Лабораторная работа №1 Исследование спектров сигналов

Цель работы: получить навыки анализа спектров периодических сигналов, изучить влияние параметров и формы сигналов на их спектры, освоить методику оценки параметров спектра по виду сигнала.

Лабораторное задание

1. Провести исследование спектров сигналов. Для этого запустите программу, дважды щелкнув мышью по соответствующей пиктограмме.

2. Изучите спектр гармонического сигнала. Для этого войдите в режим генерации гармонического сигнала, используя кнопку «Сигнал» и строку «Гармонический». Затем кнопкой «Вид» вызовите на экран спектр сигнала, щелкнув мышью по строкам «Амплитуды гармоник» и «Фазы гармоник».

   1. Зарисуйте в отчет осциллограмму гармонического сигнала и его спектр с указанием амплитуды и фазы.

   2. Проследите влияние величины и знака фазы на осциллограмму гармонического сигнала. Зарисуйте в отчет несколько характерных осциллограмм гармонического сигнала при изменении величины и знака фазы.

3. Изучите спектр периодической последовательности прямоугольных импульсов со скважностью q=2 (меандр). Для вызова меандра на экран воспользуйтесь кнопкой «Сигнал», а затем выделите строку «Прямоугольный».

   1. Провести синтез данного сигнала путем последовательного суммирования его гармоник, начиная с низшей. Для этого, исходя из спектра сигнала, вызывая последовательно гармоники спектра, начиная с постоянной составляющей (на экране она обозначена гармоникой 0), провести установку каждой из гармоник по амплитуде и фазе в соответствии со спектром сигнала. Наблюдать изменение синтезируемого сигнала при увеличении числа суммируемых гармоник. Обратите внимание на то, что форма синтезируемого сигнала по мере увеличения суммируемых гармоник стремится к исходному сигналу ‑ меандру.

   2. Зарисовать в отчет осциллограмму меандра (Т-период периодической последовательности прямоугольных импульсов) и спектральную диаграмму меандра с указанием амплитуд и фаз гармоник. Наложить на осциллограмму прямоугольного импульса осциллограмму синтезированного сигнала. Дать объяснение неполного совпадения синтезированного сигнала с прямоугольным импульсом.

   3. Изучить влияние фазы 3-й гармоники на синтезированный сигнал. Зарисовать в отчет синтезированный сигнал при фазе 3-й гармоники 0⁰, 45⁰, 90⁰,130⁰ ,150⁰,180⁰.

   4. Получить синтезированный сигнал с учетом постоянной составляющей,1-й и 3-й гармоники сигнала. Зарисовать в отчет данный синтезированный сигнал, совместив его с прямоугольным импульсом.

   5. Зарисовать в отчет (друг под другом) осциллограммы постоянной составляющей,1-й,3-й(с учетом ее фазы) и 5-й гармоник спектра сигнала с точным соблюдением масштаба по времени и по амплитуде . На каждой из этих осциллограмм нанести осциллограмму прямоугольного импульса. Обратить внимание на связь осциллограммы каждой гармоники спектра с осциллограммой прямоугольного импульса. Сделать выводы.

4. Изучите спектр периодической последовательности треугольных импульсов. Для вызова треугольного импульса на экран воспользуйтесь кнопкой «Сигнал» и строкой «Треугольный».

   1. Провести синтез данного сигнала путем последовательного суммирования его гармоник, начиная с низшей. Для этого, исходя из спектра сигнала, вызывая последовательно гармоники спектра, провести установку каждой из гармоник по амплитуде и фазе в соответствии со спектром сигнала. Наблюдать изменение синтезируемого сигнала при увеличении числа суммируемых гармоник. При этом форма синтезируемого сигнала по мере увеличения суммируемых гармоник стремится к исходному сигналу ‑ треугольному импульсу.

   2. Зарисовать в отчет осциллограмму треугольного импульса и спектральную диаграмму с указанием амплитуд и фаз гармоник периодической последовательности треугольных импульсов. Наложить на осциллограмму треугольного импульса осциллограмму синтезированного сигнала. Дать объяснение неполного совпадения синтезированного сигнала с треугольным импульсом.

   3. Изучить влияние фазы 2-й гармоники на синтезированный сигнал. Зарисовать в отчет синтезированный сигнал при фазе 2-й гармоники 0⁰,90⁰,135⁰,180⁰.

   4. Получить синтезированный сигнал с учетом постоянной составляющей , 1-й , 2-й и 3-й гармоники сигнала. Зарисовать в отчет данный синтезированный сигнал , совместив его с треугольным импульсом.

   5. Зарисовать в отчет (друг под другом) осциллограммы постоянной составляющей , 1-й , 2-й , 3-й и 5-й гармоник спектра сигнала с точным соблюдением масштаба по времени и по амплитуде. На каждой из этих осциллограмм нанести осциллограмму треугольного импульса. Обратить внимание на связь осциллограммы каждой гармоники спектра с осциллограммой треугольного импульса. Сделать выводы.

5. Изучите спектр периодической последовательности косинусоидальных импульсов, для чего с помощью кнопки «Сигнал» и строки «Усеченный косинус» вызовите на экран требуемый сигнал. При этом на экране возникает косинусоидальный импульс и спектр периодической последовательности этих импульсов.

   1. Провести синтез данного сигнала путем последовательного суммирования его гармоник, начиная с низшей. Зарисовать в отчет осциллограмму косинусоидального импульса и спектральную диаграмму периодической последовательности этих импульсов. Наложить на осциллограмму косинусоидального импульса осциллограмму синтезированного сигнала.

   2. Изучите влияние фазы 4-й гармоники на синтезированный сигнал. Зарисовать синтезированный сигнал при нулевой фазе 4-й гармоники.

   3. Зарисовать в отчет (друг под другом) осциллограммы постоянной составляющей, 1-й, 2-й и 4-й (с учетом ее фазы) гармоник спектра сигнала с точным соблюдением масштаба по времени и по амплитуде. На каждом из этих рисунков нанести осциллограмму косинусоидального импульса. Обратить внимание на связь осциллограммы каждой гармоники спектра с осциллограммой косинусоидального импульса. Сделать выводы.

6. Перейти к анализу спектра периодической последовательности импульсов заданной формы. Форму импульса задает преподаватель.

   1. Зарисовать в отчет осциллограмму импульса и спектр периодической последовательности этих импульсов.

   2. Провести синтез данного сигнала путем последовательного суммирования гармоник спектра этого сигнала.

   3. Зарисовать в отчет несколько осциллограмм синтезируемого сигнала, а затем ‑ окончательную осциллограмму синтезированного сигнала с учетом всех гармоник спектра. Совместить все эти осциллограммы с осциллограммой исходного сигнала. Сделать выводы о степени близости синтезируемого сигнала с исходным сигналом.

7. Самостоятельно «нарисовать» импульс. Для этого войти в режим ввода сигнала, нажав последовательно кнопки «Сигнал» и «Создать». Затем, нажимая правую клавишу мышки, перемещайте крестик по экрану осциллограммы сигнала. Установив крестик в нужном месте будущей осциллограммы создаваемого сигнала, нажмите левую клавишу мышки - точка будущего импульса создана. Далее, повторяя процедуру перемещения крестика по экрану и его «закрепления» в следующем нужном месте будущего импульса, постепенно выписывается весь импульс. После демонстрации «нарисованного» импульса преподавателю нажмите кнопку «Принять» - осциллограмма импульса создана.

   1. Зарисовать в отчет осциллограмму импульса и спектр периодической последовательности этих импульсов.

   2. Провести синтез данного сигнала путем последовательного суммирования гармоник спектра этого сигнала. Зарисовать в отчет осциллограмму синтезированного сигнала, совместив ее с осциллограммой импульса. Сделать выводы о степени близости синтезированного сигнала с исходным сигналом.