版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
SignalsandSystemsA.V.OPPENHEIM,etal.Ch6TimeandFrequencyCharacterizationofSignalsandSystems信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域和頻域特性1本章主要內(nèi)容1.傅立葉變換的模與相位。2.LTI系統(tǒng)的幅頻特性與相頻特性,系統(tǒng)的失真。3.理想濾波器的時(shí)域和頻域特性。4.一階與二階系統(tǒng)的分析方法,Bode圖。2
工程中設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí),往往會(huì)對(duì)系統(tǒng)的特性從時(shí)域角度或頻域角度提出某些要求。6.0引言Introduction
在時(shí)域,系統(tǒng)的特性由或描述;在以前的討論中,已經(jīng)看到在頻域,系統(tǒng)的特性由或描述;3在LTI
系統(tǒng)分析中,由于時(shí)域中的微分(差分)方程和卷積運(yùn)算在頻域都變成了代數(shù)運(yùn)算,所以利用頻域分析往往特別方便。系統(tǒng)的時(shí)域特性與頻域特性是相互制約的。在進(jìn)行系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)時(shí),要權(quán)衡考慮系統(tǒng)的時(shí)域與頻域特性。本章的基本內(nèi)容旨在建立對(duì)系統(tǒng)的時(shí)域和頻域特性進(jìn)行綜合分析的思想和方法。46.1傅里葉變換的模和相位表示
傅里葉變換一般情況下都表現(xiàn)為一個(gè)復(fù)函數(shù)。
這說明:一個(gè)信號(hào)所攜帶的全部信息分別包含在其頻譜的模和相位中。TheMagnitude-PhaseRepresentationoftheFourierTransform5A.TheMagnitudeandPhase模和相位Magnitude:
relativestrengthofthefrequencycomponents
模:頻域分量的相對(duì)強(qiáng)度Phase:
relativepositionofthe
frequencycomponents
相位:頻域分量的相對(duì)位置6B.EffectofMagnitude:
模對(duì)信號(hào)的影響<Exampleinthebook>Magnitude模Phase相位7<Page425,Fig6.1>
differentwaveform
不同波形C.EffectofPhase:
相位對(duì)信號(hào)的影響8Chapter6TimeandFrequencyCharacterization96.2LTI系統(tǒng)頻率響應(yīng)的模和相位表示LTI系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)所起的作用包括兩個(gè)方面:1.改變輸入信號(hào)各頻率分量的幅度;2.改變輸入信號(hào)各頻率分量的相對(duì)相位。TheMagnitude-PhaseRepresentationoftheFrequencyResponseofLTISystems10——Gain(增益)——PhaseShift(相移)11MagnitudeofFrequencyResponse:Gain增益/幅頻特性
調(diào)整輸入信號(hào)各頻率分量的相對(duì)強(qiáng)度(幅度)關(guān)系PhaseofFrequencyResponse:Phaseshift相移/相頻特性
調(diào)整輸入信號(hào)各頻率分量的相對(duì)位置(相位)關(guān)系FrequencyResponse:頻率特性/頻率響應(yīng)
調(diào)整輸入信號(hào)各頻率分量的相對(duì)大小(幅度)及位置(相位)關(guān)系幅頻特性相頻特性頻率特性12LTIPeriodic:TPeriodic:T<Example>PeriodicSignalasinput各次諧波幅度調(diào)整各次諧波相位調(diào)整13頻率均衡器各次諧波幅度調(diào)整各次諧波相位調(diào)整被濾除的諧波14<Example:AperiodicSignalasinput>被濾除各頻率成份相位調(diào)整各頻率成份幅度調(diào)整15<3.5><4.5>L<Example>1/21/2濾除了二次以上諧波16一.
線性與非線性相位
信號(hào)在傳輸過程中,相位特性或幅度特性發(fā)生改變都會(huì)引起信號(hào)波形的改變,即發(fā)生失真。當(dāng)相位特性僅僅是附加一個(gè)線性相移時(shí),則只引起信號(hào)在時(shí)間上的平移。若連續(xù)時(shí)間LTI系統(tǒng):則此時(shí)并未丟失信號(hào)所攜帶的任何信息,只是發(fā)生時(shí)間上的延遲,因而在工程應(yīng)用中是允許的。17LinearPhase:linearfunctionof
線性相位:的線性函數(shù)6.2.1LinearandNonlinearPhaseB.EffectofLinearPhase:Delay
線性相位的影響:時(shí)間上的延遲18
如果系統(tǒng)的相位特性是非線性的,由于不同頻率分量受相位特性影響所產(chǎn)生的時(shí)移不同,疊加起來一定會(huì)變成一個(gè)與原來信號(hào)很不相同的信號(hào)波形。產(chǎn)生失真。19C.NonlinearPhase
非線性相位D.EffectofNonlinearPhase
非線性相位的影響Changing
therelativepositionofthefrequencycomponents
改變頻率分量的相對(duì)位置,波形會(huì)發(fā)生改變20<Examples>①②③④216.2.3.log-magnitudeandphaseplots對(duì)數(shù)模與Bode圖在工程應(yīng)用中,往往采用對(duì)數(shù)模特性(或稱為Bode圖)來描述系統(tǒng)的頻率特性。在對(duì)數(shù)坐標(biāo)下,采用對(duì)數(shù)模,可以給頻率特性的表示帶來一些方便。這是因?yàn)?22
1.可以將模特性的相乘關(guān)系變?yōu)橄嗉雨P(guān)系;
2.可以利用對(duì)數(shù)坐標(biāo)的非線性,展示更寬范圍的頻率特性,并使低頻端更詳細(xì)而高頻端相對(duì)粗略;
3.對(duì)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng),可以方便地建立模特性和相位特性的直線型漸近線。工程中廣泛應(yīng)用的有兩種對(duì)數(shù)模:?jiǎn)挝荒闻啵∟p)單位分貝(dB)decibel23采用對(duì)數(shù)模(或Bode圖)表示頻率特性,對(duì)于幅頻特性有零點(diǎn)或在某些頻段上為零的系統(tǒng),是不適用的。246.3
理想頻率選擇性濾波器1.頻率成形濾波器,用于改變頻譜形狀的LTI系統(tǒng)2.頻率選擇性濾波器,無失真通過某些頻率,顯著衰減掉或者消除掉另外一些頻率的LTI系統(tǒng)TheIdealFrequency-SelectiveFilters一.濾波通過系統(tǒng)改變信號(hào)中各頻率分量的相對(duì)大小和相位,甚至完全去除某些頻率分量的過程稱為濾波。濾波器可分為兩大類:25二.理想頻率選擇性濾波器的頻率特性
理想頻率選擇性濾波器的頻率特性在某一個(gè)(或幾個(gè))頻段內(nèi),頻率響應(yīng)為常數(shù),而在其它頻段內(nèi)頻率響應(yīng)等于零。理想濾波器可分為低通、高通、帶通、帶阻。
濾波器允許信號(hào)完全通過的頻段稱為濾波器的通帶(passband),完全不允許信號(hào)通過的頻段稱為阻帶(stopband)。26FrequencySelectiveFilters1Lowpassfilter2highpassfilter3bandpassfilterContinuous-TimeFilters27Discrete-timeFilters低低高高1Lowpassfilter2Highpassfilter3Bandpassfilter28IdealFrequencySelectiveFilter1LowpassfilterpassbandstopbandstopbandDiscrete-time低低低高高Continuous-Timesharpcutoffwithlinearphase292HighpassfilterDiscrete-timeContinuous-Time低低高高303BandpassfilterDiscrete-timeContinuous-Time低高高31連續(xù)時(shí)間理想頻率選擇性濾波器的頻率特性低通高通帶通帶阻32
各種濾波器的特性都可以從理想低通特性而來。三.理想濾波器的時(shí)域特性以理想低通濾波器為例連續(xù)時(shí)間理想低通濾波器133由傅里葉變換可得:34如果理想低通濾波器具有線性相位特性則35理想低通濾波器的單位階躍響應(yīng)令36由于37
1.理想濾波器是非因果系統(tǒng)。因而是物理不可實(shí)現(xiàn)的;
2.盡管從頻域?yàn)V波的角度看,理想濾波器的頻率特性是最佳的。但它們的時(shí)域特性并不是最佳的。都有起伏、旁瓣、主瓣,這表明理想濾波器的時(shí)域特性與頻域特性并不兼容。
3.在工程應(yīng)用中,當(dāng)要設(shè)計(jì)一個(gè)濾波器時(shí),必須對(duì)時(shí)域特性和頻域特性作出恰當(dāng)?shù)恼壑小?86.4
非理想濾波器TheNon-idealFilters
對(duì)理想特性逼近得越精確,實(shí)現(xiàn)時(shí)付出的代價(jià)越大,系統(tǒng)的復(fù)雜程度也越高。非理想濾波器的頻率特性以容限方式給出。
由于理想濾波器是物理不可實(shí)現(xiàn)的,工程應(yīng)用中就必須尋找一個(gè)物理可實(shí)現(xiàn)的頻率特性去逼近理想特性,這種物理可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)就稱為非理想濾波器。39非理想濾波器特性1.通帶絕對(duì)平坦,通帶內(nèi)衰減為零。理想濾波器特性2.阻帶絕對(duì)平坦,阻帶內(nèi)衰減為。通帶內(nèi)允許有起伏,有一定衰減范圍3.無過渡帶。阻帶內(nèi)允許有起伏,有一定衰減范圍有一定的過渡帶寬度406.5一階與二階連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)對(duì)由LCCDE描述的連續(xù)時(shí)間LTI系統(tǒng),其頻率響應(yīng)為:First-OrderandSecond-OrderContinuous-TimeSystems其中:、均為實(shí)常數(shù)。41此時(shí),可通過對(duì)、因式分解,將其表示成若干個(gè)一階或二階有理函數(shù)的連乘;或者通過部分分式展開,表示成若干個(gè)一階或二階有理函數(shù)相加。這表明:由LCCDE描述的LTI系統(tǒng)可以看成由若干個(gè)一階或二階系統(tǒng)通過級(jí)聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成。因此,一階和二階系統(tǒng)是構(gòu)成任何系統(tǒng)的基本單元。掌握一階和二階系統(tǒng)的分析方法就尤為重要。42一.一階系統(tǒng):1.時(shí)域特性:模型:43可以看出:越小,上升得越快,系統(tǒng)失真越小。44
在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系下,是一條直線,斜率為每10倍頻程-20dB。
可見,一階系統(tǒng)的Bode圖有兩條直線型漸近線。此外,
稱為折斷頻率。2.一階系統(tǒng)的Bode圖:45當(dāng)時(shí),準(zhǔn)確的對(duì)數(shù)模為46相頻特性:將其折線化可得相位特性的直線型漸近線:4748二.二階系統(tǒng):如:對(duì)RLC串聯(lián)諧振電路,可列出電路方程模型:49由二階系統(tǒng)的方程可得系統(tǒng)的頻率響應(yīng):50當(dāng)時(shí),1.時(shí)域特性:由系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)。51
時(shí),、為實(shí)數(shù)根,系統(tǒng)為過阻尼狀態(tài);時(shí),系統(tǒng)處于無阻尼狀態(tài)。
當(dāng)時(shí),、為共軛復(fù)根,系統(tǒng)處于欠阻尼狀態(tài);52時(shí),二階系統(tǒng)的時(shí)域特性最佳53當(dāng)時(shí),2.頻率特性:當(dāng)
54
在對(duì)數(shù)坐標(biāo)中可用兩條直線表示。一條是低頻段的0dB線,一條是高頻段的斜率為-40dB/dec的直線。時(shí),準(zhǔn)確的對(duì)數(shù)模為:55
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 2025年阜陽貨運(yùn)從業(yè)資格證試題庫(kù)及答案
- 2024全新房地產(chǎn)項(xiàng)目場(chǎng)地承包合同模板下載3篇
- 2024年新能源汽車充電樁建設(shè)合作協(xié)議
- 2024全包家庭裝修合同:智能家居系統(tǒng)與智能家居設(shè)備集成3篇
- 2024完整烤鴨店環(huán)保設(shè)施安裝合同3篇
- 導(dǎo)體和絕緣體課件
- 2024年生態(tài)環(huán)保石渣交易合同模板3篇
- 2025空運(yùn)貨物進(jìn)口運(yùn)輸代理合同
- 2024年大型國(guó)際馬拉松賽事志愿者支援協(xié)議書3篇
- 2024年度商鋪?zhàn)赓U合同補(bǔ)充協(xié)議書(商業(yè)地產(chǎn)租賃)3篇
- 新大象版六年級(jí)上冊(cè)科學(xué)全冊(cè)知識(shí)點(diǎn)(超全版)
- 2021年初級(jí)社工綜合能力模擬試題及答案
- 上海家庭司機(jī)合同范本
- 口腔科護(hù)士進(jìn)修匯報(bào)課件
- NB-T+10908-2021風(fēng)電機(jī)組混凝土-鋼混合塔筒施工規(guī)范
- DL-T-298-2011發(fā)電機(jī)定子繞組端部電暈檢測(cè)與評(píng)定導(dǎo)則
- 全球及中國(guó)機(jī)器人水果采摘機(jī)行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀供需分析及市場(chǎng)深度研究發(fā)展前景及規(guī)劃可行性分析研究報(bào)告(2024-2030)
- 辦公室玻璃隔斷安裝合同
- 陜西行政執(zhí)法資格考試題題庫(kù)及答案完整
- 2024-2029年益生菌項(xiàng)目商業(yè)計(jì)劃書
- 咖啡的微觀世界智慧樹知到期末考試答案章節(jié)答案2024年成都師范學(xué)院
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論