Курсовая работа: Анализ цепи во временной области различными методами

Амплитудно-частотная характеристика выходного сигнала может быть получена перемножением амплитудно-частотных характеристик входного сигнала и цепи : .

График АЧХ выходного сигнала приведён на рис. 4.6.

Рисунок 4.6 Амплитудно-частотная характеристика

входного сигнала

Сравнение АЧХ с соответствующей характеристикой позволяет предположить значительное искажение формы выходного сигнала. Искажения связаны с различием величины передаточной функции для различных составляющих спектра входного сигнала. Для резистивной цепи выходной сигнал был бы подобен входному и имел бы ту же длительность. В данном случае цепи содержащей частотнозависимые элементы значительные изменения будут иметь место и для фазового спектра входного сигнала. Это приведет к нарушению фазовых соотношений между составляющими сигнала и станет другой причиной искажения формы выходного сигнала. Искажение на рис. 4.6 и рис. 4.7 ярко выражено на частоте , т. е. той же частоте, что имела место в АЧХ функции передачи по напряжению(рис. 4.1), определяющей характеристику данной цепи как параллельного колебательного контура. Анализ преобразования импульсного сигнала основывается на представлении о том, что искажение фронта выходного импульса по сравнению с формой входного импульса зависит от свойств цепи на высоких частотах (теоретически на бесконечно высоких частотах). Искажение формы вершины импульса определяется свойствами цепи на низких частотах. Используя подобный подход, например, для анализа искажений фронта входного импульса «закорачивают» конденсаторы, находящиеся на пути следования сигнала в нагрузку и заменяют разрывом индуктивные элементы, включенные параллельно резистивным элементам схемы.

Фазовый спектр выходного сигнала может быть получен суммированием аргумента спектральной характеристики и ФЧХ цепи:

Рисунок 4.7 Фазовый спектр выходного сигнала

5.4 Определение выходного сигнала по вещественной характеристике при помощи приближенного метода Гиллемина

Метод Гиллемина является одним из методов позволяющих восстановить функцию времени (какой - либо сигнал) по известной вещественной (или мнимой) частотной характеристике. Метод основан на такой аппроксимации, когда аппроксимирующая частотную характеристику функция либо ее производные состоят из последовательности бесконечно коротких импульсов. Последовательность бесконечно коротких импульсов представляет собой заданную функцию в так называемой квантованной форме. Погрешность метода преимущественно связана со ступенчатым характером аппроксимирующей функции. Уменьшение этой погрешности требует увеличения общего числа членов в аппроксимации. Исходная частотная характеристика аппроксимируется кусочнолинейным образом, после чего два последовательных дифференцирования позволяют свести аппроксимирующую функцию к последовательности бесконечно коротких импульсов. Окончательное выражение для искомой функции времениf ( t ) полученной по вещественной частотной характеристике имеет вид:

(12)

Здесь a_k - величины бесконечно коротких импульсов, w_k - координаты импульсов на частотной оси. Вещественная частотная характеристика может быть определена из соотношений: ; ; , где - фазо-частотная характеристика цепи, - фазо-частотная характеристика входного сигнала.

Рисунок 4.8 Аппроксимация вещественной частотной характеристики

Аппроксимация позволяет найти точки , необходимые для записи и построения первой производной вещественной частотной характеристики :

Рисунок 4.9 Первая производная -

На этом шаге уже можно восстановить функцию времени (). Для этого воспользуемся выражением вида:

Аналогично вычисляется вторая производная вещественной частотной характеристики :

Рисунок 4.11 Вторая производная -

Применяя выражение (12), можно восстановить выходной сигнал :

Рисунок 4.12 Аппроксимированный выходной сигнал по

6. Анализ цепи частотным методом при периодическом воздействии

6.1 Разложение в ряд Фурье заданной периодической функции, определение амплитудного и фазового спектров

Разложение периодической последовательности импульсов может быть осуществлено с учетом очевидной связи комплексной амплитуды гармоники ряда Фурье и спектральной плотности одиночного импульса той же формы . Коэффициенты ряда Фурье могут быть найдены по формуле:

Фазовые коэффициенты определяются как аргумент комплексного числа :