单元测量分析非正弦周期信号.ppt

表7.2 测量分析半波整流、滤波信号参数表 节点a电压波形参数 节点b的电压波形参数 幅值/V 周期/s t0V/s 波峰值/V 波谷值/V 周期/s 有效值/V 平均值/V 平均功率/W 图7.13 测量分析半波整流滤波电路及信号波形 非正弦周期信号的有效值 如果一交流电流和一直流电流分别通过同一电阻R，在一个周期T内所消耗的电能相等，那么这个直流电流I的数值就是交流电流的有效值。 例题7.3 已知周期电流的傅里叶级数展开式为 求其有效值。 电路分析与应用精品课程 重庆电子工程职业学院 单元7 测量分析非正弦周期信号 电子信息系 陈卫 学习要求： 本模块通过介绍测量分析简单正弦整流电路产生的多个非正弦周期信号，将达到如下目标： （1）认识非正弦周期信号及波形，建立非正弦周期信号的叠加合成概念。 （2）了解非正弦周期信号的分析方法——傅里叶级数展开法，能查表获得非正弦周期信号的傅里叶级数展开式。 （3）了解非正弦周期信号的表示方法，包括分段函数表达式、傅里叶级数展开式、波形图、频谱图。 （4）认识整流二极管、稳压二极管元件，掌握半波整流电路、全波整流电路以及钳位削波电路的工作原理。 （5）了解电感、电容、LC电路在非正弦周期信号电路中的滤波作用。 在现实的电子产品中，除了常见的直流和正弦交流电路，还存在大量非正弦周期变化的电压和电流信号电路，例如电子钟的时钟脉冲振荡电路、电视机的锯齿波扫描信号产生电路、洗衣机电机的正反旋转控制信号电路等。因此，了解和掌握非正弦周期信号与电路的特点有助于对电子产品的认知。 任务一 测量分析半波整流信号 任务目标 （1）认识二极管元件，掌握其单向导电特性和整流应用。 （2）认识非正弦周期信号及波形，建立非正弦周期信号的叠加合成概念。 （3）了解非正弦周期信号的分析方法——傅里叶级数展开法 任务安排 利用示波器测量分析二极管半波整流信号。在如图7.1（a）所示的电路中，二极管VD为1N4007，电阻R为1k? 1W，电源为6.3V 50Hz正弦交流电，用双踪示波器测量后于图7.1中绘制整流前后的电压波形图（含幅值、周期、初相位），写出电压信号的表达式和半波信号的傅里叶级数展开式。 认识晶体二极管 图7.2 二极管的实物图与电路符号 二极管的分类 半导体二极管种类很多，按材料分为锗二极管、硅二极管和砷化镓二极管等。 对半导体二极管还有如下分类方法： ? 按结构分：点接触二极管，面结合二极管，等等； ? 按工作原理分：隧道二极管，雪崩二极管，变容二极管，等等； ? 按用途分：检波二极管，整流二极管，开关二极管，等等。 认识非正弦周期信号 图7.3 典型的正弦波叠加合成矩形波实验图 非正弦周期信号的分解 由实验可以看出，有限个不同频率的正弦波可以合成一个非正弦的周期波。反之，一个非正弦的周期波可以分解成许多不同频率的正弦波之和。现用高等数学方法——傅里叶级数展开法对非正弦周期信号进行分解。 例题7.1 现有如图7.5所示的非正弦周期电流信号，其表示式如下，求非正弦周期电流信号的傅里叶级数展开式。 图7.5 例题7.1波形图 任务二 测量分析梯形波信号 任务目标 （1）认识稳压二极管，了解其在波形变换中的钳位作用。 （2）掌握非正弦周期信号频谱图的计算与绘制方法。 （3）了解正弦周期信号的频谱特性 任务安排 利用示波器测量分析梯形波信号。在图7.8（a）所示的电路中，变压器为220V到3.5V 1W的双电源变压器，二极管VD1、VD2为1N4007，稳压二极管2CW52稳压为3.5V，电阻R为1k? 1W，电源为220V 50Hz正弦交流电，用双踪示波器测量整流钳位削波后的电压梯形波信号参数（含幅值、周期、初相位、t0），写出电压信号的分段函数表达式，并根据给出的梯形波傅里叶级数展开式（7-6）写出该梯形波信号傅里叶级数展开式（计算到第5项），再于图7.8（c）所示的坐标系中画出梯形波信号振幅频谱图 认识稳压二极管 图7.9 稳压二极管与其电路符号 图7.10 稳压二极管的伏安特性曲线 稳压二极管的特性参数有如下几项： （1）稳定电压UZ （2）稳定电流IZ （3）动态电阻RZ （4）额定功耗PZ （5）电压温度系数α 7.2.2 非正弦周期信号的频谱 由傅里叶级数展开式可知，非正弦周期信号由无穷多个特定幅值和频率的正弦信号叠加合成，在电子电路中针对非正弦周期信号的分析可转化为对各种频率正弦周期信号的分析，关注的问题转变为信号频谱的构成和幅值大小，即对非正弦周期信号的频谱分析。 在无线电通信技术中，为了能直观地描述非正弦周期信号的频谱，引入了频谱图的表示法，绘图方法为： （1