Aufgaben:Aufgabe 3.2Z: si-Quadrat-Spektrum mit Diracs: Unterschied zwischen den Versionen
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:$$X_1( f ) = X_0 \cdot {\mathop{\rm si}\nolimits} ^2 ( {\pi {f}/{f_0}} ),\quad {\rm wobei}\quad {\mathop{\rm si}\nolimits} (x) = {\sin (x)}/{x}.$$ | :$$X_1( f ) = X_0 \cdot {\mathop{\rm si}\nolimits} ^2 ( {\pi {f}/{f_0}} ),\quad {\rm wobei}\quad {\mathop{\rm si}\nolimits} (x) = {\sin (x)}/{x}.$$ | ||
Die Spektrallinie bei $f = 0$ hat das Gewicht $–\hspace{-0.08cm}1\,\text{V}$. Daneben gibt es noch zwei Linien bei den Frequenzen $\pm f_0$, beide mit dem Gewicht $0.5\,\text{V}$. | Die Spektrallinie bei $f = 0$ hat das Gewicht $–\hspace{-0.08cm}1\,\text{V}$. Daneben gibt es noch zwei Linien bei den Frequenzen $\pm f_0$, beide mit dem Gewicht $0.5\,\text{V}$. | ||
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{Wie groß sind der Maximalwert und der Minimalwert des Signals $\text{x(t)}$? | {Wie groß sind der Maximalwert und der Minimalwert des Signals $\text{x(t)}$? | ||
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| − | $x_\text{max}$ | + | $x_\text{max}\ = \ $ { 2 3% } $\text{V}$ |
| − | $x_\text{min}$ | + | $x_\text{min}\ = \ $ { -2.06--1.94 } $\text{V}$ |
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| − | '''1 | + | '''(1)''' Die einseitige Dauer des symmetrischen Dreieckimpulses beträgt $T = 1/f_0 = 5 \,{\rm \mu s}$. Der Spektralwert $X_0 = X_1(f = 0)$ gibt die Impulsfläche von $x_1(t)$ an. Diese ist gleich ${A} \cdot {T}$. Daraus folgt: |
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| − | '''2 | + | '''(2)''' Der Gleichsignalanteil ist durch das Diracgewicht bei der Frequenz $f = 0$ gegeben. Man erhält ${B} \hspace{0.15 cm}\underline{= –\hspace{-0.08 cm}1 \,\text{V}}$. |
| − | '''3 | + | '''(3)''' Die beiden Spektrallinien bei $\pm f_0$ ergeben zusammen ein Cosinussignal mit der Amplitude ${C} \hspace{0.15 cm}\underline{= 1 \text{V}}$. |
| − | '''4 | + | '''(4)''' Der Maximalwert tritt zum Zeitpunkt ${t} = 0$ auf (hier sind Dreieckimpuls und Cosinussignal maximal): |
$$x_{\text{max}} = A + B + C \hspace{0.15 cm}\underline{= 2 \text{V}}.$$ | $$x_{\text{max}} = A + B + C \hspace{0.15 cm}\underline{= 2 \text{V}}.$$ | ||
Version vom 16. Januar 2018, 10:58 Uhr
si-Quadrat-Spektrum mit Diracs
Das skizzierte Spektrum ${X(f)}$ eines Zeitsignals ${x(t)}$ setzt sich zusammen aus
- einem kontinuierlichen Anteil $X_1(f)$,
- dazu drei diracförmigen Spektrallinien.
Der kontinuierliche Anteil lautet mit $f_0 = 200\, \text{kHz}$ und $X_0 = 10^{–5} \text{V/Hz}$:
- $$X_1( f ) = X_0 \cdot {\mathop{\rm si}\nolimits} ^2 ( {\pi {f}/{f_0}} ),\quad {\rm wobei}\quad {\mathop{\rm si}\nolimits} (x) = {\sin (x)}/{x}.$$
Die Spektrallinie bei $f = 0$ hat das Gewicht $–\hspace{-0.08cm}1\,\text{V}$. Daneben gibt es noch zwei Linien bei den Frequenzen $\pm f_0$, beide mit dem Gewicht $0.5\,\text{V}$.
Hinweise:
- Die Aufgabe gehört zum Kapitel Fouriertransformation und -rücktransformation.
- Weitere Informationen zu dieser Thematik liefert das Lernvideo Kontinuierliche und diskrete Spektren.
- Sollte die Eingabe des Zahlenwertes „0” erforderlich sein, so geben Sie bitte „0.” ein.
- Als bekannt vorausgesetzt werden kann, dass ein um $t = 0$ symmetrischer Dreieckimpuls $y(t)$ mit der Amplitude ${A}$ und der absoluten Dauer $2T$ (das heißt: die Signalwerte sind nur zwischen $–T$ und $+T$ ungleich $0$) folgende Spektralfunktion besitzt:
- $$Y( f ) = A \cdot T \cdot {\rm si}^2 ( \pi f T ).$$
Fragebogen
Musterlösung
Dreieckimpuls
(1) Die einseitige Dauer des symmetrischen Dreieckimpulses beträgt $T = 1/f_0 = 5 \,{\rm \mu s}$. Der Spektralwert $X_0 = X_1(f = 0)$ gibt die Impulsfläche von $x_1(t)$ an. Diese ist gleich ${A} \cdot {T}$. Daraus folgt:
- $$A = \frac{X_0 }{T} = \frac{ 10^{-5}\rm V/Hz }{5 \cdot 10^{-6}{\rm s}}\hspace{0.15 cm}\underline{= 2\;{\rm V}}.$$
(2) Der Gleichsignalanteil ist durch das Diracgewicht bei der Frequenz $f = 0$ gegeben. Man erhält ${B} \hspace{0.15 cm}\underline{= –\hspace{-0.08 cm}1 \,\text{V}}$.
(3) Die beiden Spektrallinien bei $\pm f_0$ ergeben zusammen ein Cosinussignal mit der Amplitude ${C} \hspace{0.15 cm}\underline{= 1 \text{V}}$.
(4) Der Maximalwert tritt zum Zeitpunkt ${t} = 0$ auf (hier sind Dreieckimpuls und Cosinussignal maximal): $$x_{\text{max}} = A + B + C \hspace{0.15 cm}\underline{= 2 \text{V}}.$$
Die minimalen Werte von ${x(t)}$ ergeben sich dann, wenn der Dreieckimpuls abgeklungen ist und die Cosinusfunktion den Wert $–\hspace{-0.08 cm}1 \,\text{V}$ liefert: $$x_\text{min} = {B} \hspace{0.08 cm}– {C}\hspace{0.15 cm}\underline{ = \hspace{0.08 cm}–\hspace{-0.08 cm}2\, \text{V}}.$$
