Лабораторная работа № 6 дискретные сигналы и линейные динамические звенья
Цель работы: исследование свойств дискретных сигналов и особенностей их преобразования дискретными линейными динамическими звеньями при различных значениях шага выборки.
Предварительные сведения. Лабораторный стенд позволяет исследовать простейшие линейные разомкнутые системы, содержащие в своем составе элементы, которые воспринимают и преобразуют равноотстоящие по времени на период дискретизации T выборочные значения сигнала X(kT ) при k = 0, 1, 2, . . . , то есть его решетчатую функцию.
Эквивалентные схемы таких систем содержат особые звенья - ключи мгновенного контакта (устройства выборки), которые периодически замыкаются в дискретные моменты времени t = kT. Выходы ключей представляют собой последовательности мгновенных импульсов - решетчатые сигналы, которые в остальные моменты времени при t ¹ kT равны нулю.
Преобразование решетчатого сигнала в последовательность прямоугольных импульсов шириной gT осуществляется формирователем Фg , который при скважности импульсов g = 1 называется фиксатором (экстраполятором нулевого порядка) и обозначается Ф0 .
В работе исследуются три структурные схемы (рис. 1). Выбор одной из схем осуществляется кнопкой в поле “Звено”, а настройка ее параметров производится соответствующими кнопками в поле “Параметры”.
Рис. 1
Одиночный импульс единичной величины, необходимый для исследования весовых функций дискретных динамических звеньев, формируется генератором сигналов в начальный момент времени t = 0 при задании нулевого значения входного ступенчатого сигнала.
Для удобства наблюдения решетчатых и импульсных сигналов при гармоническом входе предусмотрена визуализация их низкочастотных огибающих. Она возможна, если а) на экране получены графики этих сигналов; б) на индикатор не подаются непрерывные сигналы; в) включена кнопка “Память”. При этом для получения графиков огибающих достаточно включить кнопку “Огибающая” и нажать кнопку “Процессы”.
Содержание работы
1. Дискретизация и восстановление сигналов. Решетчатый сигнал получается дискретизацией по времени некоторого непрерывного сигнала. При этом происходит потеря информации, так как одному решетчатому сигналу соответствует множество непрерывных огибающих. Точное восстановление сигнала по выборочным значениям невозможно даже идеальным фильтром, а тем более фиксатором. Погрешности восстановления возрастают с увеличением шага выборки T и ширины спектра или скорости изменения непрерывного сигнала.
Полученный в результате дискретизации решетчатый сигнал и его спектр имеют ряд особенностей, которые исследуются в первой схеме (рис. 1, а). Она является эквивалентным представлением для часто встречающихся реальных устройств (аналого-цифровые преобразователи, амплитудно-импульсные модуляторы с прямоугольной формой импульса и скважностью g = 1, устройства выборки-хранения). Параметрами этой схемы являются шаг выборки T (период дискретизации по времени) и начальная фаза Y входного синусоидального сигнала.
Таблица 1