精選-5實(shí)驗(yàn)五 方波信號的分解與合成

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學(xué)號：實(shí)驗(yàn)五方信號的解與合成一實(shí)目和求了解和掌握方波信號的產(chǎn)生、方信號的諧波分解和合成的電路原理和方法；了解和掌握電路原理圖和PCB的一般方法；了解和掌握電路焊接和調(diào)試的一方法；制作出方波的分解和合成的電路物并調(diào)試成功。二實(shí)儀1、臺式電腦、雙蹤示波器1臺3字萬用表、電路板制作工具。三實(shí)原、方信的解合原任何電信號都是由各種不同頻率幅度和初相的正弦波迭加而成的。從周期信號由它的傅里葉數(shù)展開式可知波波頻率整數(shù)倍11-1中的方波信號如公式5-1）示。

以分解為奇次諧波相加的式，

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133

,

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，（5-1其中

2T

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為方波信號的周期。圖方波方波信號的分解合成原理框圖圖5-1中為方波信號的分與合成電路的電路原理框圖。將被測方波信號加到分別調(diào)諧于波和各次奇諧波頻率的一系列有源帶濾波器電路上，從每一有源帶通濾波器的輸出端可以用示波觀察到相應(yīng)頻率的正弦波驗(yàn)的被信號

是50Hz的波作頻網(wǎng)的種有帶濾器輸分別是（基波、4次波，頻率分別是、200Hz。在理想情況下，偶次諧波應(yīng)該無出信號，始終為零電平，而奇次諧波則具有很好的幅度收斂，理想情況下奇次諧波中的1、7次波幅比為入方波的占空比較難控制在50%可能有少量失真以及濾波器本身濾波特性都會使是偶次諧分量不能達(dá)到理想零的情況，因此非理的方波信號包含一定的偶次諧波分量。、方信的生分和成電實(shí)原總方如所：用函數(shù)信號發(fā)生器模塊）一個值在，空為50%頻率為的性的周期性方波信號；方波信號分別通過路階有源RC帶通電路，別取得方波信號的基波50Hz次150Hz）5次波250Hz）號，這路諧號分別通RC有1班級：

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學(xué)號：移相放大電路，分別將其相位和幅值調(diào)整到基本滿足公式）所示的要求的諧波信號，最后通同相有源加法器電路將其相加，還原出一個近似的方波信，還原出的近似方波信號幅值為5V，頻率為50Hz占空比為，峰部分波形盡量坦，在半個周期內(nèi)有5個頭。（1的方波信號使用集成函數(shù)信號發(fā)生器模塊ICL8038）來產(chǎn)生CL8038的腳功能圖如圖所。ICL8038是片集成函數(shù)信號發(fā)生器，其內(nèi)部框圖如圖5-3所。它由恒流源I和I電壓比較1器A和B觸發(fā)器、緩沖器和三角波變正弦波電路等組成圖ICL8038片管腳功能圖

圖ICL8038內(nèi)部原理框圖外接電容由個恒流源充電和放電壓較器AB的值分別為電源電（指U+U的2/3CC和。流源I和I的小可通過外接電阻調(diào)節(jié)，但必須I1

I。當(dāng)觸發(fā)器的輸出為低電平時，恒流源1I斷，恒流源I給充，它的兩端電壓隨間線性上升，當(dāng)達(dá)電源電壓的時電壓比較2CC器A的出電壓發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出由低電平變?yōu)殡娖剑懔髟碈接通，由于I、I（設(shè)I=I21恒流I將電流2I加到上充電，相當(dāng)于C一個凈電流I放C兩端的電壓U又轉(zhuǎn)為直線下降。當(dāng)21它下降到電源電壓的時電壓比較器B的輸出電壓發(fā)生跳變，使觸發(fā)器的輸出由高電平跳變?yōu)樵瓉淼牡碗娖?，恒流源I斷開I再C充，…如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。若調(diào)整電路，使I，則觸發(fā)器輸2121出為方波，經(jīng)反相緩沖器由管腳⑨輸出方波信號C上的電壓U上與下降時間相等時為三角波，經(jīng)電壓C跟隨器從管腳③輸出三角波信號。將三角波變成正弦波是經(jīng)過一個非線性的變換網(wǎng)絡(luò)（正弦波換器）而得以實(shí)現(xiàn)，在這個非線性網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)三角波電位向兩端頂點(diǎn)擺動時，網(wǎng)絡(luò)提供的交流通路阻抗減小，這樣就使三角波的兩端變?yōu)槠交恼也ǎ瑥墓苣_②輸出。帶通濾波器模塊電路使用二階有源濾波器電路來實(shí)現(xiàn)。在電路實(shí)際制作中采用3路階有源濾波器，分別濾出方波信號中的基波、三次諧波和五次諧波分量。方波信號的合成電路使用有源同相加法器電路來實(shí)現(xiàn)。通過濾波器產(chǎn)生的基波、三次諧波和五諧波分量相位可能不一致，另外三個諧波幅值不一定滿足比例關(guān)系，在通過加法器合成之前，過三路有源移相同相放大法電路將三各諧波的幅值和相位調(diào)整到一致，然后再通過加法器電路合成出一近似方波信號。四實(shí)內(nèi)及驟、參照圖示的方波信號的產(chǎn)生、分解和合成電路原理圖，使用軟繪制出電路原理。、參照圖所示的方波信號的產(chǎn)生、解和合成PCB圖，使用PROTEL軟繪制出電路。、使用手工制作單面板方，制作出PCB板，PCB線為，部分線路在元件面使用跳線。、焊接電路元件，并調(diào)試成功。2班級：

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學(xué)號：、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，參照附錄中的范文格式要求。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：圖方信的產(chǎn)生、分解和合成的電路原理圖3班級：

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學(xué)號：

圖方信號的產(chǎn)生、分解和合成的電路PCB在方案論證部分，詳細(xì)論述方波信號的產(chǎn)生、分解和合成的數(shù)學(xué)理論模型，和電路的實(shí)現(xiàn)方法詳細(xì)說明各模塊電路的電子元器件的型號和參數(shù)的選擇依據(jù)；在測試部分，詳細(xì)介紹電路調(diào)試和測試的原理和方法，以及測試結(jié)果。詳細(xì)分析測試結(jié)果，說是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。附件：文板指導(dǎo)老：邵建設(shè)參賽隊(duì)：汪祥

池玉辰

信號波合實(shí)驗(yàn)電王穎學(xué)校及系：黃岡師學(xué)院、理科學(xué)與技學(xué)院摘要：本設(shè)計(jì)采用高精MAX038波形發(fā)生器產(chǎn)生300kHz的方波信號，經(jīng)30分頻、10分頻6分頻后分別得到頻率為50kHz空比50%的3脈沖信號由運(yùn)算放大器組成的帶通濾波器進(jìn)行濾波后，產(chǎn)生頻率為、30kHz和50kHz幅度分別為6伏、2伏和0.6伏的正弦波信號，然后利用單片機(jī)和有效值檢測芯片AD637對3路正弦信號的幅值進(jìn)行了檢測并顯示。路正弦波信號通過移相電路后相位調(diào)整到相同，然后通過加法電路合成為10kHz近似方波信號外3路正弦波信號還通過變換和合成電路得到成10kHz的近似三角波信號結(jié)果表明利用諧波分解和合成原理產(chǎn)生的近似方波信號和三角波信號，效果理想，達(dá)到了題目的設(shè)計(jì)要求。4111111班級：

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學(xué)號：關(guān)鍵字頻；帶通濾波；移相；有效值檢測；方波合成；三角波合成一．系統(tǒng)案論證1.1系框及案述1.1.1系統(tǒng)框圖圖1信號波形合成電路的系統(tǒng)框圖。1.1.1方案描述如圖1所示MAX038波形發(fā)生器產(chǎn)生的方波信號經(jīng)過分頻10分頻6分頻后分別得到的脈沖信號種脈沖信號分別經(jīng)過帶通濾波器后形10KHz、30KHz50KHz的正弦波信號經(jīng)移相電路進(jìn)行變換后分別得到峰值為6V率10KHz的正弦波；峰峰值為2V、頻率為30KHz正弦波信號；峰峰值為1.2V、頻率為50KHz正弦波信號。這三路信號通過反相加法電路合成后得10KHz的方波，與此同時，移相后的三路信號通過三角波產(chǎn)生電路得到頻率為的三角波路中應(yīng)用到AD637芯片來讀取移相后的正弦波信號的有效值，然后送給單片機(jī)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換得到正弦波的峰峰值并通過液晶顯示器進(jìn)行顯示。圖信號波合成電路的系統(tǒng)框圖二．理論析與計(jì)算2.1方信的解合周期信號是由一個或幾個、乃至無窮多個不同頻率的諧波疊加而成的，因此，周期信號可以分解成多個乃至無窮多個諧波信號。方波信號的傅里葉分解函數(shù)：f1

1ttsint3

(2-1)在理想情況下，方波的偶次諧波應(yīng)該無輸出信號，始終為零電平，奇次諧波中的一、三、五次諧波的幅度比為1）（1/5號源輸出300KHz的方波信號經(jīng)過分頻濾波電路后可以得到10KHz、30KHz、的方波，其計(jì)算公式表示如下：5ttt2f

班級：姓名：33

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學(xué)號：(2-2)圖21、3、5次諧波的分解與合成圖頻率為10KHz的正弦波信號的峰峰值為6V率為30KHz的正弦波信號的峰峰值為2V；頻率為50KHz的正弦波信號的峰峰值為1.2V。圖2所示分別為1、3、次諧波的分解與合成圖。各次諧波合成方波的幅值為。三．電路程序設(shè)計(jì)3.1電設(shè)3.1.1方波振蕩路3.1.3帶通濾波路3.1.4移相電路3.1.5方波變換合成路3.1.6三角波變和合電路3.1.7正弦波幅測量顯示電四．實(shí)驗(yàn)試及測試結(jié)分析4.1測試儀器數(shù)字示波器TDS2012B；數(shù)字萬用表函數(shù)信號發(fā)生器；雙路輸出直流穩(wěn)壓電源。4.2測試果及分析圖10中CH1信號為方波信號源輸出的電壓波形，脈沖頻率為300KHz，占空比為50%，幅值為。CH1為分頻電路的輸入信號。CH2為方波信號源輸出的雙極性的方波信號頻率為300KHz，占空比為50%，幅度為2V。圖11、圖和圖中的均為信號源輸入的方波信號CH2分別為6分頻分頻和30分頻后的輸出脈沖信號值均為5V,率分別為50KHz、30KHz和見300KHz方波脈沖通過分頻電路了符合要求的頻率為50KHz、6班級：

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學(xué)號：30KHz和10KHz的方波信號。圖10方波信號源輸出的電壓波形圖11方波信號3分頻輸出的電壓波形利用圖12、圖13和圖中50KHz、30KHz和10KHz脈沖信號，通過濾波電路和移相電路，獲得了符合要求的3路正弦波信號。從圖14圖15和圖16中可以看出，實(shí)驗(yàn)獲得符合設(shè)計(jì)要求50KHz、30KHz和10KHz弦波信號（3副圖中的CH2通道信號幅度分別為、2V和6V相位相同還通過法器電路合成產(chǎn)生了比較理想的近似方波信（通道信號方波信號的幅度近似為論分析和計(jì)算的結(jié)果一致為利用和10KHz正弦波信號合成的近似三角波信號波形。三角波信號的幅度為5V符合設(shè)計(jì)要求，與理論分析計(jì)算值一致。利用AD637有效值測量芯片和MSP430F149單片機(jī)建了3路正弦波信號的有效值測量電路進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)液晶顯示器顯示數(shù)據(jù)和示波器測量數(shù)據(jù)相比較量得到和10KHz正弦波信號的幅度峰峰值分別為5.90V2.05和1.19V,測量誤差小于5%，測量精度高。五．總結(jié)綜合上述部分的測試結(jié)果，本設(shè)計(jì)較完滿的完成了題目基本部分的要求，還較好的完成題目發(fā)揮部分的要求。采用TI公司提供的運(yùn)算放大器和單片機(jī)等部分芯片，完成