文档介绍：周期信号频谱分析周期信号的频谱特点实验名称: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:矩形波30%:矩形波50%:三角波50%:三角波70%:实验中注意事项:1、仿真过程中要在Simulate/FourierAnalysis/OutputVariables中添加要进行分析的节点。2、信号发生器接“+”和“地”,不要误接“-”。3、分析过程中谱线数取10,基准频率取10Khz。思考题:分析表9-1数据,总结和回答下列问题1、非正弦周期信号的谱线是的,其中角频率间隔为2pf,且只存在于2pf的整数倍上。2、大多数周期信号的幅度谱包含条谱线,但是其主要能量集中在谱线幅度包络线的第一个零点以内,这段包络线称为主峰,其频率范围称为有效频带宽度。3、矩形周期信号的直流、基波、和各谐波分量的幅值与矩形脉冲幅度成比。4、在有效频带宽度内,矩形周期信号的谐波幅度按规律收敛,三角形周期信号谐波幅度按1/n2规律收敛。5、矩形周期信号的幅度和周期保持不变,随着占空比的增加,主峰高度大,主峰宽度减小,各谱线宽度不变,主峰内包含的谱线数量减少,有效频带宽度减小,主峰内各高次谐波分量减小。6、理想的正弦波只有,而无分量,如果能测量出谐波分量,说明该正弦波已经失真。信号频谱高频信号与低频信号信号与电信号一般地说,信号是信息的载体。例如,声音信号可以传达语言、音乐或其他信息,图像信号可以传达人类视觉系统能够接受的图像信息。上一个知识点中的温度波动曲线表示的是拉丝塔上加热炉内温度随时间而变化的信号,它是以信号波形表达信息的。上述声音信号、图像信号和温度信号均为非电信号,无法直接传递给电子系统。这些非电物理量需要用适当的传感器将其转换为电信号,才能输入到电子系统中。转换后得到的电信号就代表相应物理量一定的信息。图1(a)(b)为一般化起见,常把传感器看作信号源,如图1所示。其中图(a)是电压源形式,Rs是内阻;而图(b)是电流源。虽然二者是等效的(戴维宁-诺顿等效),并可相互转换,但是在信号源电阻Rs远小于电子系统输入电阻Ri时,使用电压源形式更为有利,反之则使用电流源形式较方便。类似地,在多级电子电路中对其中某一级进行分析时,前一级电路的输出信号就是本级的输入信号,也可以用这两种信号源之一来简化表达前级输出。信号的基本特性电信号是随时间变化的电压或电流。它可用其电压或电流幅值与时间的函数关系来表示,也可用波形直观的表达。下面以正弦波电压信号和方波信号为例说明信号的表达方式及其基本特性。图1以最直观的方式描述了正弦波电压幅值与时间的函数关系,其数学表达式为()式中,Vm是正弦波的幅值,ω为角频率,θ为初始相角。当ω=0时,则为直流电压信号。当Vm、ω、θ均为已知常数时,信号中就不再含有任何未知信息,是最简单的信号。正因为如此,正弦波信号经常作为标准信号用来对模拟电子电路进行测试。当然实际的信号要比正弦信号复杂得多。图2是周期性方波信号,它的时间函数表达式为图2图1()其中,Vs为方波幅值,T为周期,n为从-∞到+∞的整数。图2和式2中的电压v是时间t的函数,所以称为方波信号的时域表达方式。信号的频谱任意周期函数只要满足狄利克雷条件都可以展开成傅里叶级数。上一知识点介绍的方波信号[如图1(a)]亦可展开为傅里叶级数表达式:()(a)(b)图1式中,,是方波信号的直流分量,称为该方波信号的基波,它的周期与方波本身的周期相同。式()中其余各项都是高次谐波分量,它们的角频率是基波角频率的整数倍。由于正弦函数的单纯性,在作信号分析时,可以只考虑其幅值电压与角频图2(a)(b)率的函数关系,于是式()的正弦级数可以表达为图1(b)所示的图解形式,其中包括直流项(ω=0)和每一正弦分量在相应角频率处的幅值。像这样把一个信号分解为正弦信号的集合,得到其正弦信号幅值随角频率变化的分布,称为该信号的频谱。图1(b)称为方波信号的频谱图,是方波在频域的表达方式。从傅里叶级数特性可知,许多周期信号的频谱都由直流分量、基波分量以及无穷多项高次谐波分量所组成,频谱表现为一系列离散频率上的幅值。上述正弦信号和方波信号都是周期信号。客观物理世界的信号远没有这样简单,如果从时间函数来看,往往很难直接用一个简单的表达式来描述,如图2(a)所示炉温变化曲线就是一非周期性时间函数波形。对于非周