方波信号的分解与合成实验
方波的合成与分解
综合性实验报告题目：方波的合成与分解实验课程：信号与系统学号：姓名：班级：12自动化2班指导教师：方波的分解与合成一、实验类型综合性实验二、实验目的和要求1．观察方波信号的分解。
2．用同时分析法观测方波信号的频谱，并与方波的傅利叶级数各项的频率与系数作比较。
3．掌握带通滤波器的有关特性测试方法。
4．观测基波和其谐波的合成。
三、实验条件实验仪器1．20M 双踪示波器一台。
2．信号与系统实验箱。
四、实验原理1. 信号的频谱与测量信号的时域特性和频域特性是对信号的两种不同的描述方式。
对于一个时域的周期信号)t (f ，只要满足狄利克莱(Dirichlet)条件，就可以将其展开成三角形式或指数形式的傅里叶级数。
例如，对于一个周期为T 的时域周期信号)t (f ，可以用三角形式的傅里叶级数求出它的各次分量，在区间)1,1(T t t +内表示为：)sin cos 1(0)(t n nb t n n n a a t f Ω+Ω∑∞=+=即将信号分解成直流分量及许多余弦分量和正弦分量，研究其频谱分布情况。
AA（c）图7-1 信号的时域特性和频域特性信号的时域特性与频域特性之间有着密切的内在联系，这种联系可以用图7-1来形象地表示。
其中图7-1(a)是信号在幅度--时间--频率三维座标系统中的图形；图7-1(b)是信号在幅度--时间座标系统中的图形即波形图；把周期信号分解得到的各次谐波分量按频率的高低排列，就可以得到频谱图。
反映各频率分量幅度的频谱称为振幅频谱。
图7-1(c)是信号在幅度--频率座标系统中的图形即振幅频谱图。
反映各分量相位的频谱称为相位频谱。
在本实验中只研究信号振幅频谱。
周期信号的振幅频谱有三个性质：离散性、谐波性、收敛性。
测量时利用了这些性质。
从振幅频谱图上，可以直观地看出各频率分量所占的比重。
测量方法有同时分析法和顺序分析法。
同时分析法的基本工作原理是利用多个滤波器，把它们的中心频率分别调到被测信号的各个频率分量上。
信号分解与合成实验报告
信号分解与合成实验报告实验报告实验目的：1.了解信号分解与合成的基本概念和原理；2.掌握信号分解与合成的具体方法；3.能够利用信号分解与合成技术分析和合成简单信号。
实验仪器：信号发生器、示波器、频谱分析仪。
实验原理：信号分解是指将一个复杂信号分解成一组频率、振幅和相位不同的简单信号。
信号合成是指根据给定的频率、振幅和相位信息，将多个简单信号合成为一个复杂信号。
实验步骤：1.将信号发生器的输出接入示波器的输入端，并调整信号发生器的频率、振幅和相位设置。
2.调节示波器以及频谱分析仪的参数，观察信号在示波器上的波形和幅频特性。
实验结果与分析：在实验中，我们选择了一个周期为1s，频率为1Hz，振幅为5V，相位为0的方波信号作为实验对象。
将该方波信号输入示波器中，观察到了方波的周期性波形。
接着，我们使用频谱分析仪对方波信号进行频谱分析。
观察到频谱图中只存在基频和其奇次谐波（3Hz,5Hz,7Hz,...），并且振幅逐渐衰减。
这说明方波信号可以被分解为一组频率不同、振幅逐渐衰减的简单信号。
然后，我们选择了多个简单信号（如正弦波、方波、三角波等）并分别输入到示波器中，调整其频率、振幅和相位，观察到了不同波形的复杂信号。
这表明信号分解与合成技术可以通过调节简单信号的频率、振幅和相位，实现对复杂信号的合成。
结论：通过本实验，我们了解了信号分解与合成的基本概念和原理，掌握了信号分解与合成的具体方法。
我们可以根据需要，对复杂信号进行分解，并利用合适的简单信号进行合成，从而实现对信号的分析和合成。
这对于信号处理和通信领域具有重要意义。
模拟电子技术综合实验一方波的分解与合成ppt课件
C1
10 n R3 50 0
2
பைடு நூலகம்
u1
3
V+ V-
6
Vout
ua7 41
4
. .
V CC -1 0 V R2 33 0K
C2
10 n
.
实验原理图
相位校正电路
由于带通滤波器难免对滤出的谐波分量产生附加相
位，所以需要在选频电路之后加入全通网络校正相位，
抵消相位差。
.
R2
10 K
VCC 10V
7
V in
. .
实验目的
设计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。
实验原理图
方波发生器 1KHz ±5V
1K 带通滤波 移相
3K 带通滤波
5K 带通滤波
移相
移相
加法器
方波分解与合成原理
实验原理图
信号的产生
通过振荡电路产生1KHz，幅度为5V的方波信号。
R1 10 K C1
10 n
2
u1
3
V+ V-
6
Vout
ua7 41
4
R3 3 0 0 V CC -1 0 V
.
实验原理图
加法电路
将带通滤波器所得到的各次谐波分量进行叠加，得
到近似的方波，并且实现对经过带通滤波器的原信号分
量的衰减进行补偿。 .
R24 k5
1K
R23 k3
3.5K
R25 10K
VCC 10V
7
R22 k1
10K
2
u1
V+
6
Vout .
实验四 信号的产生、分解与合成
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。
1.基本要求（1）设计一个方波发生器，要求其频率为1kHz，幅度为5V；（2）设计合适的滤波器，从方波中提取出基波和3次谐波；（3）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。
2.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：该项目一是产生方波，二是对方波进行分解与再合成。
其中主要涉及方波发生电路，滤波器以及加法电路。
为了使合成波形相位相等，还需要用到移相电路以及比例放大电路。
二、电路设计（预习要求）(1)电路设计思想（请将基本要求、提高要求、创新要求分别表述）：采用电压比较器输出方波（占空比达50%），用二阶带通滤波器分别滤出基波、三次、五次谐波。
将三次和五次谐波移相使其与基波相位相同，最后用运放同时实现比例与加法运算，得到叠加波形。
(2)电路结构框图（请将基本要求、提高要求、创新要求分别画出）：图1(3)电路原理图（各单元电路结构、工作原理、参数计算和元器件选择说明）：图2如上图，整个电路分成五个部分，分别标注为部分一~部分五。
部分一是方波产生电路，利用电压比较器。
通过电容的充放电形成电压振荡，振荡中进行电压比较输出方波。
由频率的计算公式，令f=1kHz ，分别取C1=100nF ，R1=10k Ω，则计算得。
取R3=10k Ω，则R2=3.2k Ω，于是取其临近值3.3k Ω。
部分二是反相比例放大电路，该部分的功能是缩小方波幅值。
主要是为了配合部分三的滤波部分，使滤波的幅值不至于过大。
部分三为滤波部分。
实验一波形合成与分解
实验一波形合成与分解实验目的在理论学习的根底上，通过本实验熟悉信号的合成、分解原理，了解信号频谱的含义，加深对傅里叶变换性质和作用的理解。
实验原理根据傅里叶分析的原理，任何周期信号都可以用一组三角函数{sin(n 0t);cos(n0t)}的组合表示，即：x(t) a0a1cos(0t) b1sin( 0t) a2cos(20t) b2sin(20t)即可以用一组正弦波和余弦波来合成任意形状的周期信号。
实验内容〔1〕方波的合成图示方波是一个奇谐信号，由傅里叶级数可知，它是由无穷个奇次谐波分量合成的，本实验用图形的方式来表示它的合成。
方波信号可以分解为:x (t)2Asin(2nf0t)1,n1,3,5,7,9, n1n用前5项谐波近似合成50Hz,幅值为3的方波，写出实验步骤。
a.只考察从t0s到t10s这段时间内的信号。
b.画出基波分量y(t) sin(t)。
c.将三次谐波加到基波之上，并画出结果，并显示。
y(t) sin(t) sin(3*t)/3再将一次、三次、五次、七次和九次谐波加在一起。
y(t) sin(t) sin(3*t)/3 sin(5*t)/5 sin(7*t)/7 sin(9*t)/9(2)合并从基波到十九次谐波的各奇次谐波分量。
将上述波形分别画在一幅图中，可以看出它们逼近方波的过程。
注意“吉布斯现象〞。
周期信号傅里叶级数在信号的连续点收于该信号，在不连续点收敛于信号左右极限的平均值。
如果我们用周期信号傅里叶级数的局部和来近似周期信号，在不连续点附近将会出现起伏和超量。
在实际中，如果应用这种近似，就应该选择足够大的N，以保证这些起伏拥有的能量可以忽略。
设计谐波合成三角波的实验，写出实验步骤，并完成实验。
设计分析方波、三角波频谱的分析实验，写出实验步骤，并完成实验〔并比拟二者频谱的特点〕。
实验报告要求简述实验目的及原理，按实验步骤附上相应的信号波形曲线，总结实验得出的主要结论。
方波信号的分解与合成实验
方波信号的分解与合成实验08电师班文里连 007号实验三信号的基本运算实验方波信号的分解与合成实验1、实验目的:2.3.1(1) 了解各基本运算单元的构成(2) 掌握信号时域运算的运算法则2.7.1(1)了解方波的傅里叶变换和频谱特性(2) 掌握方波信号在十余上进行分解与合成的方法(3)掌握方波谐波分量的幅值和相位对信号合成的影响2、实验原理:2.3.2信号在时域中的运算有相加、相减、相乘、数乘、微分、积分。
(1)相加:信号在时域中相加时，横轴(时间轴)的横坐标值不变，仅是将横坐标值所对应的纵坐标值相加。
加法器完成功能:OUT=IN1+IN2(2)相减:信号在时域中相减时，横轴(时间轴)的横坐标值不变，仅是将横坐标值所对应的纵坐标值相减。
减法器完成功能:OUT=IN1-IN2(3)数乘:信号在时域中倍乘时，横轴(时间轴)的横坐标值不变，仅是将横坐标值所对应的纵坐标值扩大n倍。
(n>1时扩大;0<n<1时减小)。
数乘器完成功能:OUT=RP/R*IN(4)反相:信号在时域中反相时，横轴(时间轴)的横坐标值不变，仅是将横坐标值所对应的纵坐标值正负号。
反相器完成功能:OUT=-IN(5)微分:信号在时域微分即是对信号求一阶导数。
)积分:信号在时域积分即讲信号在(-?，t)内求一次积分。
(62.7.2(1)信号的傅里叶变换与频谱分析信号的时域特性与频域特性是对信号的两种不同描述方式。
对一个时域的周期信号f(t)，只要满足狄利克莱条件，就可展开成傅里叶级数:f(t)=a0/2+Σancos(nΩt)+Σbnsin(nΩt)=A0/2+ΣAncos(nΩt+Φn) 由式子得，信号f(t)时有直流分量和许多余弦或正弦分量组成。
其中A0/2是常数项，是周期信号中所包含的直流分量;第二项A1cos(Ωt+Φ1)称为基波，其角频率与原周期信号同，A1是基波振幅，Φ1是基波初相角;A2cos(Ωt+Φ2)称为二次谐波，其频率是基波的二倍，A2是基波振幅，Φ2是基波初相角。
实验方波信号的分解与合成
实验五 方波信号的分解与合成一、实验目的和要求1、了解和掌握方波信号的产生、方波信号的谐波分解和合成的电路原理和方法；2、了解和掌握电路原理图和PCB 设计的一般方法；3、了解和掌握电路焊接和调试的一般方法；4、制作出方波的分解和合成的电路实物并调试成功。
二、实验仪器1、台式电脑；2、双踪示波器1台；3、数字万用表；4、电路板制作工具。
三、实验原理1、方波信号的分解和合成原理任何电信号都是由各种不同频率、幅度和初相的正弦波迭加而成的。
从周期信号由它的傅里叶级数展开式可知，各次谐波为基波频率的整数倍。
图11-1中所示的方波信号)(t f 可以分解为奇次谐波相加的形式，如公式（5-1）所示。
]])12sin[(121)3sin(31)[sin(4)( +Ω++++Ω+Ω=t k k t t U t f d π, ,3,2,1,0=k ， （5-1） 其中T π2=Ω,T 为方波信号的周期。
图5-1 方波及方波信号的分解和合成原理框图图5-1中所示为方波信号的分解与合成电路的电路原理框图。
将被测方波信号加到分别调谐于基波和各次奇谐波频率的一系列有源带通滤波器电路上，从每一有源带通滤波器的输出端可以用示波器观察到相应频率的正弦波。
实验所用的被测信号)(t f 是50Hz 的方波，用作选频网络的5种有源带通滤波器的输出分别是1（基波）、2、3、4、5次谐波，频率分别是50Hz 、100Hz 、150Hz 、200Hz 、250Hz 。
在理想情况下，偶次谐波应该无输出信号，始终为零电平，而奇次谐波则具有很好的幅度收敛性，理想情况下奇次谐波中的1、3、5、7、9次谐波的幅度比应为1：（1/3）：（1/5）：（1/7）：（1/9），但实际上输入方波的占空比较难控制在50%，且方波可能有少量失真以及滤波器本身滤波特性都会使是偶次谐波分量不能达到理想零的情况，因此非理想的方波信号包含一定的偶次谐波分量。
2、方波信号的产生、分解和合成的电路实现原理总体方案如下所述：使用集成函数信号发生器模块（ICL8038）产生一个幅值在5V ，占空比为50%，频率为50Hz 的双极性的周期性的方波信号；方波信号分别通过3路二阶有源RC 带通滤波电路，分别取得方波信号的基波（50Hz ）、3次谐波（150Hz ）和5次谐波（250Hz ）信号，这3路谐波信号分别通过RC 有源移相放大电路，分别将其相位和幅值调整到基本满足公式（5-1）所示的要求的谐波信号，最后通过同相有源加法器电路将其相加，还原出一个近似的方波信号，还原出的近似方波信号幅值为5V，频率为50Hz，占空比为50%，波峰部分波形尽量平坦，在半个周期内有5个波头。
方波信号的分解与合成实验报告
方波信号的分解与合成实验报告一、实验目的1.了解方波信号的特点和性质；2.学习使用傅里叶级数分解和合成方波信号；3.掌握实验仪器的使用方法和实验操作技巧。
二、实验原理1.方波信号的特点和性质方波信号是一种周期性的信号，其波形为矩形，即在一个周期内，信号的幅值在一段时间内为正，另一段时间内为负，且幅值大小相等。
方波信号的频率是指信号在一个周期内重复的次数，单位为赫兹（Hz）。
2.傅里叶级数分解和合成方波信号傅里叶级数是将一个周期性信号分解成一系列正弦和余弦函数的和的方法。
对于一个周期为T的周期性信号f(t)，其傅里叶级数表示为：f(t)=a0/2+Σ(an*cos(nωt)+bn*sin(nωt))其中，a0/2为信号的直流分量，an和bn为信号的交流分量，ω=2π/T为信号的角频率，n为正整数。
傅里叶级数合成是将一系列正弦和余弦函数的和合成为一个周期性信号的方法。
对于一个周期为T的周期性信号f(t)，其傅里叶级数合成表示为：f(t)=Σ(cncos(nωt)+dnsin(nωt))其中，cn和dn为信号的傅里叶系数，n为正整数。
三、实验器材和仪器1.示波器2.函数信号发生器3.万用表4.电阻箱5.电容箱四、实验步骤1.将函数信号发生器的输出设置为方波信号，频率为1kHz，幅值为5V。
2.将示波器的输入连接到函数信号发生器的输出端口。
3.调节示波器的水平和垂直控制，使得方波信号的波形清晰可见。
4.使用万用表测量方波信号的频率和幅值，并记录数据。
5.使用电阻箱和电容箱分别改变方波信号的频率和幅值，并记录数据。
6.使用傅里叶级数分解方法，将方波信号分解成一系列正弦和余弦函数的和，并记录数据。
7.使用傅里叶级数合成方法，将一系列正弦和余弦函数的和合成为一个周期性信号，并记录数据。
五、实验结果与分析1.方波信号的特点和性质通过示波器观察方波信号的波形，可以发现其具有矩形的特点，即在一个周期内，信号的幅值在一段时间内为正，另一段时间内为负，且幅值大小相等。
方波信号的分解与合成
实验四 方波信号的分解与合成任何电信号都是由各种不同频率、幅度和初相的正弦波迭加而成的。
1822年法国数学家傅里叶在研究热传导理论时提出并证明了将周期函数展开为正弦级数的原理。
奠定了傅里叶级数的理论基础、揭示了周期信号的本质，即任何周期信号（正弦信号除外）都可以看作是由无数不同频率、不同幅度的正弦波信号叠加而成的，就像物质都是由分子或者原子构成一样。
周期信号的基本单元信号是正弦谐波信号。
一、实验目的1、通过对周期方波信号进行分解，验证周期信号可以展开成正弦无穷级数的基本原理，了解周期方波信号的组成原理。
2、测量各次谐波的频率与幅度，分析方波信号的频谱。
3、观察基波与不同谐波合成时的变化规律。
4、通过方波信号合成的实验，了解数字通信中利用窄带通信系统传输数字信号（方波信号）的本质原理。
二、实验原理1、一般周期信号的正弦傅里叶级数按照傅里叶级数原理，任何周期信号在满足狄利克雷条件时都可以展开成如式2-3-1所示的无穷级数∑∑∑∞=∞=∞=+Ω+=Ω+Ω+=10110)cos(2)sin()cos(2)(n n n n n n n t n A A t n b t n a a t f ϕ （2-4-1）其中)cos(n n t n A ϕ+Ω称为周期信号的n 谐波分量，n 次谐波的频率为周期信号频率的n 倍，每一次的谐波的幅度随谐波次数的增加依次递减。
当0=n 时的谐波分量为2a （直流分量）。
当1=n 时的谐波分量为)cos(11ϕ+Ωt A （一次谐波或基波分量直流分量）。
2、一般周期信号的有限次谐波合成及其方均误差按照傅里叶级数的基本原理可知，周期信号的无穷级数展开中，各次谐波的频率按照基波信号的频率的整数倍依次递增，幅度值随谐波次数的增加依次递减，趋近于零。
因此，从信号能量分布的角度来讲，周期信号的能量主要分布在频率较低的有限次谐波分量上。
此原理在通信技术当中得到广泛应用，是通信技术的理论基础。
实验五、方波信号合成和分解
实验五、方波信号合成和分解实验五、方波信号的合成与分解一、实验目的1、观测1KHz Vpp ＝3V 方波信号的频谱，并与其傅利叶级数各项的频率与系数作比较；2、观测基波和其谐波的合成。
二、实验原理任何确定性的电信号都可以表示为随时间变化的某种物理量，比如：电压)(t u 和电流)(t i 等。
主要表现在随着时间t 的变化，信号波形幅值的大小、持续时间的长短、变化速率的快慢、波动的速度及重复周期的大小等变化，信号的这一特性称为信号的时间特性。
信号还可以分解为一直流分量和许多不同频率的正弦分量之和。
主要表现在各频率正弦分量所占比重的大小不同，主要频率分量所占有的频率范围也不同等，信号的这一特性称为信号的频率特性。
无论是信号的时间特性，还是信号的频率特性，都包含了信号的全部信息量。
根据周期信号的富里叶级数展开式可知，任何非正弦周期信号，只要满足狄里赫利条件都可以分解为一直流分量和由基波及各次谐波（基波的整数倍）分量的叠加。
例如一个周期的方波信号)(t f 可以分解为++++=t t t t E t f 11117sin 715sin 513sin 31sin 4)(ωωωωπ 如图5-1(a)所示。
同样，由基波及各次谐波分量也可以叠加出来一个周期方波信号，如图5-1(b)所示。
至于叠加出来的信号与原信号的误差，则取决于富里叶级数的项数。
(a) 方波信号的分解 (b) 方波信号的合成图 5-1 方波信号的分解与合成分解方法是，将输出信号加到一个滤波器组，其中每一个单元滤波器中心频率等于信号的各次谐波频率，在滤波器输出端得到分开来的基频信号和各次谐波信号。
图5.1 1KHz带通滤波图5.2 3KHz带通滤波图5.3 5KHz带通滤波图5.4 7KHz带通滤波图5.5 9KHz带通滤波将所得到的基波和各次谐波分量送到一个加法器输入端进行重新合成，合成后的波形从加法器输出端得到。
图5.6 方波合成三、实验设备和元件：1．实验主板；2．方波信号合成与分解模块；3．跳线若干。
物理实验教案方波的傅里叶分解与合成
方波的傅里叶分解与合成一、实验目的:1、用RLC 串联谐振方法将方波分解成基波和各次谐波，并测量它们的振幅与相位关系。
2、将一组振幅与相位可调正弦波由加法器合成方波。
3、了解傅立叶分析的物理含义和分析方法。
二、实验仪器:HLD-ZDF-II 傅立叶分解合成仪、示波器、标准电感、电容箱等。
三、实验原理:任何具有周期为T 的波函数f(t)都可以表示为三角函数所构成的级数之和，即：∑∞=++=10)sin cos (21)(n n n t n b t n a a t f ωω其中：T 为周期，ω为角频率,ω＝Tπ2；第一项 20a为直流分量。
所谓周期性函数的傅里叶分解就是将周期性函数展开成直流分量、基波和所有ｎ阶谐波的迭加。
如图1所示的方法可以写成：h (0≤t ＜2T ) )(t f =-h (-2T≤t ＜0) 此方波为奇函数，它没有常数项。
数学上可以证明此方波可表示为：......)7sin 715sin 513sin 31(sin 4)(++++=t t t t h t f ωωωωπ∑∞=--1])12sin[()121(4n t n n h ωπ（1）周期性波形傅里叶分解的选频电路我们用RLC 串联谐振电路作为选频电路，对方波进行频谱分解。
在示波器上显示这些被分解的波形，测量它们的相对振幅。
我们还可以用一参考正弦波与被分解出的波形构成李萨如图形，确定基波与各次谐波的初相位关系。
实验线路图如图2所示。
这是一个简单的RLC 电路，其中R 、C 是可变的。
L 一般取0.1H~1H 范围。
图 1 方波当输入信号的频率与电路的谐振频率相匹配时，此电路将有最大的响应。
谐振频率0ω为：0ω=LC1即： LC f π21=这个响应的频带宽度以Q 值来表示：Q ＝RLω0当Q 值较大时，在0ω附近的频带宽度较狭窄，所以实验中我们应该选择Q 值足够大，大到足够将基波与各次谐波分离出来。
如果我们调节可变电容C ，在n 0ω频率谐振，我们将从此周期性波形中选择出这个单元。
实验二-方波信号的分解与合成及相位、幅度对波形合成的影响
实验⼆-⽅波信号的分解与合成及相位、幅度对波形合成的影响实验⼆⽅波信号的分解与合成及相位、幅度对波形合成的影响（4学时）⼀、实验⽬的1 、通过观察⽅波信号的分解与合成过程，理解利⽤傅利叶级数进⾏信号频谱分析的⽅法。
2 、了解频率失真和相位失真对⽅波信号合成波形的影响。
3、加深理解相位对波形合成中的作⽤。
4、加深理解幅值对波形合成的作⽤。
⼆、实验内容1、通过观察⽅波信号的分解与合成过程，进⼀步理解信号的频谱分析⽅法。
2、了解频率失真和相位失真对⽅波信号合成波形的影响。
3、加深理解相位对波形合成中的作⽤。
4、加深理解幅值对波形合成的作⽤。
三、实验原理说明2．1电信号的分解任何电信号都是由各种不同频率、幅度和初相的正弦波迭加⽽成的。
对周期信号由它的傅⾥叶级数展开可知，各次谐波为基波频率的整数倍。
⽽⾮周期信号包含了从零到⽆穷⼤的所有频率成分，每⼀频率成分的幅度均趋向⽆限⼩。
如图4－1所⽰⽅波信号的傅⾥叶级数展开式为)5sin 513sin 31(sin 4)( +++=t t t At f ωωωπ（2－1）其中Tπω2=为⽅波信号的⾓频率。
图2－1 ⽅波信号由式（2－1）可知，⽅波信号中只含奇次谐波的正弦分量。
通过⼀选频⽹络可以将⽅波信号中所包含的各次谐波分量提取出来。
本实验采⽤有源带通滤波器作为选频⽹络，共5路。
各带通滤波器的B W ＝2Hz ，如图2－2所⽰。
图2－2带通滤波器将被测信号加到选频⽹络上，从每⼀带通滤波器的输出端可以⽤⽰波器观察到相应频率的谐波分量。
本实验采⽤的被测信号为100Hz 的⽅波，通过各滤波器后，可观察到1、3、5次谐波，如图2－3。
⽽2、4次谐波在理想情况下应该⽆输出信号，但实际上⽅波可能有少量失真以及受滤波器本⾝滤波特性的限制⽽使偶次谐波分量未能达到理想的情况。
⽅波激励⽅波基波u iu 5u 4u 3u 2200Hz 300Hz 400Hz500Hz100Hz⽅波三次谐波⽅波五次谐波图2－3 ⽅波的1、2、3次谐波实验电路图2．2．1电路框图图2-4电路框图由双运放LM324组成带通滤波电路（B W 约2Hz ）和射随器；三极管9013组成移相电路，起到相位补偿的作⽤。
实验六 方波信号的合成Ver7.12
实验六方波信号的合成
引子：
简谐之美，变化之基。
频谱各不同，规律乃相似。
内容提要
了解不同的非正弦周期信号波形的谐波成份有哪些不同，进一步掌握锯齿波与方波所含频谱的差异
一实验目的
了解不同的非正弦周期信号波形的谐波成份有哪些不同，进一步掌握锯齿波与方波所含频谱的差异。
图6-3 各谐波频率与输出幅度
3、依次分别连接SG301—SG311，SG315—SG403，调整“幅度调整”电位器（f 0）为3V 。
SG303—SG313，SG315—SG403，调整“幅度调整”电位器（3f 0）为1V 。
SG305—SG315，SG315—SG403，调整“幅度调整”电位器（5f 0）V 。
4、同时连接SG301与SG311、SG303与SG313、SG305与SG315，
示波器
接于TP302。
5、适当调节各相移电位器和幅度电位器，用示波器观察并记录加法器输出端基
波与各次谐波同时叠加的波形。
见图6-4。
四 实验报告要求
1 详细总结波形分解、合成原理。
2 画出方波波形分解与合成的波形图并与锯齿波相比较。
图6-4基波与各次谐波同时叠加的波形
3 总结锯齿波与方波所含频谱成分的差异。
五 实验设备
1 双踪示波器 1台
2 信号系统实验箱 1台
注1 附表
5
3
注2：实测参考波形：
注-1方波合成。
实验四--信号的产生、分解与合成
实验四信号的产生、分解与合成【实验内容】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。
1.基本要求（1）设计一个方波发生器，要求其频率为1kHz，幅度为5V；（2）设计合适的滤波器，从方波中提取出基波和3次谐波；（3）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。
2.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. 其他部分用类似方式合成其他周期信号，如三角波、锯齿波等。
【实验目的】1.掌握方波信号产生的基本原理和基本分析方法，电路参数的计算方法，各参数对电路性能的影响；2. 掌握滤波器的基本原理、设计方法及参数选择；3. 了解实验过程：学习、设计、实现、分析、总结。
4. 系统、综合地应用已学到的电路、电子电路基础等知识，在单元电路设计的基础上，利用multisim 和FilterPro 等软件工具设计出具有一定工程意义和实用价值的电子电路。
5. 掌握多级电路的安装调试技巧，掌握常用的频率测量方法。
6. 本实验三人一组，每人完成一个功能电路，发挥团队合作优势，完成实验要求。
【报告要求】1. 根据实验内容、技术指标及实验室现有条件，自选方案设计出原理图，分析工作原理，计算元件参数。
（写出理论推导，不能只有图） 非正弦周期信号可以通过Fourier 分解成直流、基波以及与基波成自然倍数的高次谐波的叠加。
本实验需要设计一个高精度的带通滤波器和移相器，组成选频网络，实现方波Fourier 分解的原理性实验，实现方波合成的原理性实验。
简易波形分解与合成由下述四个部分功能电路—周期信号产生电路、波形分解电路（滤波器）、相位调节、幅值调节与合成电路组成。
1. 非正弦周期信号的分解与合成对某非正弦周期信号()f t ，其周期为T ，频率为f ，则可以分解为无穷项谐波之和，即：000112()sin()sin(2)n n n n n n nf t c c t c c f t T πϕπϕ∞∞===++=++∑∑上式表明，各次谐波的频率分别是基波频率0f 的整数倍。
方波的合成与分解
1综合性实验报告题目：方波的合成与分解实验课程：信号与系统学号：姓名：班级：12自动化2班指导教师：方波的分解与合成一、实验类型综合性实验二、实验目的和要求1．观察方波信号的分解。
2．用同时分析法观测方波信号的频谱，并与方波的傅利叶级数各项的频率与系数作比较。
3．掌握带通滤波器的有关特性测试方法。
4．观测基波和其谐波的合成。
三、实验条件实验仪器1．20M 双踪示波器一台。
2．信号与系统实验箱。
四、实验原理1. 信号的频谱与测量信号的时域特性和频域特性是对信号的两种不同的描述方式。
对于一个时域的周期信号)t (f ，只要满足狄利克莱(Dirichlet)条件，就可以将其展开成三角形式或指数形式的傅里叶级数。
例如，对于一个周期为T 的时域周期信号)t (f ，可以用三角形式的傅里叶级数求出它的各次分量，在区间)1,1(T t t +内表示为：)sin cos 1(0)(t n nb t n n n a a t f Ω+Ω∑∞=+=即将信号分解成直流分量及许多余弦分量和正弦分量，研究其频谱分布情况。
AA（c）图7-1 信号的时域特性和频域特性信号的时域特性与频域特性之间有着密切的内在联系，这种联系可以用图7-1来形象地表示。
其中图7-1(a)是信号在幅度--时间--频率三维座标系统中的图形；图7-1(b)是信号在幅度--时间座标系统中的图形即波形图；把周期信号分解得到的各次谐波分量按频率的高低排列，就可以得到频谱图。
反映各频率分量幅度的频谱称为振幅频谱。
图7-1(c)是信号在幅度--频率座标系统中的图形即振幅频谱图。
反映各分量相位的频谱称为相位频谱。
在本实验中只研究信号振幅频谱。
周期信号的振幅频谱有三个性质：离散性、谐波性、收敛性。
测量时利用了这些性质。
从振幅频谱图上，可以直观地看出各频率分量所占的比重。
测量方法有同时分析法和顺序分析法。
同时分析法的基本工作原理是利用多个滤波器，把它们的中心频率分别调到被测信号的各个频率分量上。
方波的傅立叶分解与合成全
实验二 信号分解与合成一、实验目的1、观察信号的分解。
2、掌握带通滤波器的有关特性测试方法。
3、观测基波和其谐波的合成。
二、实验内容1、观察信号分解的过程及信号中所包含的各次谐波。
2、观察由各次谐波合成的信号。
三、实验原理任何电信号都是由各种不同频率、幅度和初相的正弦波迭加而成的。
对周期信号由它的傅里叶级数展开式可知，各次谐波为基波频率的整数倍。
而非周期信号包含了从零到无穷大的所有频率成份，每一频率成份的幅度均趋向无限小，但其相对大小是不同的。
通过一个选频网络可以将电信号中所包含的某一频率成份提取出来。
本实验采用性能较佳的有源带通滤波器作为选频网络，因此对周期信号波形分解的实验方案如图2-3-1所示。
将被测方波信号加到分别调谐于其基波和各次奇谐波频率的一系列有源带通滤波器电路上。
从每一有源带通滤波器的输出端可以用示波器观察到相应频率的正弦波。
本实验所用的被测信号是Hz 531=ω左右的周期信号，而用作选频网络的五种有源带通滤波器的输出频率分别是543215432ωωωωω、、、、，因而能从各有源带通滤波器的两端观察到基波和各次谐波。
其中，在理想情况下，如方波的偶次谐波应该无输出信号，始终为零电平，而奇次谐波则具有很好的幅度收敛性，理想情况下奇次谐波中一、三、五、七、九次谐波的幅度比应为1：（1/3）：（1/5）：（1/7）：（1/9）。
但实际上因输入方波的占空比较难控制在50%，且方波可能有少量失真以及滤波器本身滤波特性的有限性都会使得偶次谐波分量不能达到理想零的情况。
四、实验说明1、把系统时域与频域分析模块插在主板上，用导线接通此模块“电源接入”和主板上的电源（看清标识，防止接错，带保护电路），并打开此模块的电源开关。
2、调节函数信号发生器，使其输出Hz 53左右（其中在Hz Hz 56~50之间进行选择，使其输出的效果更好）的方波（要求方波占空比为50%，这个要求较为严格），峰峰值为2V 左右。
实验二-方波信号的分解与合成及相位、幅度对波形合成的影响
实验二 方波信号的分解与合成及相位、幅度对波形合成的影响（4学时）一 、实验目的1 、通过观察方波信号的分解与合成过程，理解利用傅利叶级数进行信号频谱分析的方法。
2 、了解频率失真和相位失真对方波信号合成波形的影响。
3、 加深理解相位对波形合成中的作用。
4、 加深理解幅值对波形合成的作用。
二 、实验内容1、通过观察方波信号的分解与合成过程，进一步理解信号的频谱分析方法。
2、了解频率失真和相位失真对方波信号合成波形的影响。
3、加深理解相位对波形合成中的作用。
4、加深理解幅值对波形合成的作用。
三、实验原理说明2．1电信号的分解任何电信号都是由各种不同频率、幅度和初相的正弦波迭加而成的。
对周期信号由它的傅里叶级数展开可知，各次谐波为基波频率的整数倍。
而非周期信号包含了从零到无穷大的所有频率成分，每一频率成分的幅度均趋向无限小。
如图4－1所示方波信号的傅里叶级数展开式为 )5sin 513sin 31(sin 4)( +++=t t t A t f ωωωπ （2－1） 其中Tπω2=为方波信号的角频率。
图2－1 方波信号由式（2－1）可知，方波信号中只含奇次谐波的正弦分量。
通过一选频网络可以将方波信号中所包含的各次谐波分量提取出来。
本实验采用有源带通滤波器作为选频网络，共5路。
各带通滤波器的B W ＝2Hz ，如图2－2所示。
图2－2带通滤波器 u iu 5u 4 u 3 300Hz 400Hz500Hz将被测信号加到选频网络上，从每一带通滤波器的输出端可以用示波器观察到相应频率的谐波分量。
本实验采用的被测信号为100Hz 的方波，通过各滤波器后，可观察到1、3、5次谐波，如图2－3。
而2、4次谐波在理想情况下应该无输出信号，但实际上方波可能有少量失真以及受滤波器本身滤波特性的限制而使偶次谐波分量未能达到理想的情况。
方波激励方波基波方波三次谐波方波五次谐波图2－3 方波的1、2、3次谐波实验电路图2．2．1电路框图图2-4电路框图 由双运放LM324组成带通滤波电路（B W 约2Hz ）和射随器；三极管9013组成移相电路，起到相位补偿的作用。
实验四--信号的产生、分解与合成
实验四信号的产生、分解与合成【实验内容】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。
1.基本要求（1）设计一个方波发生器，要求其频率为1kHz，幅度为5V；（2）设计合适的滤波器，从方波中提取出基波和3次谐波；（3）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。
2.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. 其他部分用类似方式合成其他周期信号，如三角波、锯齿波等。
【实验目的】1.掌握方波信号产生的基本原理和基本分析方法，电路参数的计算方法，各参数对电路性能的影响；2. 掌握滤波器的基本原理、设计方法及参数选择；3. 了解实验过程：学习、设计、实现、分析、总结。
4. 系统、综合地应用已学到的电路、电子电路基础等知识，在单元电路设计的基础上，利用multisim 和FilterPro 等软件工具设计出具有一定工程意义和实用价值的电子电路。
5. 掌握多级电路的安装调试技巧，掌握常用的频率测量方法。
6. 本实验三人一组，每人完成一个功能电路，发挥团队合作优势，完成实验要求。
【报告要求】1. 根据实验内容、技术指标及实验室现有条件，自选方案设计出原理图，分析工作原理，计算元件参数。
（写出理论推导，不能只有图） 非正弦周期信号可以通过Fourier 分解成直流、基波以及与基波成自然倍数的高次谐波的叠加。
本实验需要设计一个高精度的带通滤波器和移相器，组成选频网络，实现方波Fourier 分解的原理性实验，实现方波合成的原理性实验。
简易波形分解与合成由下述四个部分功能电路—周期信号产生电路、波形分解电路（滤波器）、相位调节、幅值调节与合成电路组成。
1. 非正弦周期信号的分解与合成对某非正弦周期信号()f t ，其周期为T ，频率为f ，则可以分解为无穷项谐波之和，即：000112()sin()sin(2)n n n n n n nf t c c t c c f t T πϕπϕ∞∞===++=++∑∑上式表明，各次谐波的频率分别是基波频率0f 的整数倍。
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方波信号的分解与合成实验
08电师班文里连 007号
实验三信号的基本运算实验
方波信号的分解与合成实验
1、实验目的:
2.3.1(1) 了解各基本运算单元的构成
(2) 掌握信号时域运算的运算法则
2.7.1(1)了解方波的傅里叶变换和频谱特性
(2) 掌握方波信号在十余上进行分解与合成的方法
(3)掌握方波谐波分量的幅值和相位对信号合成的影响
2、实验原理:
2.3.2信号在时域中的运算有相加、相减、相乘、数乘、微分、积分。
(1)相加:信号在时域中相加时，横轴(时间轴)的横坐标值不变，仅是将横坐标值所对应的纵坐标值相加。
加法器完成功能:OUT=IN1+IN2
(2)相减:信号在时域中相减时，横轴(时间轴)的横坐标值不变，仅是将横坐标值所对应的纵坐标值相减。
减法器完成功能:OUT=IN1-IN2
(3)数乘:信号在时域中倍乘时，横轴(时间轴)的横坐标值不变，仅是将横坐标值所对应的纵坐标值扩大n倍。
(n>1时扩大;0<n<1时减小)。
数乘器完成功
能:OUT=RP/R*IN
(4)反相:信号在时域中反相时，横轴(时间轴)的横坐标值不变，仅是将横坐标值所对应的纵坐标值正负号。
反相器完成功能:OUT=-IN
(5)微分:信号在时域微分即是对信号求一阶导数。
)积分:信号在时域积分即讲信号在(-?，t)内求一次积分。
(6
2.7.2(1)信号的傅里叶变换与频谱分析
信号的时域特性与频域特性是对信号的两种不同描述方式。
对一个时域的周期信号f(t)，只要满足狄利克莱条件，就可展开成傅里叶级
数:f(t)=a0/2+Σancos(nΩt)+Σbnsin(nΩt)=A0/2+ΣAncos(nΩt+Φn) 由式子得，信号f(t)时有直流分量和许多余弦或正弦分量组成。
其中A0/2是常数项，是周期信号中所包含的直流分量;第二项A1cos(Ωt+Φ1)称为基波，其角频率与原周期信号同，A1是基波振幅，Φ1是基波初相角;A2cos(Ωt+Φ2)称为二次谐波，其频率是基波的二倍，A2是基波振幅，Φ2是基波初相角。
依此类推，还有三次四次等谐波分量。
(2)方波信号的频谱
将方波信号展开成傅里叶级数为:
f(t)=
该公式说明，方波信号中只含有一、三、五等奇次谐波分量。
并且其各奇次谐波分量的幅值逐渐减小，初相角为零。
(3)方波信号的分解
方波信号的分解的基本工作原理是采用多个带通滤波器，把它们的中心频率分别调到被测信号的各个频率分量上，当被测信号同时加到多有滤波器上，中心频率与信号所包含的某此谐波分量频率一致的滤波器便有输出。
在呗测信号发生的实际时间内可以同时测得信号所包含的各频率分量。
(4)信号的合成
本实验讲分解出的1路基波分量和5路谐波分量通过一个加法器，合成为原输入的方波信号。
08电师班文里连 007号
3、测试过程:
2.3.3(1)相加运算 (2)减法运算
直流输入电压直流IN1(V) -2 -3 4 1 IN1(V) -2 -3 4 1
输入IN2(V) 1 -1 -1 2 IN2(V) 1 -1 -1 2
电压输出电压实测(V) -1.0-4.02.92.9
输出实测-3.026 -2 4.974 1.077 OUT 26 51 23 74
电压(V) 估算(V) -1 -4 3 3
OUT 估算-3 -2 5 -1
(V)
(3)数乘运算
正弦波信号幅值(V) 2 3 4 5
频率(Hz) 10 100 200 500 放大倍数Rp (KΩ) 40 10 5 2 输出信号估算幅
值(V) 8 3 2 1
频率(Hz) 10 100 200 500 输出信号测量幅值(V) 7.821 2.872 1.949 1.077 频率(Hz) 10.06 100.00 200.00 500.00 (4)倒向运算:调节波形发生器，使其产生 (5)微分运算:对信号求一阶导数即
一路正弦波信号，输入IN。
通过反是使其波形的相位滞后90度。
相器后波形反相。
(6)积分运算:对信号在求一次积分即是使其波形的相位超前90度。
2.7.3 使波形发生器输出频率为100Hz、幅值是4V的方波信号，接入IN端。
然后用示波器同时测量IN 和OUT端，调节该通路所对应的复制调节电位器，使该
通路输出方波的基波分量，其幅值为方波信号幅值的4/Л倍，频率与方波相同并且没有相位差。
用类似基波的测试方法分别测量基波与三次谐波等的合成波形。
测试结果如下:
08电师班文里连 007号
(1)基波 (2)基波+三次谐波
(3)基波+三次谐波+五次谐波 (4)基波+三次谐波+五次谐波+七次谐波
(5)基波+三次谐波+五次谐波+七次谐波+九次谐波
实验结果:当信号含的分量越多时，波形越接近于原来的方波信号，还可以看出频率较低的谐波分量振幅较大，他们组成方波的主体，而频率较高的谐波分量振幅较小。
实验心得:。