信號(hào)分解與合成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)告范文

1、信號(hào)分解與合成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察電信號(hào)的分解。2、掌握帶通濾波器的有關(guān)特性測(cè)試方法。 3、觀測(cè)基波和其諧波的合成。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察信號(hào)分解的過程及信號(hào)中所包含的各次諧波。 2、觀察由各次諧波合成的信號(hào)。三、預(yù)備知識(shí)1、了解李沙育圖相關(guān)知識(shí)。2、課前務(wù)必認(rèn)真閱讀教材中周期信號(hào)傅里葉級(jí)數(shù)的分解以及如何將各次諧波進(jìn)行疊加等相關(guān)內(nèi)容。四、實(shí)驗(yàn)儀器1、信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)（主板）。2、電信號(hào)分解與合成模塊一塊。 3、20M 雙蹤示波器一臺(tái)。五、實(shí)驗(yàn)原理任何電信號(hào)都是由各種不同頻率、幅度和初相的正弦波迭加而成的。對(duì)周期信號(hào)由它的傅里葉級(jí)數(shù)展開式可知，各次諧波為基波頻率的整數(shù)倍。而非周期信

2、號(hào)包含了從零到無窮大的所有頻率成份，每一頻率成份的幅度均趨向無限小，但其相對(duì)大小是不同的。通過一個(gè)選頻網(wǎng)絡(luò)可以將電信號(hào)中所包含的某一頻率成份提取出來。本實(shí)驗(yàn)采用性能較佳的有源帶通濾波器作為選頻網(wǎng)絡(luò)，因此對(duì)周期信號(hào)波形分解的實(shí)驗(yàn)方案將被測(cè)方波信號(hào)加到分別調(diào)諧于其基波和各次奇諧波頻率的一系列有源帶通濾波器電路上。從每一有源帶通濾波器的輸出端可以用示波器觀察到相應(yīng)頻率的正弦波。本實(shí)驗(yàn)所用的被測(cè)信號(hào)是1=53Hz 左右的周期信號(hào)，而用作選頻網(wǎng)絡(luò)的五種有源帶通濾波器的輸出頻率分別是1、因而能從各有源帶通濾波器的兩端觀察22、33、44、55，到基波和各次諧波。其中，在理想情況下，如方波的偶次諧波應(yīng)該無輸

3、出信號(hào)，始終為零電平，而奇次諧波則具有很好的幅度收斂性，理想情況下奇次諧波中一、三、五、七、九次諧波的幅度比應(yīng)為1：（1/3）：（1/5）：（1/7）：（1/9）。但實(shí)際上因輸入方波的占空比較難控制在50%，且方波可能有少量失真以及濾波器本身濾波特性的有限性都會(huì)使得偶次諧波分量不能達(dá)到理想零的情況。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、把系統(tǒng)時(shí)域與頻域分析模塊插在主板上，用導(dǎo)線接通此模塊“電源接入”和主板上的電源（看清標(biāo)識(shí)，防止接錯(cuò)，帶保護(hù)電路），并打開此模塊的電源開關(guān)。2、調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，使其輸出53Hz 左右（其中在50Hz 56Hz 之間進(jìn)行選擇，使其合成的效果更好）的方波（要求方波占空比為50%，這個(gè)要

4、求較為嚴(yán)格），峰峰值為5V 左右。將其接至該實(shí)驗(yàn)?zāi)K的各帶通濾波器的“輸入”端, 用示波器觀察各帶通濾波器的輸出。（注：觀察頻率時(shí)，可打開實(shí)驗(yàn)箱上的頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K。即按下該模塊電源開關(guān)S2。）3、用示波器的兩個(gè)探頭，直接觀察基波與三次諧波的相位關(guān)系，或者采用李沙育圖的方法，同時(shí)考察其幅度關(guān)系，看其相位差是否為零，幅度之比是否為3:1（可以用相應(yīng)帶通濾波器中的調(diào)幅和調(diào)相電位器進(jìn)行相關(guān)的調(diào)節(jié)，保證了相位和幅度滿足實(shí)驗(yàn)的要求，以下的步驟中均可用到調(diào)相和調(diào)幅，使我們認(rèn)識(shí)到調(diào)相和調(diào)幅在信號(hào)分解和合成的重要性）。4、將方波分解所得基波和三次諧波, 用導(dǎo)線與其對(duì)應(yīng)的插孔相連，觀測(cè)加法器的輸出“合成”波形，并

5、記錄所得的波形。5、同時(shí)考察基波、三次諧波、五次諧波的相位和幅度的關(guān)系，還是用李沙育圖觀察其相位關(guān)系，用觀察法使其幅度關(guān)系為5:3:1，。6、驗(yàn)證各高次諧波與基波之間的相位差是否為零。可用李沙育圖形法進(jìn)行測(cè)量，其方法如下：用導(dǎo)線將函數(shù)發(fā)生器的方波輸出端與帶通濾波器輸入端連接起來，即把方波信號(hào)分先后送入各帶通濾波器具體方法一：基波與標(biāo)準(zhǔn)同頻同相信號(hào)相位比較（李沙育相位測(cè)量法）把函數(shù)信號(hào)發(fā)生器模塊產(chǎn)生的正弦波電壓調(diào)至5V （峰峰值），使其送入示波器的X 軸，再把BPF-1的基波送入Y 軸，示波器采用X-Y 方式顯示，觀察李沙育圖形。（注：當(dāng)濾波器的增益不為1時(shí)，即X 軸和Y 軸信號(hào)幅度不一致時(shí)，在

6、=900時(shí)其李沙育圖形并不為圓，而是橢圓，但其是垂直橢圓，與00當(dāng)兩信號(hào)相位差為00時(shí)，波形為一條直線；當(dāng)兩信號(hào)相位差為900時(shí)，波形為一個(gè)圓；當(dāng)兩信號(hào)相位差為00A 00B =00 =900 00具體方法二：基波與各高次諧波相位比較（李沙育頻率測(cè)試法）把BPF-1處的基波送入示波器的X 軸，再分別把BPF-31、BPF-51處的高次諧波送入Y 軸，示波器采用X-Y 方式顯示，觀察李沙育圖形。當(dāng)基波與三次諧波相位差為00（即過零點(diǎn)重合）、900、1800時(shí)，波形分別如圖3-3所示。=00 =900 =1800以上是三次諧波與基波產(chǎn)生的典型的Lissajous 圖，通過圖形上下端及兩旁的波峰個(gè)數(shù)

7、，確定頻率比，即3：1，實(shí)際上可用同樣的方法觀察五次諧波與基波的相移和頻比，其應(yīng)為5：1。7、方波波形合成（1）將函數(shù)發(fā)生器輸出的53Hz 左右（其中在50Hz 56Hz 之間進(jìn)行選擇，使其輸出的效果更好）方波信號(hào)送入各帶通濾波器輸入端。（2）在五個(gè)帶通濾波器輸出端逐個(gè)測(cè)量各諧波輸出幅度，（3）用示波器觀察并記錄加法器輸出端基波與各奇次諧波的疊加波形七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量所得的數(shù)據(jù)，繪制方波及其基波和各次諧波的波形、頻率和幅度（注意比例關(guān)系）。作圖時(shí)應(yīng)將這些波形繪制在同一坐標(biāo)平面上。以便比較各波形和頻率幅度。2、將基波、三次諧波、五次諧波及三者合成的波形一同繪畫在同一坐標(biāo)平面上，并且把在

8、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3中所觀測(cè)到的合成波形也繪制在同一坐標(biāo)低上。3、畫出方波信號(hào)分解后，鑒別基波與各奇次諧波的李沙育圖形。詳細(xì)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并畫出波形分解與合成的波形。4、分析相位、幅值在波形合成中的作用。 5、總結(jié)實(shí)驗(yàn)和調(diào)試心得意見。 (1)方波：（2）基波：（3）基波，各奇次諧波疊加的波形：八、實(shí)驗(yàn)思考題1、考慮實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)誤差的原因是什么？答：原因可能是電流的輸入不穩(wěn)定、儀器的老化等。2、什么是吉布斯效應(yīng)，它是如何產(chǎn)生的，它的具體的表現(xiàn)是什么？答：將具有不連續(xù)點(diǎn)的周期函數(shù)（如矩形脈沖) 進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)展開后, 選取有限項(xiàng)進(jìn)行合成.當(dāng)選取的項(xiàng)數(shù)越多, 在所合成的波形中出項(xiàng)的峰起越靠近原信號(hào)的不連續(xù)點(diǎn). 當(dāng)選取的項(xiàng)數(shù)很大時(shí), 該峰起值趨于一個(gè)常數(shù), 大約等于總跳變值的9%.這種想像成為吉布斯現(xiàn)象.實(shí)驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)的說明 1、測(cè)試點(diǎn)分別為： “輸入”：模