信号与系统设计性设计性实验报告

广州大学《信号与系统实验》综合设计性实验报告册实验项目：选频网络的设计及应用研究学院：物理与电子工程学院年级专业班：电子132姓名：黎杰华学号:1319200055成绩：实验地点：电子楼316指导老师：承江红《综合设计性实验》预习报告实验项目：选频网络的设计及应用研究一引言：设计性实验的目的，第一是培养学生的自行学习和自我实践的能力，第二是检查学生对前一阶段实验方法、实验手段和实验内容的掌握情况。二实验目的：（1）熟悉选频网络特性、结构及其应用，掌握选频网络的特点及其设计方法。（2）学会用交流亳伏表和示波器测定选频网络的幅频特性和相频特性。三实验原理：（1）选频网络在信号分解、振荡电路及其收音机等方面有诸多应用。比如，利用选频网络可以挑选出一个周期信号中的基波和高次谐波。选频网络的类型和结构有很多，比如可以利用电阻、电容元件构建一个文氏电桥电路（如图2-13-1所示），该电路即为一个无源的选频电路。由于该电路结构简单，被广泛用于低频振荡电路中作为选频环节，可以获得很高纯度的正弦波电压。图2-13-1所示的文氏电桥电路是无源带通滤波器，若直接作为本实验的选频网络可能效果上并不能达到最佳，期望能够设计出更好更适合本实验要求的选频网络。（2）从滤波器的特性上分析，选频网络属于窄带通滤波器，其幅频特性与相频特性如图2-13-2所示。（3）选频网络的性能指标分别为：①中心频率0f：当输入信号幅值不变、频率可调时，在0f处可以获得最大输出，即是频率为0f的信号被选出，而其他频率的信号被衰减。②上限频率Hf和下限频率Lf：对于选频网络来说，在Lf和Hf处的响应幅频值为其最大值的0.707倍。③通频带BW：BW=Hf－Lf，BW反映，在Lf和Hf之间的频率信号可以通过选频网络，而其他频率信号则被滤掉。④品质因数Q：品质因数反映了选频网络的选择性。Q越大，则选频网络的选择性越好。品质因数Q可以用下式算出：LH0-Qfff四实验内容：首先，将一个频率为2000Hz、有效值为1V的周期锯齿波的基波及2〜7次谐波选出，然后，选取几个合适的谐波分别叠加成周期方波、周期三角波和周期锯齿波。为了将周期锯齿波的基波及2〜7次谐波选出，请设计所需要的选频网络，为了达到较好的选频效果，特规定各个选频网络的品质因数范围为：5≤Q。设计合成周期信号所需要的相位调节器、幅度调节器和加法器。设计并画出各个电路，确定组件的参数，焊接成完整的电路板。对电路的性能进行测试并完成实验报告。五重点问题：（1）如何通过实验的方法找到带通滤波器的中心频率、上下限频率及带通滤波器的通频带和品质因数。（2）如何确定测试选频网络各项性能的测试方案。六参考文献：[1]谢自美.《电子线路设计·实验·测试》第三版.华中科技大学出版社[2]杨翠娥.《高频电子线路实验与课程设计》.哈尔滨工程大学出版社[3]何中庸《高频电路设计与制作》.科学出版社广州大学原始数据记录表学生姓名黎杰华学号1319200055班别电子132专业电子信息科学与技术学院物理与电子工程学院实验项目选频网络的设计及应用研究指导老师承江红实验进行时间2015年5月15日13时至15时实验地点电子信息楼316原始数据记录：Lf0fHfLH0-Qfff1936Hz1996Hz2083Hz13.58备注：注：（1）此表格不够可加页；（2）此表格须连同实验报告一起交给任课老师《综合设计性实验》实验报告实验名称：选频网络的设计及应用研究一实验要求：将一个频率为2000Hz、有效值为1V的周期锯齿波的基波及2〜7次谐波选出，然后，选取几个合适的谐波分别叠加成周期方波、周期三角波和周期锯齿波。为了将周期锯齿波的基波及2〜7次谐波选出，请设计所需要的选频网络，为了达到较好的选频效果，特规定各个选频网络的品质因数范围为：5≤Q。设计合成周期信号所需要的相位调节器、幅度调节器和加法器。设计并画出各个电路，确定组件的参数，焊接成完整的电路板。对电路的性能进行测试并完成实验报告。二实验仪器：20Mhz双踪示波器一台。函数信号发生器一台（外置）。仿真软件一套。电阻、电容、电感、集成运放块、电路板、导线等组件一批。电烙铁、万用表、交流毫伏表等设备、工具一套。三实验步骤与设计：1）查找相关设计滤波器的书籍、资料。设计电路图，电路如下图：传递函数：232121CRR1CR1sCR2ssHs）（中心频率：RC210f品质因数：BW0Q，其中W=0f22）计算参数首先固定C=0.033uF，根据实验要求0f=2000Hzk4.2C21R0f因为R1=R，R2=2R所以R=R1=2.4kΩ，R2=4.8kΩ设计50Q，则R3=2.446kΩRf=4.823kΩ3)Multisim仿真由仿真求得的中心频率0f=1.995kHz下限频率Lf=1.973kHz上线频率Hf=2.008kHz品质因数：LH0-Qfff574)元件清单面包板、两个OP07CP电阻：2.4kΩ*2（R、R1）{4.7kΩ*1100Ω*1}（R、R1）10kΩ滑动变阻器*2（R3、Rf）电容：0.033uF*2（21CC、）导线若干5）实验调试步骤1、按设计电路图连接电路。2、输入一个2000Hz的三角波信号，左右微调输入频率，当输出波形幅值恰好从大变小时，此时的输入频率即为中心频率，测得中心频率为1996Hz。3、记录在中心频率时的输出幅值，幅值除以0.707即为上、下限频率的幅值，左右改变输入频率找上、下限频率并记录数据。测得fH=2.083kHZfL=1.936kHZLH0-Qfff1936-20831996=13.58四数据处理及实验结果表示：Lf0fHfLH0-Qfff1936Hz1996Hz2083Hz13.58五实验结果分析与结论：误差分析：1、中心频率的偏差，主要是因为R3、Rf的阻值与仿真值存在一定误差。用万用表测量R3、Rf的真实阻值约为2435Ω，比计算值2446Ω小。而Rf真实阻值约为4856Ω，比仿真值4800Ω大。所以就造成了中心频率的偏离。2、实验中测量计算出来的Q值与仿真值误差较大，原因有：（1）实验中Rf与R3为可调电阻，与仿真值有较大的不同，而Rf、R3又决定了通带的宽度，从而影响品质因数Q、（2）实验中虽然R、R1、R3都为定值电阻，但元件电阻与实际电阻同样存在偏差，所以同样会影响品质因数Q的大小。六实验心得：经过这次的实验，让我对滤波器的原理和电路分析更深刻的掌握，尤其是带通滤波器。在设计中锻炼了自己的自行学习和自我实践的能力。