訊號與系統的時域分析
1. 什麼是lti系統?在時域中,我們如何表示系統?什麼是系統的單位衝激響應?
◆ 系統的線性時不變性的證明與判斷(書中例子1-14,1-16,1-17,1-18);
◆ 表示系統的時域數學模型:卷積表示,微分方程(連續時間系統),差分方程(離散時間系統);
◆ 單位衝激響應h(t):系統對輸入為單位衝激訊號的零狀態響應。
2. 請寫出lti系統的卷積表示式。你會計算兩個訊號之間的卷積嗎?
例1:假設lti 系統的單位衝激響應為, 系統輸入為. 通過計算卷積=確定系統的輸出。
3. 訊號x(t)與單位衝激訊號δ(t-t0)相乘、卷積,你會嗎?
◆ 四個重要公式:
1)2)
3) 4)
例2: 等
4. 形如的微分方程,你會求解嗎?
例3:一因果lti系統由微分方程描述,給定系統的輸入和初始條件如下:, =-0.5,,確定系統的完全解。
5. lti系統的因果性、穩定性,你理解嗎?如何用單位衝激響應來這兩個性質描述系統的這兩個性質?
因果性:判決條件:
穩定性:判決條件:
例4:假設lti系統的單位衝激響應為,如果系統因果穩定,下列哪些滿足:
1)2)3)等等。
傅利葉級數
6. 週期訊號的傅利葉級數表示式,包括級數的係數的計算公式你記清楚了嗎?是否會用這個公式完成係數的計算?
你是否理解,乙個連續的週期訊號,在滿足狄氏條件時,可以分解成由很多具有諧波關係的週期復指數訊號加權和這個道理?
公式:例5:週期性方波,週期性三角波等的傅利葉級數表示。
例6:考慮乙個全波整流器如圖所示,其中r=1ω, c=1f.
(1). (9』) 確定訊號的傅利葉級數係數。
(2). (9』) rc低通濾波器的輸出訊號是否週期,如果是週期的,確定其傅利葉級數係數。
7. 你知道什麼叫基本頻率分量、什麼叫特徵函式?特徵函式具體有哪些形式?
8. 你理解這句話嗎:若lti系統的輸入訊號是乙個特徵函式時,其輸出訊號是與輸入相同的特徵函式,但是,其幅度要用h(s)或h(jω)加權。
(7、8兩點結合,整理理解)
記住:當系統輸入訊號,那麼輸出
特徵函式:或。
9. 如果給定乙個lti系統的輸入為週期訊號,你會使用相關結論,求解出該系統的輸出訊號傅利葉級數表示式嗎?
記住:輸入為週期訊號,那麼對於lti系統來講,輸出
10. 理解週期訊號的線譜嗎?(傅利葉級數係數)通常是關於的復函式嗎?表示什麼?
11. 給你二幅圖,一幅圖描述的是,另一幅圖描述的是,你能根據這兩幅圖,直接寫出它所代表的時域訊號表示式嗎?
強調:週期訊號的傅利葉級數係數的真正含義:週期訊號的線譜(條線圖表示)。考慮到是關於的復函式,借助極座標表示法,分解為幅度譜()和相位譜()兩部分。即:
例7:假設 ω0 = π. 下圖給出了連續時間週期訊號的傅利葉級數係數所對應的頻譜結構。
(a) 寫出的表示式。
(b) 如果作用於理想低通濾波器,其頻率響應如:,確定輸出y(t)。
12. 你理解濾波的含義嗎?
四種理想濾波器(頻率選擇性濾波器)的頻譜結構需要掌握。例7的第二個問題,就是對低通濾波器的頻譜特性的考查。
例8:下圖描述了乙個通訊系統的原理,已知訊號 x1(t)和x2(t)的傅利葉變換分別為x1(jω) 和x2(jω),如圖(所示,令 ω1 = 4π, ω2 = 8π。 h1(jω)為理想帶通濾波器, h2(jω)為理想低通濾波器。
為使得訊號y(t)等於x1(t):
(1). 在圖中描述訊號w(t)的傅利葉變換w(jω)。
(2). 選擇合適的頻率ω3。
(3). 描述兩個濾波器的頻率響應。
傅利葉變換及應用
13. 傅利葉變換的定義公式和傅利葉反變換的定義公式你記住了嗎?
見書本公式(4.8)(4.9)
14. 傅利葉變換的時移性質、微分性質、卷積性質、乘法性質你記住了嗎?是否會用它們解決問題?
見表4.1
例9:假設訊號x(t)的傅利葉變換為x(jω), 求1)的傅利葉變換;2)的傅利葉變換。
15. 典型訊號的傅利葉變換你記住了多少個?
見書本表4.2
例10:求,,等的傅利葉變換。
16. 用部分分式分解法求傅利葉反變換,你會了嗎?
例11: 已知訊號的傅利葉變換為=,求其反變換
17. 傅利葉變換的幅度-相位表達方法,你會了嗎?什麼是訊號的幅度頻譜,什麼是訊號的相位頻譜?
見書本習題:6.23
18. 週期訊號的傅利葉變換有什麼特點,其計算公式是怎樣的,你記住了嗎?
例12 求,等週期訊號的傅利葉變換。
19. 什麼是系統的頻率響應?給定系統的微分方程,你能求出它的頻率響應嗎?你會建立簡單的一階、二階電路的微分方程嗎?你能根據頻率響應求得系統的微分方程嗎?
見習題4.19,4.33,4.36
建立如上電路的微分方程。
20. 是否會利用傅利葉變換的相關性質,求某些復雜訊號的傅利葉變換?
見習題4.21,4.25等
21. 給定訊號的頻譜圖(若干個正弦訊號構成的乙個週期訊號),能很快地求得該訊號的時域表示式嗎?若將這個訊號作用於乙個系統(濾波器),會求系統的輸出訊號的頻譜及其時域表示式嗎?
5. 給定一連續時間週期訊號的傅利葉變換所對應的頻譜如圖所示。
(a) (8』) 寫出的表示式。
(b) (8』) 如果作用於理想低通濾波器其頻率響應為:
確定輸出訊號。
22. 理解什麼是帶限訊號,什麼是時限訊號嗎?
帶限訊號(從頻域的角度):指訊號的頻譜頻頻寬度有限;
時限訊號(時域的角度):訊號的時間變數取值範圍是有限的。
拉普拉斯變換及應用
23. 拉普拉斯變換和逆變換的定義公式,你記住了嗎?
見書本公式(9.3)及(9.56)
24. 拉普拉斯變換的收斂域的性質理解了嗎?尤其是:因果訊號的拉普拉斯變換的收斂域,反因果訊號的收斂域。
書本上描述的8個性質:
例:求訊號= 的拉普拉斯變換,確定其收斂域。
25. 用部分分式分解法求逆變換的方法,你會了嗎?
例:確定在下述三種情況下的拉普拉斯反變換:
(1). 收斂域:;
(2). 收斂域:;
(3). 收斂域:。
習題9.21,9.22
26. 拉普拉斯變換的常用性質掌握了多少?
見書本表9.1
例:已知訊號的拉普拉斯變換為,求訊號=的拉普拉斯變換。
27. 常用訊號的拉普拉斯變換你記住了多少?
見書本表9.2
28. 什麼是有理的拉普拉斯變換表示式?
如: 29. 系統函式的概念你掌握了嗎?系統函式與系統的單位衝激響應是何關係?
(系統的時域特性向頻域特性的轉換)
見習題9.31
30. 系統函式的零極點的概念,如何在s平面上表示系統函式零極點?系統函式的零極點與系統函式的收斂域有何關係?
注:系統函式的極點確定收斂域的邊界,但收斂域中不包括任何極點。
31. 如何根據系統的零極點圖,判斷系統的穩定性、因果性?
書本上的相關結論一定要掌握理解。
32. 如何根據系統的微分方程求系統函式?或者反過來。
方法:對微分方程兩端同時進行拉普拉斯變換,並借助拉普拉斯變換的相關性質,實質:系統的時域特性向頻域特性的轉換。
33. 如何利用系統函式,求系統在給定輸入訊號作用時的系統的響應訊號?
1:給定乙個因果lti系統,如果其輸入和輸出訊號分別為, ,
(a). 確定系統的系統函式h(s);
(b).判斷該系統是否穩定,為什麼?
(c). 如果輸入訊號為, 確定相應的輸出訊號y(t)。
2 考慮乙個因果連續lti 系統,其輸入輸出關係有下列方程描述
(a). (4』) 確定系統函式h(s);
(b). (4』) 畫出h(s)的零極點圖。
(c). (4』) 系統是否穩定? 為什麼?
(d). (8』) 假設輸入,確定響應的系統輸出響應。
34. 系統的頻率響應與系統函式之間的關係,你理解了嗎?
(系統因果穩定)
35. 給定乙個系統的零極點圖和其他輔助條件,你能確定該系統的系統函式嗎?
見書本上例題9.26(上課重點講過)
36.根據系統的微分方程描繪系統框圖,或根據系統框圖求解系統的微分方程,並進行系統的性質分析與判斷。
希望各位同學認真複習,順利通過考試!
黃松柏2012.5.20
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