哈尔滨工业大学：《电路仿真》课程教学资源（电路实验）综合实验

第10章电路综合性实验，本章目标城国建中健会美国食茶学会理论知识与实践的融会贯通。引导学生用所学知识去解决工程问题掌握利用仿真软件进行电路设计与福培养学生自主学习、综合运用知识的优化的方法。，#惠联成鼠英五非能力。工参格置烫实验1信号的合成与分解建电、实验任务和要求1.实验任务（1）设计一个电路使之能够从方波信号中分离出基波、三次谐波和五次谐波。（2）利用上述谐波再合成近似的方波信号。（3）对所设计电路进行仿真。（4）设计硬件电路完成电路综合实验。2.要求位（1）已知给定方波信号其频率于=800Hz，电压峰峰值为1V。（2）设计RLC串联谐振电路或其他电路，固定电感和电阻值，调节电容，将基波、三次谐波和五次谐波从方波信号中提取出来。画出实验电路图，计算和确定电路中的元件参数。（3）设计合适实验电路或设计一个加法器电路，实现基波、三次谐波和五次谐波的相加，将合成的信号与原始信号进行比较,分析误差产生的原因,研究相应的改善方法。（4）利用 PSpice软件对所设计的电路进行仿真分析，验证所设计电路的合理性；并根据仿真结果调整电路参数,使仿真结果满足实验要求。雷出仿真电路图,记录仿真实验结果。（5）根据所设计电路，进行硬件操作实验。利用测试仪的光标测量方法，分别测量电路中的基波、三次诸波和五次谱波的电压酵峰值和频率,绘制各谐波波形;测量合成波形的电压峰峰值和频率,并绘制合成波形。湖址二、实验准备律1 预习电路理论基础有关审联谐振电路、滤波器电路的相关知识,学习非正弦周期信号傅里叶分解相关知识。197

2.预习直流稳压电源、函数信号发生器的使用说明。3.熟悉集成运算放大器 LM358 的引脚排列和功能。4. 拟定实验步骤，选择实验所需仪器仪表、实验模块和元器件。5.回答问题(1）各次谱波信号可以在电阻尺上提取，也可以在电感L或者电容C 上提取，分析说明在电感L或者电容C上提取会有什么问题或缺陷。（2）电阻R的大小对所提取的谐波信号有何影响？（3）波形合成的不失真条件是什么？实验中如何保证？三、研究背景在电气、电子及通信等工程领域广泛存在非正弦周期电流电路，其中的电流和电压是。存在这类电路的原因一方面是人为设计，如通信中常常将有用的时间的非正弦周期函数。信号加载到载波信号上，,以提高信号的传输能力；通过整流将交流变为脉动直流等。另方面是不可避免，比如叠加在测量信号中的各类干扰信号等。随着科技的发展，这类电路愈加普遍因此，学习和掌握信号的合成和分解原理和方法就非常必要。通过本次实验应达到的目标如下：1.掌握非正弦周期信号各次谐波的分解与合成的原理。2.加深对周期信号谐波分析以及信号合成的理解。3.培养综合运用电路理论知识的能力。四、参考信息1.方波信号的傅里叶级数工程上遇到的方波信号如图10.1.1所示，利用谐波分析方法可以将非正弦周期信号分解为恒定分量、基波分量和各次谐波分量,其傅里叶级数为[nin(i))为数f(t)=其中,式中U为方波幅值,;为基波角频率,;=2m/T,T是(1)的周期。可以看出,方波信号是由一、三、五、七等奇次谱波构成,从次谱波的幅值为只的二倍,各次谱波的初始相位均为 0。只要选择符合上述规律的各次谐波组合在一起，便可以近似合成相应的方波。2.方波信号分解实验方案参考电路方案1：实验电路如图10.1.2所示，,RLC 选频电路，可以近似实现将方波信号分解为一三、五次谐波。利用 RLC 串联谐振的选频特性，当方波电压作用于 RLC 申联电路时，调节电容 C,使电路分别在基波竭率、三次谱波频率和五次谱波频率处发生谱振,在电阻,R上即可分别获取对应谐振频率的近似正弦波。198

L0T2RRR图10.1.1方波信号图10.1.2信号分解电路实验中,取各支路电感以及电阻大小分别相等,即 L,=L,=L,=10 mH,R,=R,=R,=10 Q,且从左到右每条支路的谐振频率满足0=301,0，=5a1。根据电路原理，谐振时应满足11W0WsVLC.VLC,VLC,再由已知条件可推导出，三条支路电容值满足商文C,=32 : Cz =52 . C3热方案2：设计无源RC级联滤波器、无源带通滤波器或有源带通滤波器，实现信号的提取功能。学生可以自主设计电路进行研究。中政家的器新干学会3.各次谐波信号的合成实验方案参考电路方案1：通过采样电阻实现谐波的合成，实验电路如图10.1.3所示，其中R=10Q。通过测量电阻R上的电压信号，便可得到谐波的合成信号。同时，改变电阻R的阻值大小，可以调节所合成信号的幅值。方案2：通过运算放大器实现谐波的合成，实验电路如图10.1.4所示，其中R。=R，=R，=R,=10ko。利用加法器电路，实现各次谐波的叠加。吸游老也具亲期R量卖产ReiL3LLa4uRiDALRSus(C十CC=婚普息，国板购4R之添酒城图10.1.4信号合成电路2图10.1.3信号合成电路1照#训4.注意事项（1）集成运算放大器的正、负电源极性不要接反，不要将输出端短路，否则会损坏芯片。（2）实验过程中，每当更改电路时，必须首先断开电源，严禁带电操作。（3）实验结束，各模块应整理好并放回正确位置。五、实验报告要求 i1. 接照要求的设计指标;绘制实验电路图,并根据相关谐波的频率,理论计算各支路电路199