1、東南大學電工電子實驗中心實驗報告課程名稱：模擬電子電路實驗第 四 次實驗實驗名稱： 信號的產(chǎn)生、分解與合成院（系）：自動化學院專業(yè)：自動化姓名：某某學號：實驗 室 :101實驗組別：同組人員：實驗時間：2017年5月10日評定成績：審閱教師：實驗四 信號的產(chǎn)生、分解與合成一、實驗目的掌握方波信號產(chǎn)生的基本原理和基本分析方法、電路參數(shù)的計算方法、各參數(shù)對電路性 能的影響；掌握由運算放大器組成的RC有源濾波器的工作原理，熟練掌握RC有源濾波器的基本 參數(shù)的測量方法和工程設計方法；掌握移相電路設計原理與方法；掌握比例加法合成器的基本類型、選型原則和設計方法；掌握多級電路的級聯(lián)安裝調試技巧；熟悉Fil

2、terPro、Multisim軟件高級分析功能的使用方法。二、預習思考方波發(fā)生電路(Multisim仿真)圖4.1中RW調到最小值時輸出信號頻率是多少，調到最大值時輸出信號頻率又是多少。穩(wěn)壓管為6V，要求輸出方波的前后沿的上升、下降時間不大于半個周期的10%，試估 算圖 4.1 電路的最大輸出頻率。如果兩個穩(wěn)壓管中間有一個開路，定量畫出輸出波形圖，如果兩個穩(wěn)壓管中間有一個短 路呢？簡單總結一下，在設計該振蕩器時必須要考慮運算放大器的哪些參數(shù)。州a(Up-iMa,1州a(Up-iMa,1佩門lOkQMKikUiikij21)X-7(1) Rw 最小時，T=2.290ms, f=436.7Hz；

3、Rw最大時,T=24.4ms, f=41Hz。實際設計1kHz, 5Vp方波發(fā)生器電路時應該選擇更小的R1，通過調整人的阻值獲得1 kHz的輸出信 號。 實驗中使用的Ua741運放，數(shù)據(jù)手冊中指出轉換速率SR為0.5V/A，于是穩(wěn)壓管為6V 情況下，AU=12V, At=12/0.5=24Ms,Tm.n=At/10%*2=480Ms,可得 fmax=2.08kHzo(3) 有一個開路：上短路：下短路：000 AD 1* ITiftiebaseTimifi 1B0.139 r*iE 196-107 ms 15.Q6S ms:Hs-T11T2-2-ChBnnl_A5.OM V5.052 V2.Q2

4、2 mVChannal_BReverseSaveExt mggerScales5 ms/DivCFiannel AChannel QSeale-:2 V/Div呂 cate:X p&Sl(Dfv： n P0SL(DVSingle Normal AutE NoneTime CtionneLA ChonneLB 117.001 rns-D22 V133.050 ms-5.D3fi V16,048 ms-14.170 mV(Mcilloscope-XSClY PO5J；DW)： 0T in-ie-baseScoIe: 5 nns/DivX ptJS.(DfV)： 0F 1 00EU0V回回回(4)

5、運放的電壓轉換速率； 運放的最大輸出電流； 運放的增益帶寬積(高頻時可能產(chǎn)生不了能夠使穩(wěn)壓管正常工作的電壓)濾波器電路(Multisim仿真)截止頻率f0截止頻率f0=2kHz,Q值為0.7, ff0的衰減速率不低于30dB/10截止頻率fo= 500Hz, f=0.5f0的幅度衰減速不低于12dB。 上限頻率2kHz，下限頻率500Hz。設計一個高通濾波器設計一個帶通濾波器(1) 使用 FilterPro 軟件進行設計,所填參數(shù)如下Step 2: Filter SpecificationsPlease ente filter specifications!Gain MR:Passband F

6、requency (用：Allowable Passband Ripple備Stopband Frequency l：Stopband Attenuallon (A:Gain MR:Passband Frequency (用：Allowable Passband Ripple備Stopband Frequency l：Stopband Attenuallon (A:|200QV/V odBHzdBOptional - FfIter Order| SOODpisHzdB*/ Set Fixed選擇Q值較為接近要求的Butterworth濾波器:；理 Typ*6曲rNa 卅 Stages；Max.

7、 cLinear Phase O.ffi32嚴ILinear Phase 0.5fi2ho.&i:&uttarw&rth2li;d-71Chebyshev D 5 dB2;c淚選擇較為常見的多重復反饋型電路:Step 4: Filter TopologyMultiple Frrd b&ck topokigy is & seconri-order filter tapaiogy having inverting gain Since g亦n dars not re-quinr isolfltrd resistorSi thh tapolcgy is deEiirble in cases wher

8、-e low connipQnpnt count is required.在 Multisim 中仿真可得：A-w-5：.63H3C1 HI 10nFVW-KE :isv：R3 -Wl 7.gikRJOAFlUAM1CPBode Plotter-XBPIModeMngnrtudEHwiEontnlVartiralCcfrtnols*A-w-5：.63H3C1 HI 10nFVW-KE :isv：R3 -Wl 7.gikRJOAFlUAM1CPBode Plotter-XBPIModeMngnrtudEHwiEontnlVartiralCcfrtnols*2.037 kHz-3AB2 dB3.1

9、8210 20 可知Q =0.692，大致符合要求。200kHz1HZLog | LinLogLin10dB-200dBPhdiseRevErsE |535eta.un f=50.241kHz時，增益為-55.761dB，下降速度符合要求。(2) FilterPro 中所填參數(shù)如下：Step 2: Filter SpeifictiansPlease enter filter 芻戸包匚ificatinnrs:Gain Wd：Gain Wd：Passband Frequency （啟：Allowable Paband Ripple俯：Stopband Frequency 閔：Stopband At

10、tenuation C4s國:Optional - Filter Order1wv|odB|500Hzn-dB|25OHzdB廠 Set Fixed |z所得電路為：ClCl1 DDnFR2RR3-1KD4fl0nFS5T.9nR1AW-3.1晦j-OpAmpMultisim 仿真得：Xvec15VUAFiiC.C2HHJiM-nFHF4D0nFXvec15VUAFiiC.C2HHJiM-nFHF4D0nFClII2QnFi S.llkCJt41QQnF3.006可知f=500Hz時，Au = 3Jq0.7，大致符合要求。1tMJpPktwKFiiW和噸申卩舟-+ h - g可知f=250Hz

11、時，增益為-18.087dB，相對于f=500Hz時下降了 15dB以上，符合要求。 中心頻率應為V500Hz * 20kHz二1kHz。FilterPro中所填參數(shù)如下：Step 2: Filter SpecificationsPlease nterti ter specifications:dBGain GM：dBCenter Frequency (Aj):Allowable Passband Ripple麗：Passband Bandwidth BW 1500 Hz Stop ba nd Bandwidth 10OOOC HzStopband AttEnuation WjS: | -45

12、dBQpt ion al - : il ter O rderZ Hiecl所得電路為：Multisim 仿真得：10rFR5f :JNf- q-X3P1 :Wv:ri:R10Mode| everg? | Saw 5et.MsgnrtijdePh5M2D0kHz7HZHoriinrrtslLog 11 UnContrds30-zoodBVert cal所得電路為：Multisim 仿真得：10rFR5f :JNf- q-X3P1 :Wv:ri:R10Mode| everg? | Saw 5et.MsgnrtijdePh5M2D0kHz7HZHoriinrrtslLog 11 UnContrds3

13、0-zoodBVert cal噸.Un3.005可知，f=500Hz 時，Au = 10 20 - 0.7;13.005當f=500Hz時，Au = g - 0.7o大致符合要求。13.移相電路(Multisim仿真)波形合成時為何需要移相電路？ 移相是由于電路附帶的電容引起的，在方波正弦波的轉換過程中，相移在所難免的， 這就需要移相來解決附加相移。移相電路是對分頻濾波以后的各個諧波信號進行相位的 調整，是它們的相位關系能同步。移相電路應該怎樣調節(jié)？應該先調節(jié)好各次諧波的相位再合成？還是將各次諧波 合成后，再調節(jié)移相電路？請分析并寫出原因。以原始的方波信號為基準信號，接到示波器的 CH1 輸入

14、端，將移相網(wǎng)絡的輸出端接到CH2端，雙蹤是示波，通過可變電阻對輸出的相移進行改變，輸入輸出比表達式應該是Rw 的函數(shù);應先將濾好的各次諧波分別移相后再合成。由于濾波器用到了對不同頻率有不同響應的 儲能元件，對于濾除的波形會產(chǎn)生不同的附加相位，并且加法電路不含相移功能，此時設計 一個相移網(wǎng)絡是不同頻率的波形經(jīng)過其得到符合各自要求移相比較困難或者根本不可能實 現(xiàn)，因此要對各次諧波進行不同程度的移相。三、實驗內容及要求設計并安裝一個電路使之能夠產(chǎn)生方波，并從方波中分離出主要諧波，再將這些諧波合成為原始信號或其他周期信號。設計一個方波發(fā)生器，要求其頻率為1kHz，幅度為5V；設計合適的濾波器，從方波中

15、提取出基波和3次諧波；設計一個加法器電路，將基波和3 次諧波信號按一定規(guī)律相加，將合成后的信號與原始 信號比較，分析它們的區(qū)別及原因。分析實驗的功能與性能指標： 功能：此次實驗主要功能是實現(xiàn)信號的產(chǎn)生，并讓我們在對信號的分解過程中體會傅里葉級數(shù)對周期信號的展開，以及濾波器的設計(該實驗主要使用帶通和全通濾波器(即移相 器)，最后通過將分解出的諧波分量合成。性能指標：1、對于方波而言：頻率要為1kHz，幅度為5V (即峰峰值為10V),方波關鍵頂部盡可 能是直線，而不是斜線。2、濾出的基波：波形要為正弦波，頻率為1kHz，幅度理論值為6.37V (注：其實濾除 的基波幅度只要不太離譜即可，因為后

16、面的加法器電路可以調整增益，可以調到6.37V，后面的 3 次諧波也一樣）故最主要的是波形和頻率。3、3次諧波：波形要為正弦波，頻率為3kHz，幅度理論值為2.12V。4、移相器（即全通濾波器）：不能對信號的幅度和頻率有影響，只能改變信號的相位 使信號與輸入方波的相位相等。5、加法器：能夠彌補濾波出的信號幅度與理論值的誤差，將各個諧波分量合成。6、最后合成的信號與產(chǎn)生的方波信號相位與頻率應相等。實驗電路的結構如下：四、實驗電路設計實驗電路的結構如下：1、方波發(fā)生電路使用穩(wěn)壓管與運算放大器構成的方波發(fā)生電路，再使用分壓電路將之調整到-55V的雙極性 方波。VEE-RfZQkQRwlODkQK&y

17、=A -RfZQkQRwlODkQK&y=A 40%伽F通過調整電位器RW可以得到精確的頻率，調節(jié)電位器R57可以得到精確的幅度值。 仿真結果如下：Oscilloscope-XSClxTime匚 harnel_AChamd J7J5fi ms-35.704 ftlV0.000 V8,302 ms97.93 mV0,000 VluOOd Oscilloscope-XSClxTime匚 harnel_AChamd J7J5fi ms-35.704 ftlV0.000 V8,302 ms97.93 mV0,000 VluOOd MS133.647 mVfl-ODOVbiHHr2 CT|TIt2-TL

18、TnggerEdge:Lovol:TlrabflseScale: 20D usDivChannel A5cde: 2 叩DMChannel BScale: 6 W咖pn=.Div): 0Y pDL(Ckv: 0X pMLfOrv:U.lAdd B/A | WE | 城 0 OU |:| AC nDC |打卜IaId冋11 1VSingle2、濾波電路設計： 本設計采用帶通有源濾波電路，借助 Filterpro 軟件，同時考慮現(xiàn)有的器件條件，通過大量 的 Multisim 仿真實驗實現(xiàn)獲得效果較為理想的一次和三次濾波電路。(1) 基波：波形為正弦波，頻率為1kHz，峰峰值理論上12.732V,幅

19、度可以允許存在誤差，在后面的加法器進行調整，故最主要的是波形和頻率。R24WnFUA741CPVEE10nF-1R24WnFUA741CPVEE10nF-1仿真結果如下：(2) 3 次諧波波形為正弦波，頻率為3kHz，峰峰值理論上4.244V。小|A B|E.d|匚VVEE15V仿真結果如下：IllChannd_A 斗九 SCG V0.000 VChonnalH -L1R6 V -JL19Q V D.DOOVTims26.M4 ms26.534 msOlODD sOsillosc-Dpe-XSC2XT2-TILrhiebas?ChamS A5呦|幟5 WDMOiamJ b諭出I1G WkAut

20、o NoneEdflat | JR T| iLeveil:Yfw*Dhr:|麗甌riTri o ipcixp幅伽：d移相電路不能對信號的幅度和頻率有影響，只能改變信號的相位，是信號與輸入方波的相位相等。從上面的設計圖和實際此時的結果來看，我們的濾波器會使濾除的波形相對于原來的超前 但是由于采用了反相加法電路進行最后的波形疊加，相當于給每個諧波的相位不上180 度，反而能使相位超期，即時用如下圖的一項電路進行移相：kOkfl1CP-15 VUA74RJ1一WvkOkfl1CP-15 VUA74RJ1一Wv1 Ok 口TH-100hF加法器能過彌補濾波出的信號幅度與理論值的誤差，將各諧波分量合成，

21、實驗設計中采用反相 加法電路，如下圖：本實驗中還用到了跟隨器和反相器。添加跟隨器的目的是實驗中發(fā)現(xiàn)不接跟隨器時將方 波引入3kHz濾波電路時，會發(fā)現(xiàn)方波受到了很大的干擾，因此采用跟隨器能起到一個很好 的隔離作用。電壓跟隨器反相器將以上各電路模塊化，最后綜合電路如下：KS1四、硬件電路功能與指標，測試數(shù)據(jù)與誤差分析硬件實物圖：測試的數(shù)據(jù)和波形并與設計結果比較分析(1) 方波：F別2二eTri曲L.-VM 2QDjjs Delay Q ODpsf = D57E7kl-k-LXilvSl. OZGSu.; C urr 2 SMfJIS阻抗1MQ2 00 VJdivD.ao mvBVVictW.F別2

22、二eTri曲L.-VM 2QDjjs Delay Q ODpsf = D57E7kl-k-LXilvSl. OZGSu.; C urr 2 SMfJIS阻抗1MQ2 00 VJdivD.ao mvBVVictW.0.00m%那下_頁Page 1/2直流H.U-LUA 帶競限制 全帶竟-10.00- =4冊=4押丿1.血，= OEOrW：l JEO%上匕pi-EEdge QJQ jfL 0 DOrrf/Ampl CmeanChnsRRREMa二5E4/MnBase=jjBtJVWear時RV6FFRE=1$5%ROTl42mWP3-SR310.4mWppFreq=1.06kHz+ dthl廠一,

23、D4piEWirtt1.421 ii(4.9p5TM95.7 jjsCH1 R1.06kHz 詢節(jié)探頭粗迴：Ar-312(x. VhT-3 2lhHz 臨-308J0U5XI - -4.00us4.20V rFS3irAI -e：n=lU.I tzI4 “I 于I re；r=J.JLk- Iz_TLi： F-Pk Top Std&/ FOV LT Frd Rise -Dlty2.a o yjdiv0.00 mV_ HSE)2 ao yjdivo.ao mvBas 認=-6.21.則l卅e FFHE 卿 Freq Fal D翻12.72V6.W4.47V l0.E3% I -160 0947Eu

24、s 273.EJS603% .-iT-312.qjf vir=a J1kHlX2 - 308JOJS x = -n.mpEi Av= 4.20V-a. = 52am1T = -3JMWMn Mean 辭 01)0%ROVlamV/xjs=?J 06kHz+Widtr：_BWIcih3：-OusTVIt = 5-li Hd 7 Eu BOOMSaJS一 mi：tc由上圖示波器測得的數(shù)據(jù)顯示，生成的基波峰峰值為12.72V,頻率為1.06kHz(3) 三次諧波自動F 宀門-ILLk-kPk_Fk2=4.2&/Freq2=3 ITkHiJWL_TL/Z)AArB.H： 耳-PR Top Std&/

25、F叫 血r Rd ; Rise -Dliiv牡8V2.1EV1.43VP_ .H： 耳-PR Top Std&/ F叫 血r Rd ; Rise -Dliiv牡8V2.1EV1.43VP_ J 一一.44V-SR+VWVln 2.12VVleai 二 CiJOtWMS9啲DCL 0 QOrriVEdge jFEu 500MS3J ; :-ri I.HiLi：i ao yjdivD.ao mv VI - 3E3V由上圖示波器測得的數(shù)據(jù)顯示，生成的三次諧波峰峰值為4.28V,頻率為3.17kHz(4) 基波與三次諧波合成DC1MIAC1U1.05571Hzd卜宀門-ILLk-kJWL_TLa2 a

26、o yjdivD.ao mv1157V O.OOmV4.E2V0.00%MaxBasi5J0SV -5.7&/2.00 Vj divao mV12 5.7W 4JS7V 2.78% 64DErr 94BSDC1MIAC1U1.05571Hzd卜宀門-ILLk-kJWL_TLa2 ao yjdivD.ao mv1157V O.OOmV4.E2V0.00%MaxBasi5J0SV -5.7&/2.00 Vj divao mV12 5.7W 4JS7V 2.78% 64DErr 94BSU130 0u5 90 E%7O.B&nWMs 472.8j.i I 1.42rri 斬址/JTipl Cmean

27、PRE1 -Writh -LXik.H： 耳-PR Top Std&/ FW LT Rd Rise DityEu 500MS3J ； :-ri I.HiLi：E Jip. 暑&麗 jFL 0 QOrriV=4了41皿二 49.9%kin Meai R!VB JOO%ROV帀.77Mps -SRQBkHz+ dthm.3jj5iBWicihSIG LENT - Maaops Delay a capsH、-1咱-它上；.1-312(x.VZir-3 2iHHr 匯-308J0UiX1 - -4.00ms| 7- 4.20V 1 t-S3airftj- J - I - -3J6SV合成信號峰峰值為12.16V，頻率為1.06kHz面給出用 matlab 軟件畫出的基波與三次諧波的合成圖：基波與三次諧波的合成圖分析：從波形上可知multisim與matlab得出的波形是一致的，但是在峰峰值上存在一點誤 差，可能是有在用multisim仿真時，在用加法器求