东南大学电工电子实验中心
实验报告
课程名称：模拟电子电路实验
第四次实验
实验名称：信号的产生、分解与合成
院（系）：自动化学院专业：自动化
姓名：某某学号：*****
实验室: 101 实验组别：
同组人员：实验时间：2017年5月10日评定成绩：审阅教师：
实验四信号的产生、分解与合成
一、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.掌握由运算放大器组成的RC有源滤波器的工作原理，熟练掌握RC有源滤波器的基本
参数的测量方法和工程设计方法；
3.掌握移相电路设计原理与方法；
4.掌握比例加法合成器的基本类型、选型原则和设计方法；
5.掌握多级电路的级联安装调试技巧；
6.熟悉FilterPro、Multisim软件高级分析功能的使用方法。
二、预习思考
1.方波发生电路（Multisim 仿真）
(1)图4.1中R W调到最小值时输出信号频率是多少，调到最大值时输出信号频率又是多少。
(2)稳压管为6V，要求输出方波的前后沿的上升、下降时间不大于半个周期的10％，试估
算图4.1电路的最大输出频率。
(3)如果两个稳压管中间有一个开路，定量画出输出波形图，如果两个稳压管中间有一个短
路呢？
(4)简单总结一下，在设计该振荡器时必须要考虑运算放大器的哪些参数。
(1)R w 最小时，T=2.290ms，f=436.7Hz；R w最大时，T=24.4ms，f=41Hz。实际设计
1kHz,5Vp方波发生器电路时应该选择更小的R1，通过调整R1的阻值获得1kHz的输出信号。
(2)实验中使用的Ua741运放，数据手册中指出转换速率SR为0.5V/μS，于是稳压管为6V
情况下，∆U=12V，∆t=12/0.5=24Μs,T min=∆t/10%*2=480Μs,可得f max=2.08kHz。
(3)有一个开路：
上短路：
下短路：
(4)运放的电压转换速率；
运放的最大输出电流；
运放的增益带宽积（高频时可能产生不了能够使稳压管正常工作的电压）。
2.滤波器电路（Multisim 仿真）
(1)设计一个低通滤波器，截止频率f0=2kHz,Q值为0.7，f>>f0的衰减速率不低于30dB/10
倍频。
(2)设计一个高通滤波器，截止频率 f0= 500Hz，f=0.5f0的幅度衰减速不低于12dB。
(3)设计一个带通滤波器，上限频率2kHz，下限频率500Hz。
(1)使用FilterPro软件进行设计，所填参数如下：
选择Q值较为接近要求的Butterworth滤波器：
选择较为常见的多重复反馈型电路：
最终可得电路图：
在Multisim 中仿真可得：
可知Q =
10
−3.18220
1
≈0.692，大致符合要求。
当f>>fo时，A U的下降趋势大致符合对数线性。f=5.06kHz，增益为-16.261dB；
f=50.241kHz时，增益为-55.761dB，下降速度符合要求。
(2)FilterPro中所填参数如下：
所得电路为：
Multisim仿真得：
可知f=500Hz 时，Au =
10
−3.00620
1
≈0.7,大致符合要求。
可知f=250Hz 时，增益为-18.087dB,相对于f=500Hz 时下降了15dB 以上,符合要求。 (3) 中心频率应为√500Hz ∗20kHz =1kHz 。FilterPro 中所填参数如下:
所得电路为：
Multisim仿真得：
可知，f=500Hz时，Au=10−3.005
20
1
≈0.7;
当f=500Hz时，Au=10−3.005
20
1
≈0.7。大致符合要求。
3.移相电路（Multisim 仿真）
(1)波形合成时为何需要移相电路？
移相是由于电路附带的电容引起的，在方波——正弦波的转换过程中，相移在所难免的，这就需要移相来解决附加相移。移相电路是对分频滤波以后的各个谐波信号进行相位的调整，是它们的相位关系能同步。
(2)移相电路应该怎样调节？应该先调节好各次谐波的相位再合成？还是将各次谐波
合成后，再调节移相电路？请分析并写出原因。
以原始的方波信号为基准信号，接到示波器的CH1输入端，将移相网络的输出端接到CH2端，双踪是示波，通过可变电阻对输出的相移进行改变，输入输出比表达式应该是R w 的函数;
应先将滤好的各次谐波分别移相后再合成。由于滤波器用到了对不同频率有不同响应的储能元件，对于滤除的波形会产生不同的附加相位，并且加法电路不含相移功能，此时设计一个相移网络是不同频率的波形经过其得到符合各自要求移相比较困难或者根本不可能实现，因此要对各次谐波进行不同程度的移相。
三、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)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。
分析实验的功能与性能指标：
功能：此次实验主要功能是实现信号的产生，并让我们在对信号的分解过程中体会傅里叶级数对周期信号的展开，以及滤波器的设计（该实验主要使用带通和全通滤波器（即移相器）），最后通过将分解出的谐波分量合成。
性能指标：
1、对于方波而言：频率要为1kHz，幅度为5V（即峰峰值为10V），方波关键顶部尽可能是直线，而不是斜线。
2、滤出的基波：波形要为正弦波，频率为1kHz，幅度理论值为6.37V（注：其实滤除的基波幅度只要不太离谱即可，因为后面的加法器电路可以调整增益，可以调到6.37V，后
