Docsity
Docsity

Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes

Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity


Consigue puntos base para descargar
Consigue puntos base para descargar

Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium


Orientación Universidad
Orientación Universidad


Llibre SiS I, Monografías, Ensayos de Ingeniería de Telecomunicaciones

Asignatura: sistemes i se, Profesor: , Carrera: Enginyeria de Sistemes de Telecomunicació, Universidad: UPC

Tipo: Monografías, Ensayos

Antes del 2010

Subido el 11/10/2010

l_auraa-27
l_auraa-27 🇪🇸

2

(1)

1 documento

1 / 50

Toggle sidebar

Esta página no es visible en la vista previa

¡No te pierdas las partes importantes!

bg1
Introducció als senyals i sistemes 11
1 Introducció als senyals i sistemes
Amb aquest tema s’inicia l’estudi pràctic dels senyals continus i deterministes i els sistemes analògics. Per
començar, es repassen conceptes bàsics relacionats amb els senyals i les seves propietats. En general, es
consideraran senyals d’una sola variable independent, representada pel temps. La transformació de la
variable independent constitueix una operació clau per a la manipulació matemàtica de senyals i sistemes.
Els primers exercicis i pràctiques d’aquest capítol es dediquen a aquesta operació. A continuació
s’introdueixen els sistemes com les transformacions de senyals i s’estudien a través de les seves
propietats. Com a cas particular es tenen en compte els sistemes lineals i invariants amb el temps, els
quals modelen molts processos físics i es poden tractar fàcilment. Es caracteritzen completament per la
resposta impulsional, que permet obtenir la sortida d’un sistema a través de la integral de convolució. Els
diferents exercicis mostren com es pot dur a terme aquesta operació, amb mètodes purament matemàtics o
amb mètodes semigràfics. Finalment, s’inclouen aplicacions de filtres diferents en el domini temporal.
Transformació de la variable independent
Les transformacions de la variable independent relacionen senyals que tenen la mateixa forma d’ona però
que es diferencien per un desplaçament, una expansió, compressió o fins i tot un gir del senyal. Aquesta
operació és essencial per a la interpretació i manipulació de senyals, especialment amb les relacionades
amb els sistemes lineals i invariants. Les transformacions són les que es descriuen a continuació :
Desplaçament
y(t)=x(t-to)
si to > 0 el senyal es retarda en el temps
si to < 0 el senyal s’avança
Escalat
y(t)=x(at)
si |a| < 1 el senyal s’expandeix
si |a| > 1 el senyal es comprimeix
si a < 0 el senyal a més d’expandir-se o comprimir-se es gira respecte a l’eix t = 0
© Els autors, 2002; © Edicions UPC, 2002
pf3
pf4
pf5
pf8
pf9
pfa
pfd
pfe
pff
pf12
pf13
pf14
pf15
pf16
pf17
pf18
pf19
pf1a
pf1b
pf1c
pf1d
pf1e
pf1f
pf20
pf21
pf22
pf23
pf24
pf25
pf26
pf27
pf28
pf29
pf2a
pf2b
pf2c
pf2d
pf2e
pf2f
pf30
pf31
pf32

Vista previa parcial del texto

¡Descarga Llibre SiS I y más Monografías, Ensayos en PDF de Ingeniería de Telecomunicaciones solo en Docsity!

Introducció als senyals i sistemes 11

1 Introducció als senyals i sistemes

Amb aquest tema s’inicia l’estudi pràctic dels senyals continus i deterministes i els sistemes analògics. Per començar, es repassen conceptes bàsics relacionats amb els senyals i les seves propietats. En general, es consideraran senyals d’una sola variable independent, representada pel temps. La transformació de la variable independent constitueix una operació clau per a la manipulació matemàtica de senyals i sistemes. Els primers exercicis i pràctiques d’aquest capítol es dediquen a aquesta operació. A continuació s’introdueixen els sistemes com les transformacions de senyals i s’estudien a través de les seves propietats. Com a cas particular es tenen en compte els sistemes lineals i invariants amb el temps, els quals modelen molts processos físics i es poden tractar fàcilment. Es caracteritzen completament per la resposta impulsional, que permet obtenir la sortida d’un sistema a través de la integral de convolució. Els diferents exercicis mostren com es pot dur a terme aquesta operació, amb mètodes purament matemàtics o amb mètodes semigràfics. Finalment, s’inclouen aplicacions de filtres diferents en el domini temporal.

Transformació de la variable independent

Les transformacions de la variable independent relacionen senyals que tenen la mateixa forma d’ona però que es diferencien per un desplaçament, una expansió, compressió o fins i tot un gir del senyal. Aquesta operació és essencial per a la interpretació i manipulació de senyals, especialment amb les relacionades amb els sistemes lineals i invariants. Les transformacions són les que es descriuen a continuació :

Desplaçament y ( t ) =x ( t-to )

si to > 0 el senyal es retarda en el temps si to < 0 el senyal s’avança

Escalat y ( t ) =x ( at )

si | a | < 1 el senyal s’expandeix si | a | > 1 el senyal es comprimeix si a < 0 el senyal a més d’expandir-se o comprimir-se es gira respecte a l’eix t = 0

12 Senyals i sistemes analògics

Reflexió y ( t ) =x ( -t )

és un cas particular de l’escalat quan a = -

Combinació de les anteriors y ( t ) =x ( at-ato )

per ∀ a i ∀ to

Definicions per a senyals

Un senyal és parell si compleix la condició:

x ( -t ) =x ( t )

Un senyal és imparell o senar si compleix la condició:

x ( -t ) =-x ( t )

La part parell d’un senyal x ( t ) qualsevol es defineix com:

Parell { x ( t )}=

x t +^ xt

La part imparell d’un senyal x ( t ) qualsevol es defineix com:

Imparell { x ( t )}=

x txt

Com a conseqüència, un senyal x ( t ) qualsevol es pot expressar com:

x t ( ) = Parell { x t ( ) } +Imparell{ x t ( )}

Els senyals periòdics compleixen:

x ( t ) =x ( t+nT )

on T s’anomena període fonamental i representa el menor valor positiu que compleix l’equació anterior. Si x ( t ) és constant, T és indefinit.

Energia per a un senyal x ( t ) :

| ( ) |^2

Ex x t dt

−∞

14 Senyals i sistemes analògics

Pols rectangular

1 ( ) 1 2 0 resta

t t

Pols triangular

0 resta

t t t

Funció sinc

sin( ) sinc( )

t t t

π

π

-0.

0

1

-6 -4 -2 0 2 4 6

Senyal pols rectangular, Π (t)

0

1

-6 -4 -2 0 2 4 6

Senyal triangle, Λ(t)

-0.

-0.

0

1

-6 -4 -2 0 2 4 6

Senyal sinc(t)

Introducció als senyals i sistemes 15

Exponencial complex

est = e^ (^ σ+^ j^^2 π f^ ) t

La funció delta de Dirac o impuls unitari

Representa una de les funcions més importants en l’estudi de senyals i sistemes analògics. Admet dues possibles definicions:

Definició 1:

x t ( ) ( ) t dt x (0)

−∞

∫ δ^ =

Definició 2: δ( ) t = 0 per t ≠ 0

( ) t dt 1

−∞

∫δ^ =

Taula 1 Propietats de la funció delta

Escalat

( at ) ( ) t a

δ = δ

Simetria parell δ −(^ t^^ )^ = δ( ) t Producte per un senyal x t ( ) ( δ tto ) = x t ( (^) o ) (δ tto )

Representació d’un senyal x t ( )^^ x ( ) (^^ t^ )^ d^ x ( ) (^^ t d )

∞ ∞

−∞ −∞

Relació amb la funció graó 0

t u t d t d

+∞

−∞

( ) t [ u t ( )]

t

δ = ∂

Derivada n -èsima ( )^ [ ( )]^ ( 1)^ [ (0)]

n n n x (^) t n d (^) tn x

−∞

τ δ τ τ = −

-0.

-0.

0

1

-0.4-6 -4 -2 0 2 4 6

-0.

0

1

-6 -4 -2 0 2 4 6

Senyal δ(t)

Introducció als senyals i sistemes 17

En el segon apartat el procés és a l’inrevés. Es dóna la transformació de la variable i l’usuari ha de representar el senyal corresponent a aquesta transformació. En aquest cas només es poden fer transformacions lineals de la variable. Així, partint del senyal original, l’usuari pot executar interactivament qualsevol de les transformacions tt-b (opció desplaçar), tat (opció escalar), t-t (opció girar).

En qualsevol dels dos apartats com a ajuda addicional disposa de la possibilitat de visualitzar la funció de transformació realitzada. L’exemple següent pot aclarir aquest punt.

Fig. P1.1)

Exemple: Els senyals x ( t ) i y ( t ) de la figura estan relacionats mitjançant una transformació de variable. Així, y ( t ) = x (2 t ). Per tant, la transformació de variable (escalat) és la funció 2 t ( t → 2 t ). La funció de transformació és, per tant, una recta de pendent 2 que passa per l’origen (no hi ha desplaçament). Per tant, un punt t 1 del senyal y ( t ) ens el trobarem a 2 t 1 en el senyal x ( t ), o l’interval [0,3] en què y ( t )≠0 es transformará en el [0,6] sobre x ( t ). Això és el que es representa a la figura adjunta i és el que es veurà en visualitzar la funció de transformació.

  1. Per a l’exemple 5 de l’apartat 1 obtingueu la transformació correcta de la variable. Per això, visualitzeu la gràfica de la funció de transformació i obtingueu l’equació de la recta que s’ha de dibuixar en aquesta gràfica.
  2. Obtingueu la transformació correcta de la variable corresponent a l’exemple 1 de l’apartat 1.
  3. Obtingueu i compareu les transformacions de variable dels exemples 2 i 3 de l’apartat 1. Extraieu-ne conclusions.
  4. Visualitzeu la gràfica de la transformació de l’exemple 4 de l’apartat 1. Serà una transformació lineal? Intenteu obtenir la transformació correcta.
  5. Feu els exemples 1 a 4 de l’apartat 2. Compareu les operacions realitzades i extraieu-ne conclusions.
  6. Feu els exemples 3 i 4 de l’apartat 2 utilitzant un ordre de les operacions diferent del que heu fet servir a l’apartat anterior. Quina conclusió en podeu treure?
  7. Feu els exemples 5 i 6 de l’apartat 2. Compareu les operacions realitzades i extraieu-ne conclusions.
  8. Feu els exemples 5 i 6 de l’apartat 2 utilitzant un ordre de les operacions diferent del que heu fet servir a l’apartat anterior. Quina conclusió en podeu treure?

18 Senyals i sistemes analògics

I.4) Demostreu la igualtat dels funcionals δ( t ) i [ ( )]

d u t dt

I.5) Siguin x ( t ) i y ( t ) dos senyals periòdics amb períodes Tx i Ty respectivament. Determineu si el senyal z ( t ) = x ( t ) + y ( t ) és periòdic en els casos següents i, en cas afirmatiu, digueu quin és el període.

a) Tx =2 s , Ty =3 s b) Tx =0,7 s , Ty =0,94 s c) Tx = 2 s , Ty =2 s

Definició de sistema

Un sistema és un procés que transforma un senyal x ( t ) en un altre y ( t ).

x (t) (^) T[ ] y(t)= T[x(t)]

La transformació que realitzem sobre l’entrada es denota com a T [·].

Propietats dels sistemes

Linealitat

Un sistema és lineal si la sortida a una combinació lineal d’entrades equival a la combinació lineal de les sortides a cadascun dels senyals.

T a x [ 1 1 (^) ( ) t + a x 2 2 (^) ( ) t + ... + a xn n ( )] t = a T x 1 [ 1 (^) ( )] t + a T x 2 [ 2 ( )] t + ... + a T xn [ (^) n ( )] t

Invariància

Un sistema és invariant si en aplicar dos senyals que difereixen en un retard, les sortides difereixen únicament en el mateix retard. Un sistema invariant respon amb la mateixa forma d’ona independentment de l’instant en què s’aplica l’entrada.

La invariància es comprova de la manera següent:

si T [ x ( t )] = y ( t ) llavors T [ x ( t-t 0 )]= y ( t-t 0 )

20 Senyals i sistemes analògics

PROBLEMES I PRÀCTIQUES PROPOSATS

I.6) Completeu la taula següent de propietats per als sistemes proposats.

Sistema

Propietat

y ( t ) = k x ( t ) y ( t ) = x^2 ( t ) y ( t )= k

1 ( )

t x d

−∞

∫ τ^ τ y ( t ) = sin( x ( t ))^ y ( t ) =^ t^2 x ( t )

Linealitat no sí

Invariància sí no Causalitat sí no Estabilitat sí no

Amb memòria no sí Invertible sí no

I.7) Siguin dos sistemes T 1 i T 2 que fan les transformacions següents:

T 1 [ x ( t )] = x ( t - t 0 ) T 2 [ x ( t )] = x ( at )

a) Obtingueu l’expressió dels senyal de sortida dels sistemes:

T 3 [ x ( t )] = T 2 [ T 1 [ x ( t )]] T 4 [ x ( t )] = T 1 [ T 2 [ x ( t )]]

b) Si els dos sistemes es connecten en cascada, trobeu els valors de t 0 i a per obtenir a la sortida sinc(( t /2)-1) o sinc(( t -1)/2) quan a l’entrada s’aplica sinc( t ). Suposeu que l‘entrada s‘aplica primer a T 1 i la sortida obtinguda s’aplica a T 2.

c) Repetiu l’apartat anterior suposant que l’entrada s’aplica primer a T 2 i la sortida obtinguda s’aplica a T 1.

d) Compareu els resultats obtinguts als apartats b) i c) amb la solució de l‘apartat a).

I.8) Estudieu les propietats de linealitat i invariància dels sistemes següents:

a) T1 [ x ( t )] = x (2 t )

b) T2 [ x ( t )] = x ( t-T )

c) Comproveu i justifiqueu que si els dos sistemes es connecten en cascada, s’obté una sortida diferent depenent de l’ordre en què es fa la connexió: T1 { T2 [ x ( t )] } ≠ T2 { T1 [ x ( t )] }

d) Justifiqueu que dos sistemes lineals i invariants sempre són intercanviables.

Introducció als senyals i sistemes 21

Fig. I.9)

Quins són els valors correctes dels paràmetres a , to i reflexió

P1.2 Transformacions de la variable com a sistemes

El fet que dos senyals temporals estiguin relacionats a través d’una transformació de la variable t permet interpretar la transformació com un sistema. Així, en l’exemple descrit a P1.1 es pot entendre x ( t ) com entrada d’un sistema que fa l’escalat per un factor 2 i s’obté la sortida del sistema y ( t ). Llavors, per

realitzar una transformació lineal de la variable ( tat-b ) necessitem un sistema que ens faci el desplaçament o retard i un altre que ens faci l’escalat (i un tercer si es considera separadament el gir o reflexió). En aquest exercici s’analitzarà la transformació de variable com una seqüència de sistemes.

  1. Seleccioneu com a Senyal la segona opció (senyal 2). Com a Configuració seleccioneu l’esquema 3. Obtingueu els paràmetres de cada sistema.
  2. Seleccioneu el senyal 3. Com a Configuració seleccioneu l’esquema 3. Obtingueu els paràmetres de cada sistema.
  3. Repetiu l’apartat anterior per la Configuració de l’esquema 1.
  4. Dels dos apartats anteriors, quin us ha estat més fàcil de resoldre?
  5. Dels apartats 2 i 3 analitzeu si l’escalat i el retard són intercanviables.
  6. Seleccioneu com a Senyal el senyal 4. Amb una figura anàloga a la tercera figura donada en l’exemple de P1.1, marqueu els intervals en què ambdós senyals són no nuls. Obtingueu i dibuixeu en el mateix gràfic l’equació de la recta que mapa un interval en l’altre (funció de transformació de la variable que relaciona x 4 ( t ) amb x 1 ( t )).
  7. A partir dels paràmetres de la transformació de variable de l’apartat anterior, quina configuració us resulta més fàcil de definir? Compareu la resposta amb la de l‘apartat 4.

Introducció als senyals i sistemes 23

I.12) Un sistema és invertible si diverses entrades donen lloc a diverses sortides. Si un sistema és invertible, es pot trobar un sistema invers tal que, inteconnexionat en cascada amb l’original, dóna lloc a una relació entrada-sortida igual a la del sistema identitat. Determineu si cadascun dels sistemes següents és invertible. Si ho són, construïu el sistema invers. Si no ho són, trobeu dos senyals d’entrada al sistema que generin la mateixa sortida.

a) y ( t ) = x ( t -4) c)^ y ( t ) =

t

−∞

∫ x (τ)^ d τ

b) y ( t ) = cos [ x ( t )] d) y ( t ) = x (2 t )

I.13) Tenim el sistema de la figura I.13a)

Retard to = 1 ( ) 2

( ) 2

x(t) x2 y(t)

Fig. I.13.a)

Es demana el següent:

a) Calculeu l’expressió de y ( t ). b) És un sistema lineal? c) És un sistema invariant? d) Busqueu el senyal de sortida per al senyal d’entrada x ( t ) de la figura I.13b)

  • t

x(t)

1 2

1

2

Fig. I.13.b)

P1.3 Propietats de sistemes

És possible analitzar les propietats d’un sistema sense necessitat de tenir-lo descrit. En aquest apartat es disposa d’un conjunt de senyals aplicables a l’entrada d’un sistema, i analitzant la sortida es poden deduir les propietats que verifica el sistema. Les propietats previstes per analitzar són la linealitat, la invariància, la causalitat i l’estabilitat.

  1. Seleccioneu la propietat de linealitat. Què cal comparar per verificar aquesta propietat?
  2. Seleccioneu el sistema 1. Analitzeu la linealitat d’aquest sistema aplicant diverses combinacions de senyals (no us oblideu d’escriure els coeficients).
  3. Analitzeu la linealitat per al sistema 2. Seleccioneu com a senyals el pols i l’exponencial unilateral. Repetiu-ho canviant el pols per la sinusoide. Què en deduïu?

24 Senyals i sistemes analògics

  1. Estudieu la propietat de linealitat per a la resta de sistemes.
  2. Hi ha algun sistema que no verifiqui la linealitat perquè T [ ax ( t )]≠ aT [ x ( t )]? (per eliminar el senyal 2, seleccioneu-ne un qualsevol i poseu-hi el coeficient a zero).
  3. Seleccioneu la propietat d’invariància. Quin procediment s’ha de seguir per analitzar-la? Seleccioneu el sistema 1 i un senyal qualsevol. Varieu T 0 amb el ratolí. Relacioneu el que veieu amb el procediment que heu proposat.
  4. Analitzeu la propietat d’invariància per als diferents sistemes.
  5. Observeu la sortida de cada sistema per la sinusoide. Hi ha alguna relació entre el que s’obté i la verificació o no de les propietats de linealitat i invariància de cada sistema?
  6. És possible analitzar la causalitat seleccionant el senyal aleatori? Quins senyals us semblen més adients per verificar aquesta propietat?
  7. Quins sistemes són causals?
  8. El compliment o no de les altres propietats té alguna incidència amb el procediment de verificació de la causalitat?
  9. Estudieu l’estabilitat dels sistemes.
  10. De totes les respostes sobre la verificació o no de les propietats, quines creieu que es poden afirmar amb absoluta seguretat? Justifiqueu la resposta.
  11. Seleccioneu la combinació de senyals Aleatori+20·Pols (seleccioneu la propietat de linealitat). Compareu les respostes obtingudes pels sistemes 1 i 2 per treure soroll al pols.
  12. Veient els senyals de sortida de cada sistema, intenteu inferir què fa cada sistema.

I.14) En aquest problema s’il·lustra una de les conseqüències més importants de les propietats de linealitat i invariància dels sistemes. Així, quan la resposta d’un sistema lineal o d’un sistema lineal i invariant a un senyal d’entrada determinat és coneguda, es poden obtenir fàcilment altres respostes corresponents a molts altres senyals d’entrada.

a) A la figura I.14a) es mostren x (^) 1 ( ) t i y (^) 1 ( ) t , que corresponen respectivament als senyals d’entrada i sortida d‘un sistema LI.

x (t)

t t

y (t) 1 1

1 1

2

1 2 1 2

Fig. I 14.a)

26 Senyals i sistemes analògics

Com que amb les dades de què disposem no és possible calcular correctament y ( t ), es demana una aproximació al senyal de sortida. Per fer-ho:

a) Aproximeu x ( t ) com a combinació de funcions pols triangular convenientment desplaçades. Dibuixeu el senyal obtingut.

b) Dibuixeu l‘aproximació obtinguda al senyal de sortida. Justifiqueu el procediment que heu seguit.

P1.4 Aplicació de linealitat i invariància d’un sistema

El fet que un sistema sigui lineal i invariant simplifica molt l’obtenció de la resposta del sistema. Així, si es pot descompondre un senyal d’entrada x ( t ) com a combinació lineal de versions desplaçades d’un senyal base f ( t ), és a dir:

( ) (^) i ( (^) i ) i

x t = ∑ a f t − t (P1.4.1)

només caldrà conèixer g ( t ), la resposta del sistema a f ( t ), ja que gràcies a les dues propietats esmentades es pot afirmar que la y ( t ), resposta del sistema a x ( t ), vindrà donada per

( ) { ( )} i ( i )

i

y t = T x t = ∑ a g t − t , on g ( t )= T [ f ( t )].

  1. Seleccioneu l’exemple 1. Veient la f ( t ) i g ( t ) d’aquest exemple, podem afirmar que el sistema és causal i estable? Quants paràmetres (coeficients i retards) necessitareu per descompondre el senyal x ( t ) donat, segons l’expressió (P1.4.1)? Escriviu aquests paràmetres. Per evitar complicacions de visualització és recomanable que primer escriviu el retard i després el coeficient.
  2. En el segon exemple, x ( t ) canvia respecte al primer exemple. Escriviu els nous paràmetres per a aquest cas. Seleccioneu l’exemple 3.
  3. Escriviu l’expressió analítica de x ( t ) i la de f ( t ). Escriviu x ( t ) en funció de f ( t ).
  4. Amb la relació existent entre x ( t ) i f ( t ) de l’apartat anterior, es pot calcular la sortida del sistema sense fer la descomposició de (P1.4.1)?
  5. Per a aquest exemple també és vàlida la descomposició de (P1.4.1). Obtingueu-ne els paràmetres.
  6. La descomposició anterior és única?

Introducció als senyals i sistemes 27

Definició de resposta impulsional per a sistemes lineals i invariants

La sortida d’un sistema lineal i invariant (LI) a la funció delta de Dirac es coneix com a resposta impulsional.

δ(t) T[δ(t)]= h (t) SLI

La resposta impulsional es pot utilitzar per obtenir la sortida a qualsevol senyal d'entrada a través del que es coneix com a integral de convolució:

y t ( ) x ( ) ( h t ) d

= (^) ∫ τ − τ τ −∞

Aquesta integral es sol abreujar de la manera següent:

y ( t ) =x ( t ) *h ( t )

Propietats de la convolució

Commutativa x ( t ) * h ( t ) = h ( t ) *x ( t )

Associativa x ( t ) * [ h 1 ( t ) *h 2 ( t )] = [ x ( t ) *h 1 ( t )] *h 2 ( t )

Distributiva x ( t ) * [ h 1 ( t ) +h 2 ( t )] =x ( t ) *h 1 ( t ) + x ( t ) *h 2 ( t )

Element neutre δ (t) x ( t ) * δ( t ) = x ( t )

Mètode semigràfic per resoldre la integral de convolució

Per a alguns senyals es més senzill obtenir la convolució a partir de la seva representació gràfica.

Els passos que cal seguir són els següents:

  • S'expressen x ( t ) i h ( t ) en funció de τ.
  • Per cada t : o El senyal h ( τ) es reflecteix i es desplaça t unitats per obtenir h ( t- τ) o Els senyals x ( τ) i h ( t- τ) es multipliquen per tot τ ( t és fix) o S'integra el producte anterior per -∞ < τ <∞

Aquesta forma d'obtenir la convolució és especialment útil quan els senyals x ( t ) i/o h ( t ) estan definits per intervals temporals. Llavors les operacions anteriors també es realitzen per intervals.

Introducció als senyals i sistemes 29

PROBLEMES I PRÀCTIQUES PROPOSATS

I.17) Si tenim l‘esquema de la figura I.17)

x

x(t) y(t)

cos wt

h(t)

Fig. I. 17)

a) Estudieu les propietats de linealitat i invariància del sistema global representat amb un traçat discontinu.

b) En el cas que sigui lineal, avalueu la resposta a l’impuls que caracteritza el sistema global: h (^) T ( t, τ) = T [δ( t- τ)].

c) Si x ( t ) = e −^ atu ( t ) i h ( t ) = e −^ btu ( t ), trobeu y ( t ).

d) Raoneu si dos sistemes diferents, però amb la mateixa estructura que la del problema, connectats en cascada, són intercanviables. Utilitzeu, per exemple, el primer sistema amb w = w 1 i h ( t ) = δ( t-t 1 ), i el segon sistema amb w = w 2 i h ( t ) = δ( t-t 2 ), per simplificar.

I. 18) Considereu el sistema lineal definit per l’equació

y ( t ) =

t

tT

∫ x (τ)^ d τ

a) Calculeu la sortida y (^) i ( t ) per a les següents x (^) i ( t ):

x (^) 1 ( ) t =

t o

o / 2 o

t t t

; x (^) 2 ( ) t =

t o

exp ( -t/to ) u ( t ) amb T > to

b) Comproveu que y (^) 1 ( ) t = y (^) 2 ( ) t quan to tendeix a zero

c) Calculeu la resposta impulsional del sistema.

30 Senyals i sistemes analògics

P1.5 Aproximació a la funció delta i resposta impulsional de sistemes

Una definició matemàtica, però a la vegada molt física, de la funció delta ve donada com a límit de famílies de funcions. En aquesta pràctica s’utilitzen quatre famílies de funcions que reduint-les en duració es comporten com la delta. Aquestes funcions són:

( ) , ( ) , , sinc( )

t t t e t

− Π Λ

Suposem el cas del pols rectangular. Si seleccionem un sistema veurem inicialment la resposta del sistema a Π ( / t a ) per a a =1. Amb el ratolí es pot variar la duració del senyal d’entrada, és a dir, el

paràmetre a. Si el sistema seleccionat és lineal i invariant, veurem que quan a es fa molt petit succeeixen dues coses. D’una banda, el senyal de sortida se’n va cap a zero, la qual cosa és lògica tenint en compte que l‘àrea del senyal d’entrada també va cap a zero. D’altra banda, es pot observar que la forma d’ona del senyal de sortida varia cada cop menys.

Això ho podem repetir amb els altres senyals i es podrà observar que per valors de duració suficientment petits les respostes que observem cada cop s’assemblen més. Per poder-ho observar millor, un cop ha disminuït la duració del senyal d’entrada seleccionat podrem establir la comparació de resultats amb els altres senyals si fem clic a Comparar.

Per evitar la tendència cap a zero de la sortida en disminuir la duració de l’entrada, es normalitza cada senyal per mantenir l‘àrea constant (feu clic a Àrea constant ). Ara, òbviament, en disminuir la duració de l’entrada augmentarà l’amplitud, però d’aquesta manera la sortida cada cop tendeix més cap a un senyal determinat independentment de l’entrada escollida. És la resposta impulsional.

Amb aquest experiment es pot deduir que a la pràctica podem obtenir una molt bona aproximació de resposta impulsional d’un sistema lineal invariant sense preocupar-nos massa del tipus d’excitació, sempre que la seva duració sigui petita i l’àrea es mantingui a 1. Òbviament, aquesta independència de la sortida amb l’entrada només passa si el sistema és lineal i invariant.

  1. Es pot afirmar per qualsevol dels sistemes que la sortida depèn clarament de l’entrada?
  2. Varieu la duració dels senyals i respongueu novament a la pregunta anterior.
  3. Seleccioneu el sistema 1. Verifiqueu l’afirmació següent: si es varia una mica l’escalat del senyal d’entrada s’obté el mateix senyal de sortida però reescalat amb el mateix factor que l’entrada.
  4. Pel sistema 1 augmenteu el factor d’escala, és a dir, reduïu la duració del senyal d’entrada, i analitzeu què succeeix tant des del punt de vista de l’amplitud com des del punt de vista de l’afirmació de l’apartat anterior.
  5. Què succeeix quan seleccioneu Àrea constant? Per què?
  6. Què passa si seleccioneu el sistema 3? Per què?
  7. Pot donar l’expressió de la resposta impulsional de cadascun dels sistemes?
  8. Seleccioneu el sistema 1 i analitzeu la realització pràctica de la funció δ( t ). Creieu que és important que δ( t )=0 per a t =0 +?