ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ-I



Σχετικά έγγραφα
ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ - ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ FOURIER ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ 1 ΣΕΙΡΑΣ FOURIER. Ανάπτυξη σειράς Dirac σε σειρά Fourier (Εκθετική Fourier):

ΣΥΝΕΛΙΞΗ ΣΤΟ ΠΕ ΙΟ ΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ

13. Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις

Η Έννοια της τυχαίας ιαδικασίας

Κεφάλαιο 8 ΑΝΑΛΥΣΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ ΣΤΟ ΠΕ ΙΟ ΤΗΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ

Εισαγωγή στη Θεωρία Σημάτων και Συστημάτων

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 7: Μετασχηματισμός Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Θέματα Περασμένων Εξετάσεων και Απαντήσεις

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

Γιάννη Σ. Μπούταλη Αναπληρωτή Καθηγητή Δ.Π.Θ. ΛΥΣΗ ΤΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ βοηθητικές σημειώσεις στο μάθημα ΣΑΕ ΙΙ

ΑΝΑΠΤΥΓΜA - ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ. Περιγράψουµε τον τρόπο ανάπτυξης σε σειρά Fourier ενός περιοδικού αναλογικού σήµατος.

Κεφάλαιο 3 ο. Κυκλώματα με στοιχεία αποθήκευσης ενέργειας

Προηγµένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 6: Ανάλυση Σημάτων σε Ανάπτυγμα Σειράς Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 8: Ιδιότητες του Μετασχηματισμού Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ z

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Κεφάλαιο 6 : Φασματική Ανάλυση Σημάτων Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 9: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Δυναμική συμπεριφορά των λογικών κυκλωμάτων MOS. Διάλεξη 10

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών. Σήματα. και. Συστήματα

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες

ΦΥΣΙΚΗ Ι. ΣΤΑΤΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΣΩΜΑΤΟΣ Ισορροπία Σωματιδίου Στατική Ισορροπία Στερεού Σώματος

() min. xt δεν έχει μετασχηματισμό LAPLACE () () () Αν Λ= το σήμα ( ) Αν Λ, έστω σ. Το σύνολο μιγαδικών αριθμών. s Q το ολοκλήρωμα (1) υπάρχει.

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

2. Ανάλυση και Σύνθεση κυματομορφών με την μέθοδο Fourier

Σήματα και Συστήματα

Μεγαλύτερες περιπέτειες

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών Σημάτων. Διάλεξη 20: Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier (Discrete Fourier Transform DFT)

_Σχήµα 2_. Σελίδα 1 από 5. τον οποίο γίνεται η µεταπτωτική κίνηση. Άξονας περιστροφής τροχού. Άξονας γύρω από. τον οποίο γίνεται η µεταπτωτική κίνηση

Παράδειγμα 14.2 Να βρεθεί ο μετασχηματισμός Laplace των συναρτήσεων

ΑΝΑΠΤΥΓΜA - ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ. Περιγράψουμε τον τρόπο ανάπτυξης σε σειρά Fourier ενός περιοδικού αναλογικού σήματος.

ΙΙΙ. ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ (ΙΣΟΖΥΓΙΟ) ΓΡΑΜΜΙΚΗΣ ΟΡΜΗΣ ΑΣΥΜΠΙΕΣΤΗ ΡΟΗ. LT και μονάδες στο SI, kgm/s 2 ή N. υνισταμένη. υνισταμένη. d dt. d dt.

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 2: Στοιχειώδη Σήματα Συνεχούς Χρόνου. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 4: Μελέτη των Γραμμικών και Χρονικά Αμετάβλητων Συστημάτων. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Εργαστηριακή Άσκηση Το σύστημα αναμονής M/G/1

Κεφάλαιο 5 Πολλαπλοί χημικοί αντιδραστήρες

ΣΕΙΡΕΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ FOURIER. e ω. Το βασικό πρόβλημα στις σειρές Fourier είναι ο υπολογισμός των συντελεστών c

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

[1] είναι ταυτοτικά ίση με το μηδέν. Στην περίπτωση που το στήριγμα μιας συνάρτησης ελέγχου φ ( x)

2.1 Περιοδικές συναρτήσεις και τριγωνομετρικά αναπτύγματα

1. Τριγωνοµετρικές ταυτότητες.

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

6. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

Αόριστο ολοκλήρωμα. επαληθεύει την παραπάνω ισότητα.

x[n] = e u[n 1] 4 x[n] = u[n 1] 4 X(z) = z 1 H(z) = (1 0.5z 1 )(1 + 4z 2 ) z 2 (βʹ) H(z) = H min (z)h lin (z) 4 z 1 1 z 1 (z 1 4 )(z 1) (1)

Κεφάλαιο 5 Μετασχηματισμός z και Συνάρτηση μεταφοράς

ΛΥΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟ ΟΥ ΙΟΥΝΙΟΥ 2004., η οποία όµως µπορεί να γραφεί µε την παρακάτω µορφή: 1 e

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Πως λύνεται ένα πρόβληµα.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΤΥΠΟΠΟΙΗΣΗ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΗ ΠΡΟΟ ΟΣ

Kεφάλαιο 5. µετασχηµατισµού Laplace.

Kεφάλαιο 5. µετασχηµατισµού Laplace.

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών. στο χώρο της συχνότητας

Παράδειγµα ενός ηλεκτρικού συστήµατος

ΤΟ ΜΑΥΡΟ ΚΟΥΤΙ. 1. Το περιεχόμενο του μαύρου κουτιού. 2. Είσοδος: σήματα (κυματομορφές) διέγερσης 3. Έξοδος: απόκριση. (απλά ηλεκτρικά στοιχεία)

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

ΕΛΕΓΧΟΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Πλεονεκτήματα ψηφιακού ελέγχου

3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΑΝΑΠΤΥΓΜA - ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Όταν θα έχουµε τελειώσει το Κεφάλαιο αυτό θα µπορούµε να:

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ - ΟΠΤΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ & LASER ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ & Τ/Υ ΑΣΚΗΣΗ ΝΟ7 ΟΠΤΙΚΗ FOURIER. Γ. Μήτσου

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΔΙΑΚΡΙΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΑΝΑΛΥΣΗ FOURIER ΔΙΑΚΡΙΤΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. DTFT και Περιοδική/Κυκλική Συνέλιξη

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 11: Μετασχηματισμός Laplace. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΤΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟ FOURIER

2 ο κεφάλαιο: Ανάλυση και Σύνθεση κυματομορφών με τον Μετασχηματισμό Fourier

d k dt k a ky(t) = dt k b kx(t) (3.1)

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΣΗΜΑΤΑ

Παραγωγή Κυµατοµορφών FM:

ΚΥΚΛΩΜΑ RC ΜΕ ΚΡΟΥΣΤΙΚΗ ΔΙΕΓΕΡΣΗ

ΑΝΑΠΤΥΓΜA -ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ

Εξαναγκασμένη Ταλάντωση. Τυχαία Φόρτιση (Ολοκλήρωμα Duhamel)

Σήματα και Συστήματα. Νόκας Γιώργος

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Συστήµατα τα οποία χαρακτηρίζονται από γραµµικές εξισώσεις διαφορών µε σταθερούς συντελεστές

ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Μετασχηµατισµός-Z. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

3. Κεφάλαιο Μετασχηματισμός Fourier

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE

Ο ΑΜΦΙΠΛΕΥΡΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Z

. Σήματα και Συστήματα

Ι ΑΝΙΚΟ ΦΙΛΤΡΟ ΒΑΣΙΚΗΣ ΖΩΝΗΣ - ΚΑΤΩΠΕΡΑΤΟ ΦΙΛΤΡΟ. ω > ω. ω c Ζώνη διέλευσης. Σεραφείµ Καραµπογιάς. όπουω c είναιησυχνότητααποκοπής.

Επομένως το εύρος ζώνης του διαμορφωμένου σήματος είναι 2.

20-Φεβ-2009 ΗΜΥ Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier

Τηλεπικοινωνίες. Ενότητα 2.1: Ανάλυση Fourier. Μιχάλας Άγγελος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Z. χρόνου και εξηγήσουµε έννοιες όπως περιοχή σύγκλισης, πόλος και µηδενικό.

Εισαγωγή στη Θεωρία Σημάτων και Συστημάτων

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Transcript:

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ-I ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΒΑΣΙΚΑ ΣΗΜΑΤΑ Μοναδιαία βηµαική συνάρηση (Ui Sep Fucio) U () =, U () =, <.8.6.4. -4-4 Κρουσική Συνάρηση δέλα ου Dirc (γενικευµένη συνάρηση) δ () =, ε ε δ() d=, ε >.5 - - -.5 - δ( ) = δ( ), για α= δ(-)=δ() Αρια Συνάρηση

du() δ () = d ΧΡΟΝΙΚΕΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΕΙΣ u(+).8.6.4. -5-4 -3 - - u(-).8.6.4. -4-4 δ ( + ).5-4 - 4 -.5 -

δ ( + ).5-4 - 4 -.5 - Μοναδιαία Συνάρηση Ράµπας u ( + ) Τεραγωνικός Παλµός P () =, < P() =, αλλού 3

.5-4 - 4 -.5 - u ( + /) -/ / u ( /) u ( + ) u ( ) = p 4

ΓΝΩΣΤΑ ΗΜΙΤΟΝΟΕΙ Η ΚΑΙ ΕΚΘΕΤΙΚΑ ΣΗΜΑΤΑ y () = e y () = siω.5-7.5-5 -.5.5 5 7.5 -.5 - ΤΥΠΟΣ ΤΟΥ EULER jω e = Cosω + j siω 5

ΜΕΣΗ ΤΙΜΗ ΣΗΜΑΤΟΣ X () = xd () () ΠΕΡΙΟ ΙΚΟ ΣΗΜΑ ΜΕ ΠΕΡΙΟ Ο Τ X()= xd ( ) () ΕΝΕΡΓΟΣ ΤΙΜΗ(RMS) X()=[ x ( ) d] (3) Παράδειγµα A Ενεργ ός Τ ιµ ή ου x()=asiω απο ην (3) έχουµε x()= Κάθε σήµα (συνάρηση ου χρόνου) µπορεί να γραφεί σαν ο άθροισµα ενός άριου και ενός περιού σήµαος. x() = xeve () + xodd () xeve() = [ x() + x( )] xodd () = [ x() x( )] Ι ΙΟΤΗΤΑ ΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑΣ ΤΗΣ δ(): f() δ ( ) = f( ) Για = έχουµε f()δ()=f() ΠΕΡΙΟ ΙΚΟ ΣΗΜΑ: Υπάρχει σαθερά Τ (περίοδος) για ην οποία ισχύει: x ( + Τ ) = x ( ), < < 6

ΣΗΜΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (ΟΛΑ ΤΑ ΦΥΣΙΚΑ ΣΗΜΑΤΑ): E = x () d < Πεπερασµένη ενέργεια ΣΗΜΑ ΙΣΧΥΟΣ: lim [ ( ) ] π.χ. Περιοδικά σήµαα P = x d > ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΧΡΟΝΟΥ ΜΙΑΣ ΕΙΣΟ ΟΥ ΚΑΙ ΜΙΑΣ ΕΞΟ ΟΥ Αδιαφανές Μαύρο κουί (Blck Box) X() F Y() ΣΧΕΣΗ ΕΙΣΟ ΟΥ-ΕΞΟ ΟΥ { } Y () = F x () Γενικώς,η ιµή ης εξόδου ην χρονική σιγµή εξαράαι απο όλες ις ιµές ης εισόδου x() µέχρι και ην χρονική σιγµή και όχι µόνο απο ην ιµή ης εισόδου x() ην χρονική σιγµή. AIIOHA Ενα σύσηµα Y () F{ x ()}, η έξοδος = λέγεαι αιιαό (φυσικό) εαν, για κάθε χρονική σιγµή y ( ) ου συσήµαος εξαράαι µόνο απο ην είσοδο x() µέχρι ην χρονική σιγµή. 7

ηλαδή η έξοδος δεν εξαράαι απο µελλονικές ιµές ης εισόδου. Όλα α φυσικά συσήµαα είναι αιιαά. Μη-αιιαά δεν υπάρχουν σον φυσικό κόσµο, µπορούν όµως να προσεγγισούν µε χρονο-καθυσερήσεις. Παράδειγµα Το σύσηµα y () = x ( ) είναι αιιαό Το σύσηµα y () = x ( + ) είναι µη αιιαό. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΧΡΟΝΙΚΑ ΑΝΑΛΛΟΙΩΤΑ (ΑΜΕΤΑΒΛΗΤΑ) Ενα σύσηµα y () = F{ x ()} αν για κάθε,η έξοδος σην είσοδο x( ) είναι η y ( ). ηλαδή F{( x )} = y ( ). Χρονική ολίσθηση σο σήµα εισόδου, οδηγεί σε ανίσοιχη ολίσθηση σο σήµα εξόδου. 8

Αδιαφανές Μαύρο κουί (Blck Box) X() F Y() x() Y () x( ) Y ( ) 9

Ένα αιιαό σύσηµα y () = F{ x ()} δεν έχει µνήµη αν για κάθε η έξοδος y ( ) εξαράαι µόνο απο ην ιµή ης εισόδου x( ) ην χρονική σιγµή. Το σύσηµα αυό ονοµάζεαι και σιγµιαίο. Π.χ. ο σύσηµα y () = kx () δεν έχει µνήµη. Είναι ενισχυής για κ> και εξασθενηής για κ<. Ένα αιιαό σύσηµα έχει µνήµη εαν για κάθε η έξοδος y ( ) εξαράαι απο ις ιµές ης εισόδου x() για µέσα σε ένα διάσηµα µέχρι ην χρονική σιγµή : Π.χ. ο σύσηµα µε σχέση εισόδου εξόδου = y () = x( ) d (ολοκληρωής) έχει µνήµη διοι η έξοδος εξαράαι απο ις ιµές ης εισόδου χ() για = Ένα σύσηµα y () = F{ x ()} ονοµάζεαι:. προσθεικό αν για κάθε ζεύγος εισόδων x(), x() ισχύει F{ x ( ) + x ( )} = F{ x ( )} + F{ x ( )}. οµογενές εαν για κάθε α ισχύει F{ x ( )} = F{ x ( )} 3. Γραµµικό αν είναι προσθεικό και οµογενές. ηλαδή: Fx { ( ) + bx( )} = F{( x( )} + bfx { ( )} Ο ολοκληρωής = y () = x( ) d ειναι γραµµικό σύσηµα αφού = = = = [ x ( ) + bx ( )] d = x ( ) d + b x ( ) d = = = Το σύσηµα µε σχέση εισόδου-εξόδου x () και όχι Παράδειγµα y () = x() για είσοδο x() η έξοδος είναι () x,εποµένως ο σύσηµα δεν είναι οµογενές και άρα δεν είναι και γραµµικό.

ΚΡΟΥΣΤΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ(IMPULSE RESPONSE) Αδιαφανές Μαύρο κουί (Blck Box) X() F Y() Έσω ο σύσηµα F ο οποίο είναι γραµµικό και χρονοαµεάβληο. Κρουσική απόκριση ονοµάζεαι η έξοδος ου συσήµαος για είσοδο x() = δ (), ην συνάρηση Dirc. Αδιαφανές Μαύρο κουί (Blck Box) δ() F h() Κρουσική απόκριση h () = F{ δ ()} Αν γράψουµε ην x() = x( ) δ( ) d σύµφωνα µε ην ιδιοηα δειγµαοληψίας ης συνάρησης δ όε δηλαδή y () = F{ x ()} = F{ x( ) δ( ) d} = x( ) F{ δ( } d = x( ) h ( ) d

y () = x( ) h ( ) d ΣΥΝΕΛΙΚΤΙΚΟ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΑ (CONVOLUION INEGRAL) y () = x( ) h ( ) d Εποµένως, εαν γνωρίζουµε ην κρουσική απόκριση ενός γραµµικούχρονοαµεάβληου συσήµαος,µπορούµε να υπολογίσουµε ην έξοδο ου για οποιαδήποε είσοδο χ() µεσω ου συνελικικού ολοκληρώµαος. ΣΥΝΕΛΙΞΗ (CONVOLUION) y () = x ()* h () = x( ) h ( ) d Παράδειγµα Να υπολογισεί η συνέλιξη y () = x ()* h () οαν x () = e u (), > και h () = u ().u() είναι η µοναδιαία βηµαική συνάρηση(ui sep fucio) u ( ), < u ( ), > Το γινόµενο µέσα σο ολοκλήρωµα είναι µόνο για < <, > Για < εχουµε x( ) h( ) =

Για > έχουµε α x( ) h ( ) = e,< < x( ) h( ) =, αλλου Αρα για > εχουµε y () = e d = [ e ] = ( e ) u () α / Λύση: y () = ( e ) u () Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΣΥΝΕΛΙΞΗΣ y () = x( ) h ( ) d Γενικά ισχύει f()* f() = f( ) f( ) d Ανιµεαθεική f()* f() = f()* f() Προσεαιρισική [ f()* f()]* f3() = f()*[ f()* f3()] Συνέλιξη µε δ() δίνει ην f(): f ( )* δ( ) = δ( )* f( ) = δ( ) f( ) d = f( ) 3

Ιδιόηα δειγµαοληψίας ης δ ου Dirc: f () d ( ) d= f( ) Επιµερισική ιδιόηα: f()*[ f() + f3()] = f()* f() + f()* f3() ΣΕΙΡΕΣ FOURIER f b () = + [ cos ω + si ω ] = π ω = sπ f =, η περιοδος ου σηµαος ΜΟΝΟ ΓΙΑ ΠΕΡΙΟ ΙΚΑ ΣΗΜΑΤΑ!!! Οι συνελεσες, b υπολογίζοναι σε µία περίοδο: + = + + f() d = f()cos ω d > b = f()si ωd Βιβλίο Fourier: héorie lyique de l chleur 8. Μεάδοση Θερµόηας Μαθηµαικες συνθήκες για σύγκλιση (Ικανές αλλα όχι απαραίηες) Dirichle (89):. + f() d <,πεπερασµένο. Πεπερασµένο πλήθος mi-mx και ασυνεχειών σε µια περίοδο Σις ασυνέχειες ο ανάπυγµα Fourier συγκλίνει σο + f ( ) = [ f( ) + f( )] ΑΝΑΠΤΥΓΜΑ FOURIER ΜΟΝΟ ΜΕ COS KAI ΑΣΚΗΣΕΙΣ: f() = A + A cos( ω + θ ) = A A b =, = +, θ = ( ) b 4

ΕΚΘΕΤΙΚΗ-ΜΙΓΑ ΙΚΗ ΜΟΡΦΗ ΣΕΙΡΑΣ FOURIER f () = ce ω = i + iω c = f() e d Οι συναρήσεις iω e Φ () = αποελούν πλήρη βάση συναρήσεων ΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: ΣΧΕΣΕΙΣ: Prsevl: Ενέργεια σήµαος = Ε = f d b A A c () = + ( + ) = + = 4 = = = ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΣΕΙΡΑΣ FOURIER Ανάπυξη σειράς Dirc σε σειρά Fourier (Εκθεική Fourier): S () = δ ( k) k = c s e d e iω iω () = = = ιόι f () δ ( ) d = f( ) s () = e = iω 5

S() - - ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΣΕΙΡΑΣ FOURIER Ανάπυξη σειράς παλµών σε σειρά Fourier (εκθεική) P () =, P () =, > Τ Τ s () = p( k) k = j j i ω ω ω iω iω e e e ω () [ ] [ ] si( ) ω ω ω c = s e d = e d = = = j j c si( ω ) = = ω ω si c( ) Αφού ισχύουν: si x si cx ( ) = x ω = π = π( ) 6

c Εποµένως: = ( )si c( π ( )) Τ Και ο ανάπυγµα Fourier ης παλµοσειράς είναι: π s = c e () si [ ] i ω = ΣΕΙΡΑ FOURIER ΣΥΝΗΜΙΤΟΝΩΝ π s() = + si c( )cosω = DC ορος(σαθερός) -σή αρµονική Ισχύς ου σήµαος ης παλµοσειράς s(): E P s () d d = = = = 7

Ισχυς ου DC όρου: P = c = ( ) π Ισχύς ης -σής αρµονικής: P = c + c = c = ( ) si c ( ) = (RMS ιµή ηµιονοειδούς σήµαος = ) ΠΟΣΟΣΤΟ ΙΣΧΥΟΣ ΤΗΣ Ν-ΟΣΤΗΣ ΑΡΜΟΝΙΚΗΣ: p p π = = i c P % ( )si ( ) Π.χ. γιά duy cycle = %= /=/5 έχουµε p = ( ) = % Τ π π p = i c = c 5 π p = 4si c ( ) = 35% 5 π p = 4si c ( ) = 3% 5 3π p3 = 4si c ( ) = % 5 ( )si ( ) 4si ( ) Για η = 5k p5k =, k =,,3,... H 5, η, κλ αρµονικές είναι µηδενικές p + p + p + p = 88% ης ισχύος σους 4 πρώους όρους=dc όρος + 3 αρµονικές 3 Για Duy cycle=5%, = έχουµε: 8

p = = 5% π p = si c ( ) π p = si c ( ) = 4,5% π p = si c ( ) = 3π p3 = si c ( ) = 4,5% p + p + p + p = 95% ης ισχύος σους 4 πρώους όρους 3 Οι p k =, άριες αρµονικές είναι µηδενικές. ΕΠΟΜΕΝΩΣ: Πλουσιόερο φάσµα για µικρό duy cycle. si c s () = A+ Acos( ω + θ ) = A = = =. 5 9

A.37.3. π A = si c( ), =,,3,... π A = si c( ) =.37 5 5 π A = si c( ) =.3 5 5 3π A3 = si c( ) =. 5 5 4π A = si c( ) =.9 5 5 A = 5 ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ 3 ΑΠΛΗ ΑΝΟΡΘΩΣΗ-ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΗΜΙΑΝΟΡΘΩΜΕΝΗΣ ΤΑΣΗΣ ΣΕ ΣΕΙΡΑ FOURIER(AC->DC)

D: Ιδανική δίοδος V () = Acos( ω ), u () > L V () =, u () L iω c = Acosωe d e cos( ω ) = + e iω iω 4 4 i( ) ω i( + ) ω A iω iω iω iω A i( ) ω i( + ) ω A e A e 4 4 [ ] [ ] [ ] j( ) ω 4 j( + ) ω 4 4 4 c = e e + e e d = e d + e d = + = i( ) ω i( ) ω i( + ) ω i( + ) ω 4 4 4 4 si[( ) ω ] si[( + ) ω ] A e e A e e A = [ ] [ ] 4 A + = + 4 j( ) ω j( + ) ω ( ) ω ( + ) ω π ω = = π εποµένως: c π π si( ) si( + ) A = [ + ] π +

ΑΣΚΗΣΗ. ΝΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΙ Η ΤΡΙΓΩΝΟΜΕΤΡΙΚΗ ΣΕΙΡΑ FOURIER ΤΟΥ ΤΕΤΡΑΓΩΝΙΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ Σε µία περίοδο f () = A, < < f() = A,< < Έχουµε: = f() d = [ Ad+ Ad] = εποµένως ο εραγωνικό σήµα δεν έχει συνεχή (DC) συνισώσα (Μέσος όρος µηδέν). = f ( ) cos ω d = [ Acos ω d + Acos ω d] = Η σειρά δεν έχει συνηµιονοειδείς όρους λόγω περιής συµµερίας( f ( ) = f( ) ). A cos ω cos ω ω ω ω ω ω b = f ( )si d = [ Asi d + Asi d] = {[ ] + [ ] } =, = αριο A A = (cos cos( π) cos( π) + cos ) = [ cos( π)] = 4 A π π, = περι ό π εποµένως: A cos( π ) 4A f( ) = si ω = [si ω+ si 3ω+ si 5 ω+...] π = π 3 5 Για =k+: 4A f() = si(k+ ) ω π k + k = = A ω = = + = f() A b b θ = + A cos( + θ ) b ( ) = ( ) = 9

A,7A.4A.5A.8A 3 5 7 3 5 7 9 ΑΣΚΗΣΗ Έσω οι ορθοκανονικές συναρήσεις φ () σο διάσηµα [,b]: i b, i φi() φj() d =, i = j j Έσω η προσέγγιση ης συνάρησης f() από: N f () = iφi() i= Να επιλεγούν οι συνελεσές i ου παραπάνω αναπύγµαος ώσε να 3

b b N ελαχισοποιείαι ο RMS σφάλµα: S = [ f( ) f ( )] d = [ f( ) iφi( )] d() i= Λύση S Θα πρέπει =, k =,,,..., N k Χρησιµοποιούµε ο k για να µην µπερδευούµε µε ην µεαβληή i ου αθροίσµαος. Παραγωγίζουµε ην () και έχουµε: S k b N = [ f ( ) φ ( )] φ ( ) d =, k =,,,3,..., N i= i i k Ή ισοδύναµα: b N f () φ () d = φ () φ () d = b k i i k k i= b Αφού φ () φ () d µόνο για i=k i k Το άθροισµα σα δεξιά έχει έναν µόνο µη µηδενικό όρο, ον k.έσι προκύπει οι b οι συνελεσές f () φk () d ελαχισοποιούν ο RMS σφάλµα ης προσέγγισης. Γενικευµένη ανάλυση FOURIER σε βάση ορθογώνιων συναρήσεων Ειδική περίπωση η ριγωνοµερική σειρά FOURIER περιοδικών συναρήσεων σε ηµίονα και συνηµίονα µε αρµονικό λόγο συχνοήων. ω,,,3,4,... = kω k = ακέραια πολλαπλάσια µιας θεµελιώδους π συχνόηας ω = = π f 4

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΓΙΑ BONUS: ΑΣΚΗΣΗ.Ορθογωνικόηα ων συναρήσεων, cos ω, siω σο διάσηµα [,] Να αποδειχθούν οι σχέσεις: si cos ω m si d m ω m cos d = m ω ω, m =, =, m, si mω cos ω d =, m, si mω d =, m, cos ωd =, = = Άρια συνάρηση: µόνο συνηµιονοειδείς όρους και χρονικά αµεάβληες. Περιή συνάρηση:µόνο ηµιονοειδείς όρους. ΑΣΚΗΣΗ. Υπολογίσε ις ιµές ων ολοκληρωµάων: 4 ( )[ δ( ) 3 δ( )] 4 4 [ δ( ) δ( ) δ( 5)] d 4 δ()cos ωd δ()si ωd + + d + + + + ΑΣΚΗΣΗ 3. Αναπύξε σε ριγωνοµερική σειρά FOURIER: A, < <. Το εραγωνικό σήµα: f() = A,< < A(+ ), <. Το ριγωνικό σήµα: f() = A( ), < 5

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER iω F( ω) = f( ) e d = F[ f( )] Ανίσροφος µεασχηµαισµός Fourier: + iω f() = F( ω) e dω = F [ F( ω)] π Ιδιόηες: Αν f() πραγµαική συνάρηση ου χρόνου όε: F( ω) =R ( ω) + ji ( ω) = f( )cos ωd j f( )siωd f() = f () + f () αρια R ( ω) = f ( )cos ωd =R ( ω) αρια + I ( ω) = f ( )si ωd =I ( ω) περι ή περιη Οι άριες συναρήσεις έχουνε πραγµαικό F και οι περιές φανασικό. Το πραγµαικό µέρος ου F είναι άρια συνάρηση ενώ ο φανασικό µέρος είναι περιή συνάρηση ου ω (αυό ισχύει γενικά για µιγαδικό F..). αρ περ Παράδειγµα f() = e u(), > ( + jω ) jω ( + jω) ( + jω) e ( ω) F( ω) = e u( ) e d = e d = e d = [ ] = + j + jω jω ω F( ω) = = = j =R ( ω) + ji( ω) + jω ω + ω + ω + F( ω) = A( ω) e jφω ( ) Α ( ω) =, Φ ( ω) = ω + ω 6

e u() u () Να υπολογισεί ο µεασχηµαισµός FOURIER ης συνάρησης δ-dirc: F e d e e jω jω jω { δ( )} = δ( ) = = = = Αφού ισχύει οι f () δ () d = f() (ιδιόηα δειγµαοληψίας), εποµένως F{ δ ( )} =. δ () F 7

Να υπολογισεί ο F.. ης συνάρησης εραγωνικού παλµού: Λύση, < < P () =, Αλλού / / jω jω jω si( ω ) iω jω e e e ( ) ( ) [ ] si( ) P ω = P e d = e d = = = ω = = si c( ω ) jω jω ω ω si x si cx ( ) = x ίπλευρος εκθεικός παλµός e, x () = e, < ( jω) ( jω) jω jω e e X( ω) = e e d+ e e d = [ ] + [ ] = + = ( jω) ( jω) ( jω) ( + jω) ( + jω) + ( jω) = = + ω + ω 8

Γραµµική ιδιόηα F f () + bf () F ( ω) + bf ( ω) Συµµερική ιδιόηα F Αν f() F( ω) F Τόε F () π f( ω) Απόδειξη jω f () = F( ω) e dω π jω π f ( ) = F( ω) e dω jω Εαν θέσουµε = όε π f ( ) = F( ω) e dω και όπου ω και όπου ω όε έχουµε jω π f ( ω) = Fe ( ) d= F{ f( )} Μεαόπιση σον χρόνο F Αν f() F( ω) j Τόε f( ) F( ω) e ω Απόδειξη jω F[ f ( ] = f ( ) e d ) Θέουµε = ξ,αλλαγή µεαβληής οπόε = + ξ και d = dξ jωξ jω jω jωξ jω [ ( )] = ( ξ ) ξ = ( ξ) ξ = ( ω) F f f e e d e f e d e F 9

F( ω) = A( ω) e jφω ( ) j φω ω Επειδή f( ) A( ω) e F ( ( ) ) Μεαόπιση σον χρόνο Αλλαγή φάσης µόνο,ο πλάος παραµένει ως έχει Μεαόπιση ση συχνόηα- ιαµόρφωση (Modulio) F f() F( ω) F jω () F( ω ω) f e Απόδειξη jω jω j( ω ω) { () } = () = () = ( ω ω) F f e f e d f e d F jω jω e + e jω F[ x( )cos ω] = x( ) e d x ()cos ω X( ω ω) + Χ ( ω+ ω) Κλιµάκωση σον χρόνο (µικρή διάρκεια σον χρόνο,µεγάλη ση συχνόηα) ω f( ) F( ) α Προκύπει όι για = είναι f( ) F( ω) F Συνέλιξη σον χρόνο Αν F f () F( ω) F f () F ( ω) F Τόε f = f f F = F F () ()* () ( ω) ( ω) ( ω) 3

Απόδειξη jω jω F[ f ( )] = [ f ( )* f ( )] e d = [ f ( ) f ( ) d] e d = Αλλάζουµε ην σειρά ολοκλήρωσης µε : jω jω jω = = = - = f ( )[ f ( ) e d] d f ( ) F ( ω) e d F ( ω) f ( ) e d F( ω) F F ( ω ) Μεασχηµαισµός FOURIER παραγώγου συνάρησης F Αν f() F( ω) Τόε df () F jωf( ω) και γενικά ισχύει: d d f() F ( jω) F( ω) d df () d jω = [ F( ω) e dω] = d d π Απόδειξη Αλλαγ ή σειράς ης παραγώγισης και ολοκλήρωσης: jω de jω jω = F( ) d F( ) j e d [ j F( )] e d π ω ω = ω ω ω ω ω ω d π = π Εφαρµογή για ην δ-dirc: F{ δ ( )} = ( jω) Σχέση Prsevl = f () d = A ( ω) dω π 3

ΑΣΚΗΣΗ Να υπολογισεί η ενέργεια που βρίσκεαι σην ζώνη συχνοήων απο ω = εως ω = π ( rd) ου σήµαος f () = e u(). Επίσης ο ποσοσό % ης ενέργειας. Λύση jφω ( ) F( ω) = = e, φω ( ) = ( ω) + jω ω + e = [ e ] d = e d = [ ] = dω π π [ ω] ( ) π ω + π π = = = + = Αρα ισχύει η αυόηα ου Prsevl π dω 6.8 ω 6.8 + π.495 = = = = = [ ] = (.55 +.55) =.495 π ω π π.5.99 99% 3