间自行选择)前5次谐波的电路,并用Multisim软件进行仿真验证和参数调整.

2。列出所设计带通滤波器的系统函数,用Matlab软件分析其频率响应、时域响应，并与Multisim

电路仿真的结果进行比较分析。

3.用运算放大器设计加法电路，对分解出来的5次谐波进行合成，分析各次谐波信号分解电路

的幅频与相频响应对合成结果的影响，并据此总结信号无失真传输的条件。

4.根据所设计的电路元件参数，在PCB板上完成周期信号分解与合成电路的焊接。

5.利用新开发的信号与系统实验平台,对焊接好的电路进行调试,确保其工作正常.

6。采用适当的方法，测试信号分解电路各带通滤波器的中心频率是否与设计值相吻合，若有误

差，测取误差的大小，并分析误差产生的原因。

7.用不同波形和占空比的周期输入信号（其基波频率对应于自己所选取的频率），分别测试各次

谐波的幅度、相位以及合成之后的结果，并与仿真结果进行比较,分析其差异产生的原因。

三、主要设备和软件

1．信号与系统实验系统（含DSO—3064虚拟示波器和DDS—3X25虚拟信号发生器)一套

2。PC机一台

3．Multisim软件一套，11。0以上版本

1

个人收集整理勿做商业用途

4．Matlab软件一套，7.0以上版本

5．周期信号分解与合成电路PCB板及相关元器件，一套

6。恒温焊台及其它工具一套

7。数字万用表一台

四、设计内容、步骤和要求

1。有源带通滤波器的设计与仿真分析

（1)利用单个运算放大器，设计增益可控的二阶多反馈带通（MFBP)有源滤波器，滤波器原型电

路参见参考文献［1]中的图5。25(b），中心频率处滤波器增益设计为约等于2。再将两个这样的MFBP

滤波器级联，构建一个4阶MFBP滤波器。

(2）在100Hz～2kHz范围内,选择待分解信号的基波频率。并以该基波频率为基础，分别设计出

中心频率分别对应1~5次谐波的4阶MFBP滤波器，完成各滤波器元件参数的设计计算,所用到的电

容均选用0。01uF,其余参数可参照另行提供的参考原理图（参考文献[2]）和元件清单(表4-1）.各滤

波器中心频率处的增益均设为4左右，1次谐波（基波）MFBP滤波器的品质因数2,其余各次谐波

MFBP滤波器的品质因数〉4。

（3)采用Multisim软件(软件使用方法参见附录及参考文献[3]）对所设计的各滤波器进行仿真验

证，用Multisim软件中的Bode图分析仪测试所设计滤波器的幅频与相频响应，注意观察相频响应的

特点及其与幅频响应之间的对应关系。根据测试结果，若与预期特性之间的误差过大,则对滤波器的

相关参数进行调整(只改变电阻，电容值维持0.01uF不变），最终确定各MFBP