4тема
.pdf2. Качественный анализ цепи частотным методом при апериодическом воздействии.
2.1 Нахождение амплитудно-частотной, фазочастотной и амплитудно-фазовой характеристик функции передачи цепи.
ZL5 |
ZL6 |
I1(s) |
R3 |
R4 |
Rн |
Обобщенная частотная характеристика:
|
H I ( j ) H I (s) |
|
= |
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
s j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
w2 |
4 jw |
2,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Амплитудно-частотная характеристика: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
H I ( j |
) |
|
|
|
0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
w4 |
11w2 |
6.25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Фазочастотная характеристика: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ФН ( ) |
arg H I ( j |
) |
Фчисл |
Фзнам |
0 arctg( |
4 |
|
) |
arctg( |
4 |
|
) |
|||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||
2.5 |
w2 |
2.5 |
w2 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.2
0.15
Hi(w)
0.707 Himax
0.1
|
|
|
|
|
0.05 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
2 |
4 |
6 |
|
|
8 |
10 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
w |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рис. 8 АЧХ. |
|
|
|
|||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
f(w) |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
2 |
4 |
6 |
|
|
8 |
10 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
w |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рис. 9ФЧХ. |
|
|
|
|||||
Частота среза, определенная по графику |
|
H I ( j ) |
|
, |
0,707 |
0.73 ñ 1 . |
||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||
При 0,707 |
0.73 |
ñ 1 участок АЧХ соответствует полосе интегрирования, а при |
||||||||||||||||||||
0,707 |
|
0.73 ñ 1 |
участок АЧХ соответствует полосе пропускания. |
2.2 Нахождение и построение амплитудного и фазового спектров входного сигнала и определение ширины спектра.
Спектральная плотность входного напряжения:
|
|
|
I1 ( j ) |
I1 (s) |
s j |
|
A1 ( )e j 1 ( ) , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
где A1 ( ) - амплитудный, |
1 ( |
) - фазовый спектры воздействия. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
U |
|
|
( j |
) |
|
1.2 |
|
|
2.4 |
|
e |
j 2.5 |
|
1.2 |
|
e j 5 |
1.2 |
(1 |
|
2e j 2.5 |
e |
j 5 |
) |
1.2 |
|
(1 e |
j 2.5 )2 |
|||||||
1 |
|
2 |
2 |
|
|
2 |
|
2 |
|
2 |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
1.2 |
|
(e |
j1.25 |
|
(e j1.25 |
e |
j1.25 |
)) 2 |
|
4 *1.2 |
|
(e j1.25 |
( |
e j1.25 |
e |
j1.25 |
|
)) 2 |
|
4.8 |
sin 2 |
(1.25w)e j 2.5 |
|||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
2 j |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Из полученного выражения следует, что амплитудный спектр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
A1 ( |
) |
|
|
4.8 |
sin2 (1.25w) , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фазовый спектр
Ф1 ( ) 2.5w
Узлы амплитудного спектра A1 ( у ) :
sin( у ) 0
4 т
у |
|
|
|
, где n=1,2,3... |
|
|
|
|
|
|
|||
5 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
0 |
|
|
4.8 |
|
2 |
|
2 |
sin(1.25w) |
|
2 |
|
|
A (0) |
|
|
|
lim( |
|
sin |
|
(1.25 )) |
lim(4.8*1.25 ( |
|
) |
|
) 7.5 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||||
1 |
0 |
|
0 |
|
|
|
0 |
1.25w |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
A1( w) |
|
|
|
|
|
|
|
0.1 A1max |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
0 0 |
2 |
4 |
|
6 |
8 |
10 |
|
|
|
|
w |
|
|
|
|
|
рис. 10 Амплитудный спектр входного сигнала |
|
|
|||
Ширина спектра, определенная по графику |
0 |
1.85 |
ñ 1 . |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
(w) |
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
25 |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
|
|
w |
|
|
рис. 11 Фазовый спектр входного сигнала |
Сопоставляя ширину полосы пропускания равную 0,707 0.73 ñ 1 и ширину спектра |
||
входного сигнала |
0 |
1.85 ñ 1 , получим, что первая 2.5 раза меньше второй, таким образом |
|
|
|
частоты меньшием |
0,707 0.73 ñ 1 будут проходить практически без искажений. остальная |
же часть спектра находится в зоне интегрирования, поэтому искажение формы сигнала будет не очень значительным, сигнал будет сглажен, увеличится длительность его фронтов.
4 Анализ цепи частотным методом при периодическом воздействии
Im 3A T 10с tи 5c
4.1 Разложение в ряд Фурье заданного входного периодического сигнала. Построение его амплитудного и фазового спектров.
Ряд Фурье входного сигнала:
u1 |
(t) |
A0 |
AK cos(k 1t K ) |
|
2 |
||||
|
|
1 |
Для разложения в ряд Фурье периодической последовательности импульсов найдем комплексные амплитуды гармоник ряда:
A |
|
|
|
2 |
I ( j ) |
|
|
A e j |
K |
, |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
K |
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
k 1 |
K |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
|
|
|
2 |
|
0.628 |
- частота первой гармоники, k=0,1,2,3… |
|
||||||||||||
1 |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
T |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
AK |
2 |
|
4.8 |
sin |
2 |
(1.25k |
1 )e |
j 2.5k 1 |
2.436 |
sin |
2 |
(0.785k)e |
j1.57k |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
10 |
(k |
1 |
)2 |
|
|
|
k 2 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Амплитудный спектр:
A |
2.436 |
sin2 (0.785k) |
|
||
K |
k 2 |
|
|
Фазовый спектр:
K |
1.57k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
AK |
K |
|
0 |
1,5 |
0 |
|
1 |
1,216 |
-3,142 |
|
2 |
0,608 |
-2,094 |
|
3 |
0,135 |
-4,712 |
рис. 12 Амплитудный дискретный спектр входного сигнала
рис. 13 Фазовый дискретный спектр входного сигнала
3.2 Построение входного периодического сигнала и его аппроксимации отрезком ряда Фурье.
Число гармоник отрезка ряда определяется шириной спектра по уровню
0.1AK max 0.1A1 0.15
Таким образом, в соответствии с шириной спектра аппроксимирующий отрезок ряда Фурье i1a (t) , описывающего периодическое воздействие i1 (t) , имеет вид:
|
|
A0 |
n |
|
|
|
|
|
|
||
i1a |
(t) |
|
AK cos(k 1t |
K ) 0.75 1.216 cos(0.628t 1.571) 0.608 cos(1.256t 3.142) |
|
2 |
|||||
|
|
1 |
|
0.135 cos(1.884t 4.712)
4
3
2
i1a(t)
i1(t)
1
0
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
||
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
рис. 14 Входной периодический сигнал и его аппроксимации отрезком ряда Фурье.
3.3 Построение амплитудного и фазового спектров выходного периодического сигнала. Запись тока на выходе цепи в виде отрезка ряда Фурье, и построение его графика.
Амплитуды и начальные фазы гармоник выходного сигнала:
|
AKH |
H ( jk 1 ) AK |
AKH |
|
H ( jk 1 ) |
AK |
KH |
(k 1 ) |
K , |
||||||||
Т.е. необходимо вычислить АЧХ и ФЧХ функции |
передачи для |
требуемых частот k 1 ; |
|||||||||||||||
k=0,1,2,… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
k |
|
k 1 |
|
H I ( jk 1 ) |
|
|
ÔH (k 1 ) |
|
AKH |
|
|
KH |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
0,2 |
|
|
|
0 |
|
0,3 |
|
|
0 |
|
|
|
|
1 |
|
0,628 |
|
0,153 |
|
|
|
-0,874 |
|
0,186 |
|
|
-2,445 |
|
|
|
|
2 |
|
1,256 |
|
0,098 |
|
|
|
-1,39 |
|
0,0596 |
|
|
-4,532 |
|
|
|
|
3 |
|
1,884 |
|
0,066 |
|
|
|
-1,71 |
|
0,0089 |
|
|
-6,422 |
|
|
Число гармоник, как у входного сигнала:
рис. 15 Амплитудный дискретный спектр выходного сигнала
рис. 16 Фазовый дискретный спектр выходного сигнала
Ток на выходе цепи в виде отрезка ряда Фурье:
|
|
AH 0 |
n |
|
|
|
|
|
|
||
iH |
(t) |
|
AHK cos(k 1t |
HK ) 0.3 0.186 cos(0.628t 2.445) 0.06 cos(1.256t 4.532) |
|
2 |
|||||
|
|
1 |
|
0.009 cos(1.884t 6.422)
0.5
0.4
0.3
in(t)
0.2
0.1
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
t
рис. 17 Аппроксимации выходного сигнала отрезком ряда Фурье.
Заключение
Вкурсовой работе был выполнен качественный анализ цепи частотным методом при апериодическом воздействии, а также анализ цепи частотным методом при периодическом воздействии.
Входе выполнения данной курсовой работы был сделан следующий вывод:
Сопоставляя ширину полосы пропускания равную 0,707 0.73 ñ 1 и ширину спектра
входного сигнала |
0 |
1.85 |
ñ 1 , получим, что первая 2.5 раза меньше второй, таким образом |
|
|
|
|
частоты меньшием |
0,707 0.73 ñ 1 будут проходить практически без искажений. остальная |
же часть спектра находится в зоне интегрирования, поэтому искажение формы сигнала будет не очень значительным, сигнал будет сглажен, увеличится длительность его фронтов.