Один и тот же по форме сигнал в зависимости от его
длительности может передаваться ФНЧ принципиально по-разному
(разумеется, это утверждение относится также и к другим цепочкам).
Покажем это на примере прямоугольного импульса единичной амплитуды и длительности
(см. рис.4 и выражения (26)). Предположим,
что
, тогда
для частоты
, на которой располагается первый
нуль огибающей спектра, выполняется соотношение
. В этом случае спектр входного сигнала
располагается, в основном, в той области, где коэффициент передачи близок к
единице (рис. 8,а). Это означает, что прямоугольные
импульсы большой длительности (по сравнению с постоянной времени цепочки)
передаются ФНЧ без существенных искажений.
Рис. 8
Если на вход интегрирующей цепочки подается импульс малой
длительности , то
и
практически во всей области частот, занимаемой спектром, выполняется
соотношение
(рис. 8б). Следовательно, такой
входной сигнал данной цепочкой будет приближенно проинтегрирован. Далее мы
подтвердим эти качественные выводы точными расчетами.
Приступим теперь к определению переходной и импульсной характеристик интегрирующей цепочки. Напишем для нее уравнение Кирхгофа
Обозначая , получим
следующее уравнение, связывающее входной и выходной сигналы:
Для
определения переходной характеристики нужно
подать на вход сигнал в виде функции единичного включения
. Напомним, что в силу принципа причинности
при
.
При
значение выходного сигнала
определяется из уравнения
Выходной сигнал при равен
нулю, так как напряжение на емкости не может измениться скачком, а до этого момента
емкость была не заряжена. Общее решение уравнения (40) имеет вид
Константа находится из начального
условия:
. Следовательно, переходная
характеристика интегрирующей цепочки описывается следующей функцией:
с учетом (25) импульсная характеристика при равна
(рис.9)
Рис. 9
При значение
достигает уровня 0.63 от своего
максимального значения; это время можно использовать для оценки длительности
"фронта" выходного сигнала. Найденная переходная характеристика
позволяет нам рассчитать искажение прямоугольного импульса фильтром НЧ.
Представим этот сигнал в виде двух функций единичного включения:
Выходной сигнал в этом случае равен
При
длительность переднего и заднего фронтов
много меньше длительности самого сигнала, такой прямоугольный импульс
проходит через ФНЧ без существенных искажений (рис. 10,а).
При
заменим входящую в (45) экспоненту двумя
первыми слагаемыми ряда Тейлора. В результате получим:
Учитывая,
что в это время , мы действительно
получили приближенное интегрирование входного сигнала (ср. (46) и (37)) –
см. рис. 10б.
Рис. 10
Выходной сигнал (45) может быть рассчитан также
спектральным методом. Для этого подставим выражения для спектра прямоугольного
импульса (26) и для коэффициента передачи ФНЧ (32), заменив в них на
, в выражение (22):
Полюсы
подынтегральных функций в и
расположены одинаково – в точках
и
.
Однако для вычисления
по лемме Жордана нужно
замыкать контур интегрирования направо при
и
налево при
, а для
– направо при
и
налево при
.
Вычислив и
, получим:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.