《电工电子实验二》实验讲稿：周期信号的频谱分析
电工电子教学实验中心 朱震华 ****************1 实验名称：周期信号的频谱分析
教材名称：电工电子实验技术（下册） 页码：P142
实验目的：
1、了解和掌握周期信号频谱分析的基本概念；
2、掌握Multisim软件用于频谱分析的基本方法；
3、加深理解周期信号时域参数变化对其谐波分量的影响及变化趋势。
实验任务：
1、根据9－1给定的波形和参数测量各谐波分量的幅度值。
2、根据所测数据绘制每一波形的谱线图。
设计提示：
实验电路图：
图一、分析用电路及信号发生器调整窗口
实验结果：
表9－1数据：
周期信号的频谱分析（Multisim）
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
矩形波10％ －4.023 1.923 1.833 1.689 1.499 1.273 1.024 0.763 0.506 0.263 0.047
矩形波30％ －2.023 5.123 3.040 0.699 0.897 1.271 0.659 0.236 0.739 0.595 0.046
矩形波50％ －0.022 6.366 0.045 2.121 0.045 1.271 0.045 0.906 0.045 0.703 0.045
正弦波 0 4.999 0 0 0 0 0 0 0 0 0
三角波50％ 0 4.053 0 0.451 0 0.162 0 0.083 0 0.050 0
三角波70％ 0 3.903 1.147 0.166 0.177 0.193 0.079 0.030 0.072 0.048 0
三角波90％ 0 3.479 1.654 1.012 0.669 0.450 0.298 0.186 0.103 0.043 0
N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
南昌大学实验报告(信号与系统)
学生姓名： 学号： 专业班级：
实验类型：□ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩：
实验四 周期信号的频谱测试
一、实验目的：
1、掌握周期信号频谱的测试方法；
2、了解典型信号频谱的特点，建立典型信号的波形与频谱之间的关系。
二、实验原理及方法：
1、信号的频谱可分为幅度谱、相位谱和功率谱，分别是 将信号的基波和各次谐波的振幅、相位和功率按频率的高低依次排列而成的图形。
2、周期连续时间信号的频谱具有离散性、谐波性、收敛性三个特点。例如正弦波、周期矩形脉冲、三角波的幅度谱分别如图1-1，1-2，1-3所示：
01234567-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81tsin(t) nC1
图1-1(a) 正弦波信号 图1-1(b) 相应的幅度谱
f(t)TA0τ/2 nC141513121
图1-2(a) 周期矩形脉冲 图1-2(b) 相应的幅度谱
因此，信号的频谱测试方法可用频谱分析仪直接测量亦可用逐点选频测量法进行测量。本实验使用GDS-806C型号的数字存储示波器直接测试幅度谱。
用示波器直接测试，就是将其与EE1460C函数信号发生器连好。分别输入相应频率（重复频率）和幅度的正弦波,三角波和矩形波，此时示波器将显示按频率由低到高的各输入信号的谐波分量。GDS-806C数字存储示波器测频谱的方法，就是将MATH键按下，F1键选择FFT(快速傅立叶转换)功能可以将一个时域信号转换成频率构成，显示器出现一条红颜色的频谱扫描线。当示波器输入了不同信号的波形时就显示它们相应的频谱, 参数的测量由调试水平（即频率）与垂直（即增益）游标获取，从而得到输入信号的频谱图。
周期信号的频谱分析 周期信号的频
谱特点
信号与系统
实验报告 实验三 周期信号的频谱分析
实验报告评分：_______ 实验三 周期信号的频谱分析
实验目的：
1、掌握连续时间周期信号的傅里叶级数的物理意义和分析方法；
2、观察截短傅里叶级数而产生的“Gibbs现象”，了解其特点以及产生的原因；
3、掌握各种典型的连续时间非周期信号的频谱特征。
实验内容： （1）Q3-1 编写程序Q3_1，绘制下面的信号的波形图：
其中，0 = 0.5π，要求将一个图形窗口分割成四个子图，分别绘制cos( 0t)、cos(3 0t)、cos(5 0t) 和x(t) 的波形图，给图
形加title，网格线和x坐标标签，并且程序能够接受从键盘
输入的和式中的项数。 程序如下:
clear,%Clear all variables close all,%Close all figure windows
dt = 0.00001; %Specify the step of time variable t = -2:dt:4; %Specify the interval of time w0=0.5*pi;
x1=cos(w0.*t); x2=cos(3*w0.*t); x3=cos(5*w0.*t);
N=input(‘Type in the number of the harmonic components N=‘);
x=0; for q=1:N;
x=x+(sin(q*(pi/2)).*cos(q*w0*t))/q;
end subplot(221)
plot(t,x1)%Plot x1 axis([-2 4 -2 2]);
grid on,
title(‘signal cos(w0.*t)’) subplot(222)
plot(t,x2)%Plot x2 axis([-2 4 -2 2]); grid on,
title(‘signal cos(3*w0.*t))’)
周期信号的频谱分析
周期信号是指在一定时间内重复出现的信号，其频谱分析是对周期信号在频域上的描述和分析。频谱分析是信号处理领域中的重要内容，它能够揭示周期信号的频率成分以及它们在信号中的相对强度。
周期信号可以用正弦函数来表示，即一个频率为f的正弦波。频谱分析的目的就是要确定这个周期信号中包含的各个频率成分。为了进行频谱分析，我们通常使用傅里叶变换。傅里叶变换可以将一个周期信号转换为一系列频率成分的复数表示。
傅里叶变换将一个周期信号分解成一系列复振幅和相位分量。复振幅表示了信号中每个频率分量的强度，而相位则表示了每个频率分量的相对位置。通过傅里叶变换，我们可以得到一个频谱图，它显示了信号中各个频率成分的幅度和相位信息。
在频谱图中，横轴表示频率，纵轴表示振幅。每个频率成分对应的幅度可以通过幅度谱来表示，而相位信息则可以通过相位谱来表示。通过分析频谱图，我们可以得到周期信号中的主要频率成分、频率分量的强度以及它们在信号中的相对位置。
频谱分析在信号处理领域中有着广泛的应用。例如，它可以用于音频信号的处理与分析。在音频信号中，不同的频率成分对应着不同的音调和音色。通过频谱分析，我们可以识别音频信号中的主要频率分量，从而实现对音频信号的合成、去噪等处理操作。 另外，频谱分析也可以用于振动信号和通信信号的分析。在振动信号分析中，频谱分析可以帮助我们了解结构的固有频率以及存在的振动模态。而在通信信号分析中，频谱分析可以帮助我们了解信号的带宽和调制方式，从而实现信号的解调和解码。
总之，周期信号的频谱分析是对周期信号在频域上的描述和分析。通过傅里叶变换，我们可以将周期信号分解成一系列频率成分，并通过频谱图来展示这些成分的幅度和相位信息。频谱分析在信号处理领域中有着广泛的应用，对于理解和处理周期信号具有重要作用。
