Консультация № 198280
17.04.2020, 11:27
0.00 руб.
1 3 1
Здравствуйте! У меня возникли сложности с таким вопросом:
Нужно построить спектр заданного сигнала.
Um=10 B,
tu=2 мс.

Прикрепленные файлы:
31351b0c8b45af1c71d13426292cb9e827cc3797.png

Обсуждение

давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
17.04.2020, 12:40
общий
Адресаты:
Для вычисления спектра периодического сигнала методом разложения в ряд Фурье надо знать не только длительность импульса, но и его период.
Либо отношение периода к длительности.
Ваш период?
давно
Посетитель
403237
19
17.04.2020, 12:48
общий
Адресаты:
Извините, что не написал.Период равен 4мс.
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
19.04.2020, 18:31
общий
это ответ
Здравствуйте, gena.sorbuchev!
Дано : Амплитуда импульсов Um=10 B, период следования импульсов T = 4 мс, длительность импульсов tu=2 мс.
Построить спектр заданного сигнала.

Решение : Заданный в Условии задачи сигнал - это прямоугольные импульсы со скважностью 2 (T / tu = 2) , так называемый "Меандр". Чтобы последовательность таких импульсов представить суммой гармонических сигналов, воспользуемся преобрвзованием Фурье.

Представление произвольной функции U(t) с периодом T выглядит в виде тригонометрического ряда Фурье :
U(t) = a0/2 + n=1[$8734$][$8721$][an·cos(n·[$969$]·t) + bn·sin(n·[$969$]·t)]
где a0 , an и bn - это коэффициенты Фурье (см статью " Тригонометрический ряд Фурье" Ссылка1 )
Круговая частота [$969$] = 2·[$960$] / T = 1,57 рад/мс.

Вычисляем коэффициенты Фурье : a0 = (2/T)·0T[$8747$]U(t)·dt = 10 Вольт
Коэффициенты an вычисляем по формуле an = (2/T)·0T[$8747$]U(t)·cos(n·[$969$]·t)·dt
a1 = (2/T)·0T[$8747$]U(t)·cos([$969$]·t)·dt = 0
a2 = (2/T)·0T[$8747$]U(t)·cos(2·[$969$]·t)·dt = 0 , все коэффициенты a3, a4, a5… равны нулю.

Коэффициенты bn вычисляем по формуле bn = (2/T)·0T[$8747$]U(t)·sin(n·[$969$]·t)·dt
b1 = (2/T)·0T[$8747$]U(t)·sin([$969$]·t)·dt = 6,37 В - первая синус-гармоника. Её частота равна частоте исходного сигнала.
b2 = (2/T)·0T[$8747$]U(t)·sin(2·[$969$]·t)·dt = 0 - вторая синус-гармоника. Все чётные гармоники меандра равны нулю.
b3 = (2/T)·0T[$8747$]U(t)·sin(3·[$969$]·t)·dt = 2,12 В - третья синус-гармоника. Её частота равна утроенной частоте исходного сигнала.
b5 = (2/T)·0T[$8747$]U(t)·sin(5·[$969$]·t)·dt = 1,27 В , b7 = (2/T)·0T[$8747$]U(t)·sin(7·[$969$]·t)·dt = 0,91 В

На ниже-приложенном графике S(t) - сумма всех вычисленных гармоник. Она не запрошена в Условии задаче, однако совпадение суммы с исходной функцией - лучшая проверка правильности вычисления.

Спектр исходного сигнала - это графическое представление коэффициентов Фурье.
В разных статьях спектр представляют в разных вариантах : односторонный (только положительные частоты), двух-сторонний (положительные и отрицательные гармоники), фазовый…

По моему опыту практический интерес и физический смысл лучше исследовать по простейшему амплитудному одностороннему графику. На моей паре графиков сразу видно, что если спектр справа обрезан до 7 гармоник, то разностная волнистая кривая S(t) - U(t) содержит 9 периодов (выпуклостей), как бы "хочет" 9ю гармонику до полного совпадения S(t) и U(t).
Но если расширить спектр до 9 гармоник, то разностная волнистая вокруг U(t) хоть и уменьшится в амплитуде, однако не исчезнет совсем и будет содержать недостающую 11ю гармонику.
Дашь ей 11ю - захочет 13ю, и тд. Так инженеры ищут компромисс ограниченной ширины спектра (усилителя) с искажениями исходной формы импульса.

Статьи по Вашей теме: "Амплитудный спектр сигнала" Ссылка2
Спектральное представление сигналов Ссылка3
Спектральный анализ сигналов Ссылка4
Введение в спектральный анализ сигналов Ссылка5
Спектр периодической последовательности прямоугольных импульсов Ссылка6
Спектры периодических сигналов Ссылка7
Спектры периодических сигналов Ссылка8
Как построить спектр сигнала? Ссылка9
Теория сигналов.РешебникТаганрог Ссылка10
ТеорияСигналов.pdf Ссылка11
РадиоЦепи и Сигналы Ссылка12
РадиоТехЦепи иСигналы.УралУнивер Ссылка13
5
Спасибо большое.
Форма ответа