69642

Вивчення спектрів періодичних негармонічних сигналів

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Для синтезу складних сигналів в якості ортогональної системи функцій можна використовувати систему тригонометричних функцій кратних аргументів, ортогональну на відрізку Т. Періодичний сигнал може бути відновлений з допомогою ряду Фур’є. Приведемо розклади в ряд Фур’є деяких управляючих сигналів...

Украинкский

2014-10-08

176.39 KB

8 чел.

6

Лабораторна робота № 6

Тема: Вивчення спектрів періодичних негармонічних сигналів

Мета:Вивчити можливості апроксимації сигналу многочленом Фур'є по ортогональній  системі тригонометричних функцій 

Теоретична частина

Для синтезу складних сигналів в якості ортогональної системи функцій можна використовувати систему тригонометричних функцій кратних аргументів, ортогональну на відрізку Т. Періодичний сигнал може бути відновлений з допомогою ряду Фур'є. Приведемо розклади в ряд Фур'є деяких управляючих сигналів:

    прямокутного коливання - "меандра" (рис. 2.1) -

 

                                                   (2.1)

E

S(t)

-T/2

-T

T/2

0

t

Рис.2.1. Графік прямокутного коливання  - "меандра".

    періодичного пилоподібного коливання (рис. 2.2 ) -

(2.2)

S(t)

E

0

T

0

-T/2

-T

T/2

t

Рис.2.2. Графік періодичного пилоподібного коливання.

    періодичної послідовності трикутних імпульсів (рис. 2.3) -

(2.3)

S(t)

E

0

T

0

-T/2

-T

T/2

t

Рис. 2.3. Графік періодичної послідовності трикутних імпульсів.

Радіосигнали з тональною (гармонічною) амплітудною і кутовою модуляцією можуть бути синтезовані по ортогональній системі тригонометричних функцій кратних аргументів, якщо частота несучої 0 і модулююча частота  кратні, тобто 0 = n , де n - ціле число.

   При  амплітудній модуляції модульоване коливання можна представити у формі

У випадку тональної модуляції аналітичний  вираз АМ коливання приймає вигляд

                      (2.4)

де - коефіцієнт глибини модуляції. В цьому випадку спектр АМ коливання складається з трьох гармонічних складових

                       (2.5)

Якщо модулюючий сигнал описується виразом (2.1), то спектр АМ коливання при kE = A0  i  0 = 0 запишеться у вигляді

(2.6)

    При гармонічній кутовій модуляції аналітичний вираз коливання може бути записаний у формі

                                    (2.7)

Спектр такого коливання має вигляд

,                               (2.8)

де In(m) - функція Бесселя першого роду n-го порядку від аргумента m, m - індекс модуляції.

  Відносна середньоквадратична похибка апроксимації періодичної функції s(t) скінченним числом членів ряду Фур‘є може бути визначена за формулою

,                                               (2.9)

де Р - середня потужність сигналу; Рn - середня потужність n-ої ортогональної складової сигналу (гармоніки).

План виконання лабораторної роботи 

  1.  Розрахунок.

Розрахувати та побудувати спектри амплітуд і фаз періодичного коливання. Визначити відносну середньоквадратичну похибку апроксимації сигналу скінченним числом  ортогональних складових.

  1.  Експеримент.

Синтезувати періодичне несинусоїдальне коливання .

Методика проведення досліджень

   1.  Виберіть згідно з варіантом (табл.2.1) вигляд періодичного коливання. Розрахуйте і побудуйте його спектри амплітуд і фаз до 10-ї гармоніки включно. Визначіть відносну середньоквадратичну похибку апроксимації сигналу скінченним числом  ортогональних складових.

Таблиця 2.1.

Варіант

Форма періодичних несинусоїдальних коливань для досліджень

1

Періодичне прямокутне коливання - "меандр" (рис. 2.1)

E = 100 B ,  T = 0.0001 c

2

Періодичне пилоподібне коливання (рис. 2.2)

E = 120 B ,  T = 0.0001 c

3

Періодична послідовність трикутних імпульсів (рис. 2.3)

E = 60 B ,    T = 0.0001 c

4

Коливання з тональною амплітудною модуляцією, А0 = 60 В,

модулююча частота  F = F1= 2 кГц, 

несуча частота f0 = 5F1,

коефіцієнт модуляції М = 0,5; 1  і   M >1 

5

АМ - коливання при модуляції "меандром", якщо

Несуча частота f0 = 5F1,

Частота повторення "меандра" F = F1= 2 кГц, kE = A0 = 60 В

6

Коливання з гармонічною кутовою модуляцією, якщо А0 = 60 В,

модулююча частота F = F1 = 2 кГц,

несуча частота f0 = 5F1,

індекс модуляції m = 1,2,3

  2.1. Складіть схему для дослідження (мал.2.4). Амплітуди, частоти та початкові фази гармонік встановіть у відповідності до розрахованих в п.1.

  2.2. Вмикаючи почергово кожну гармоніку окремо, перевірте за осцилографом правильність установки параметрів гармонік.

  2.3. Увімкніть одна за одною гармоніки і спостерігайте на екрані осцилографа формування сигналу. Всі осцилограми замалюйте.

Вказівки до звіту

Звіт повинен містити:

1)  схему пристрою для синтезу сигналів за Фур"є;

2)  розрахунки та графіки спектрів синтезованого сигналу;

3)  осцилограми, які ілюструють формування сигналу при синтезі;

4)  розрахунки похибок апроксимації;

5)  висновки і оцінку отриманих результатів.

Контрольні питання

  1.  Які основні можливості програми схемотехнічного моделювання Electronics Workbench?
  2.  Як визначаються коефіцієнти ряду Фур"є?
  3.  Запишіть аналітичний вираз амплітудно-модульованого коливання.
  4.  Який вигляд має спектр АМ коливання при тональній модуляції і модуляції складним сигналом?
  5.  Запишіть аналітичний вираз ФМ коливання при гармонічний модуляції і в загальному випадку.
  6.  Запишіть аналітичний вираз ЧМ коливання при гармонічний модуляції і в загальному випадку.

Відповіді

  1.  Зібрання схеми в графічному вигляді звичайним чином. Є багато компонентів, пристроїв що можна залучати до схеми.
  2.  В більшості випадків використовують гармонічний ряд Фур’є, обчислення якого називають розкладом на гармоніки

Тут:                            nN

Де  та  - коефіціэнти тригонометричного ряду

Якщо ряд збігається то його сума рівна тригонометричної ф-ї f(x) з періодом 2π, оскілки sin(ux) та cos(ux) э періодичними з періодом 2π.

  1.  При амплітудній модуляції амплітудне коливання можна представити у формі:

 

  1.  У випадку тональної модуляції  аналітичний вираз AM коливання приймає вигляд  де  - коеф.глибини мобуляції.В цьому випадку спектр АМ коливання складається з трьох гармонічних складових:
  2.  При фаховій модуляції амплітуда несущого коливання U0постійна, а фаза несущого коливання ϕ(t) з модульованою напругою e(t) –   де - коефіцієнт проникності(зв'язок між  та додатнім приростом повної фази. При модуляції фази по гармонічному закону:

Повний опис фазомодульного коливання:

  1.  Частота несущого коливання :   де – коефіцієнт пропорційності (зв’язує відношення частоти від свого номінального значення . При мобулюючому сигналі в вигляді гармонічної напруги:


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10430. Характерные черты политического процесса в России 25.5 KB
  Характерные черты политического процесса в России. Важной тенденцией мирового политического процесса является движение по пути демократизации. При всей несхожести этих процессов для всех регионов характерно стремление упразднить авторитарные режимы создать прав...
10431. Урок - семінарське заняття з теми Насичені вуглеводні. Номенклатура 167 KB
  Тема: Урок – семінарське заняття з теми Насичені вуглеводні. Номенклатура.†Тип уроку: урок застосування знань умінь та навичок. Навчальна мета: Конкретизувати та поглибити знання учнів з теми Насичені вуглеводніâ€. Навчити учнів застосовувати загальн...
10432. Життя та наукова діяльність Д.І. Менделеєва 69 KB
  Мета уроку: докладно ознайомити учнів з періодами життя та наукової діяльності Д. Менделєєва. Усвідомити суть створення періодичної системи та періодичного закону як фундаменту для природної класифікації хімічних елементів і значення для розвитку хімії й суміжних з нею ...
10433. Загальні фізичні властивості металів. Металічний звязок. Особливості будови атомів металів 67 KB
  Навчальний предмет: хімія Клас: 9 Тема уроку: Загальні фізичні властивості металів. Металічний звязок. Особливості будови атомів металів Вид заняття: урок вивчення нового матеріалу Цілі уроку: навчальні: формувати поняття про металічний зв’язок е...
10434. Загальні хімічні властивості металів 71.5 KB
  Тема: Загальні хімічні властивості металів Навчальна мета: розглянути хімічні властивості металів як простих речовин з позиції знань про окисновідновні реакції сформувати поняття про метали як відновники; сформувати вміння порівнювати хімічну активність металів ск...
10435. Значення хімії у створенні нових матеріалів, розвязання сировинної та енергетичної проблем 53 KB
  Тема: Значення хімії у створенні нових матеріалів розв’язання сировинної та енергетичної проблем. Навчальна мета: поглибити й розширити знання учнів про роль хімії у створенні нових матеріалів; показати можливості застосування нових синтетичних матеріалів з оригін...
10436. Значення хімії у створенні нових матеріалів 45.5 KB
  Тема: Значення хімії у створенні нових матеріалів. Навчальна мета: поглибити й розширити знання учнів про роль хімії у створенні нових матеріалів; показати можливості застосування нових синтетичних матеріалів з оригінальними властивостями й новими технологіями. ...
10437. Кисень у природі. Фізіологічна дія кисню. Одержання кисню в лабораторії. Реакції розкладу. Поняття про каталізатор. Фізичні властивості кисню 93 KB
  Тема: Кисень у природі. Фізіологічна дія кисню. Одержання кисню в лабораторії. Реакції розкладу. Поняття про каталізатор. Фізичні властивості кисню. Тип уроку: комбінований урок з елементами інтерактивності. Навчальна мета: Розглянути елемент Оксиген та просту ре...
10438. Корозія металів та способи захисту від корозії 60.5 KB
  Корозія металів та способи захисту від корозії. Мета: навчальна: дати поняття про корозію металів як окисновідновний процес ознайомитись з причинами її виникнення; показати шкоду якої завдає корозія; розглянути способи захисту металів від корозії. виховна: фо