【演算傅里叶变换在电路中的应用,顺便看能不能推导出对应的数学模型或者数学公式】
傅里叶变换的篇章比较多,也非常的有意思啊,大学时学没怎么明白。巧不巧的,又遇上了,因为项目需要设计一个低噪声正弦波小信号(周期性、连续性)驱动电路。篇章1,言归。傅里叶级数是一个自然的函数展开形式,公式如下:
由此公式可以看出来,这是一个一个变量解后再求和的过程。在(负无穷,正无穷)间,满足“绝对可积”,是傅里叶级数变换往傅里叶积分的拓展关键性质,傅里叶积分再拓展就是就是傅里叶变换了,对应的频谱分析上,w的范围从(0,正无穷)延伸到(负无穷,正无穷)。
为了更形象在电路上展示和应用傅里叶变换才做如此实验的篇章1。演示傅里叶(逆)变化在数字滤波的实验流程。
下面一个小测试,进行一个正弦波的频谱分析。首先,正弦波是一个时域连续的周期函数,它在电路上的重要特性就是波形失真,噪声大。通常其失真就意味着波形掺杂高次谐波。
实验1)和实验2)是展示两个不同频率时域波形的频域。
实验3)是将实验1)和实验2)两个时域波形合并后的频域。
实验4)简单的数字滤波,将基波外的谐波滤波掉。实验1)
【参数】【输入波形:10KHZ, 5V幅度,无偏置,sin】,再串联2个并联470K电阻(实验室回来拿错,没有替代电阻),测试如下图所示
实验1小结)时域上:时域波形和输入波形的幅度不一致(原因见电路工程数学-阻性分析模型),但时域波形幅度不影响频谱分析。
频域上:10K频率时域波形,在10KHZ(x轴)左右凸起一个小山丘(这里波形不太平滑,可能和示波器分辨率和采样点有关)。这就是时域周期连续信号在频域这个维度上的呈现。
实验2)
【参数】【输入波形:50KHZ, 5V幅度,无偏置,sin】,再串联2个并联470K电阻,测试如下图所示
实验2小结) 频域上:50K频率时域波形,在50KHZ(x轴)左右凸起一个小山丘。频谱和对应时域波的频率相关,频率改变,频谱也会随着变化。
实验3)
【参数】【输入波形:实验1)和实验2)波形合并】,即【50kHZ和10kHZ的波形合并】,测试如下两图所示,图一是串联了一个大电阻,图二是没有串联电阻
实验3小结) 时域上:高阻抗改变了输入波形,其中包括了幅度和主要形状(原因见电路工程数学-阻性分析模型),不影响频域分析。
频域上:两个不同频率的波形,在时域上合并后,波形上可能复杂难以分辨。但在频域上可以分辨,并可以显示出频率大小和范围,这为数字滤波电路提供了数据依据。
实验4)
【参数】【输入波形:11MHZ和10KHZ 的波形合并,其他性质保持一致】,测试如下两图所示,图一没滤波处理波形,图二是滤波处理波形
实验4小结)傅里叶可以实现滤波电路的重要依据。(这里的滤波电路还不够好,还有个250KHZ的小幅度的杂波没有滤掉,源于没有元器件搭建)
测试小结结论:
1、 频谱是滤波的关键,合适的频率点设计合适的滤波电路,可以去除不必要的波形
2、 噪声可能会影响到频谱的有效分析,反之频谱亦是排除噪声的有效途径
3、 时域合并波形,频域上可以被分离和还原,应用于音频电路设计的参考依据
4、 频谱是可以衡量一个波形失真程度
5、 时域波形的同相位上,合并幅度有一定的相加减作用(或可能与周期相关)
6、 可以用于分析多种波形合并成一种新的波形,反之亦可逐个分离的研究
7、 合并的波形,基波的频谱若不变。随着谐波次数的增加,从影响基波的整体波形的周期上,转变到影响波形的线上一小截周期,并影响随着谐波次数增加而变小。
8、 频谱有呈现出收敛性质
9、 谐波次数增加,谐波分量的振幅越小
10、时域波形进行傅里叶变换到频域,把不必要的频率分量滤除,再傅里叶逆变换到时域波形,是实验本次实验的目的。
限于篇章原因,下一篇章再述。
限于本人能力有限,如有不足和错误恳请指错!!