Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 2.2Z: Non-Linearities"

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{{quiz-Header|Buchseite=Signaldarstellung/Allgemeine Beschreibung
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==Z2.2 Nichtlinearitäten==
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[[File:P_ID322__Sig_Z_2_2.png|right|]]
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[[File:P_ID322__Sig_Z_2_2.png|right|frame|DC component after non-linearities]]
Wir gehen von dem dreieckförmigen Signal $\text{x(t)}$ gemäß der oberen Abbildung aus. Gibt man dieses Signal auf einen Amplitudenbegrenzer, so entsteht das Signal
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We start from the triangular signal  x(t)  according to the figure above.  
:$$y(t)=\left\{ {x(t)\atop \rm 1V}{\hspace{0.5cm} {\rm f\ddot{u}r}\quad x(t)\le \rm 1V \atop {\rm sonst}}\right..$$
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Eine zweite Nichtlinearität liefert das Signal
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*If we apply this signal to an amplitude limiter, we get the signal
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:$$y(t)=\left\{ {x(t)\atop \rm 1V}{\hspace{0.5cm} {\rm for}\quad x(t)\le \rm 1V \atop {\rm else}}\right..$$
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*Another non-linearity provides the signal
 
:z(t)=x2(t).
 
:z(t)=x2(t).
Die Gleichsignalanteile werden nachfolgend mit x0, y0 bzw. z0 bezeichnet.  
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The DC signal components are designated  x0,  y0  and  z0  in the following.  
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<b>Hinweis:</b> Diese Aufgabe bezieht sich ebenfalls auf die theoretischen Grundlagen von [http://en.lntwww.de/Signaldarstellung/Gleichsignal_-_Grenzfall_eines_periodischen_Signals Kapitel 2.2].
 
  
  
===Fragebogen===
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''Hint:''
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*This task belongs to chapter&nbsp; [[Signal_Representation/Direct_Current_Signal_-_Limit_Case_of_a_Periodic_Signal|Direct Current Signal - Limit Case of a Periodic Signal]].
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===Questions===
  
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
{Ermitteln Sie den Gleichsignalanteil x0 des Signals $\text{x(t)}$.
+
{Determine the DC signal component&nbsp; x0&nbsp; of the signal&nbsp; x(t).
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
x0 = { 1 3% } V
+
$x_0\ = \ $ { 1 3% } &nbsp; V
  
  
{Ermitteln Sie den Gleichsignalanteil y0 des Signals $\text{y(t)}$.
+
{Determine the DC signal component&nbsp; y0&nbsp; of the signal&nbsp; y(t).
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
y0 = { 0.75 3% } V
+
$y_0\ = \ $ { 0.75 3% } &nbsp; V
  
  
{Ermitteln Sie den Gleichsignalanteil z0 des Signals $\text{z(t)}$.
+
{Determine the DC signal component&nbsp; z0&nbsp; of the signal&nbsp; z(t).
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
z0 = { 1.333 3% } V2
+
$z_0\ = \ $ { 1.333 3% }&nbsp;  V2
  
  
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</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
+
===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''1.'''  Der Gleichsignalanteil x0 ist der Mittelwert des Signals $\text{x(t)}$. Es genügt die Mittelung über eine Periodendauer T0=1ms, und man erhält:
+
'''(1)'''&nbsp; The DC signal&nbsp; x0&nbsp; is the mean of signal&nbsp; x(t).&nbsp; Averaging over a period duration&nbsp; $T_0 = 1 \, \text{ms}$ is sufficient.&nbsp; One obtains:
:x0=1T0T00x(t)dt=1V_.
+
:$$x_0=\frac{1}{T_0}\int^{T_0}_0 x(t)\,{\rm d} t \hspace{0.15cm}\underline{=1\,\rm V}.$$
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 +
 
 +
 
 +
'''(2)'''&nbsp;  In half the time&nbsp; y(t)=1V, in the other half is is between&nbsp; 0&nbsp; and&nbsp; 1V&nbsp; with the mean at&nbsp; 0.5V&nbsp; &rArr; &nbsp;  y0=0.75V_.
 +
 
  
'''2.'''  In der Hälfte der Zeit ist y(t)=1V, in der anderen Hälfte liegt es zwischen 0 und 1V mit dem Mittelwert bei 0.5V. Daraus folgt y0=0.75V_.
 
  
'''3.'''Aufgrund der Periodizität und der Symmetrie genügt die Mittelung über den Zeitbereich von 0 bis T0/2. Mit der entsprechenden Kennlinie gilt dann:
+
'''(3)'''&nbsp;  Due to the periodicity and symmetry, averaging in the range from&nbsp; 0&nbsp; bis&nbsp; T0/2 is sufficient.
 +
* With the corresponding characteristic curve, the following then applies:
 
:$$z_0=\frac{1}{T_0/2}\int^{T_0/2}_0 x^2(t)\,{\rm d}t=\frac{4\rm V^2}{T_0/2}\int^{T_0/2}_0 ({2t}/{T_0})^2\, {\rm d}t={4}/{3}\rm \;V^2
 
:$$z_0=\frac{1}{T_0/2}\int^{T_0/2}_0 x^2(t)\,{\rm d}t=\frac{4\rm V^2}{T_0/2}\int^{T_0/2}_0 ({2t}/{T_0})^2\, {\rm d}t={4}/{3}\rm \;V^2
 
\hspace{0.15cm}\underline{\approx1.333\rm \;V^2}.$$
 
\hspace{0.15cm}\underline{\approx1.333\rm \;V^2}.$$
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[[Category:Aufgaben zu Signaldarstellung|^2. Periodische Signale^]]
+
[[Category:Signal Representation: Exercises|^2.2 Direct Current Signal^]]

Latest revision as of 13:24, 14 April 2021

DC component after non-linearities

We start from the triangular signal  x(t)  according to the figure above.

  • If we apply this signal to an amplitude limiter, we get the signal
y(t)={x(t)1Vforx(t)1Velse.
  • Another non-linearity provides the signal
z(t)=x2(t).

The DC signal components are designated  x0y0  and  z0  in the following.




Hint:


Questions

1

Determine the DC signal component  x0  of the signal  x(t).

x0 = 

  V

2

Determine the DC signal component  y0  of the signal  y(t).

y0 = 

  V

3

Determine the DC signal component  z0  of the signal  z(t).

z0 = 

  V2


Solution

(1)  The DC signal  x0  is the mean of signal  x(t).  Averaging over a period duration  T0=1ms is sufficient.  One obtains:

x0=1T0T00x(t)dt=1V_.


(2)  In half the time  y(t)=1V, in the other half is is between  0  and  1V  with the mean at  0.5V  ⇒   y0=0.75V_.


(3)  Due to the periodicity and symmetry, averaging in the range from  0  bis  T0/2 is sufficient.

  • With the corresponding characteristic curve, the following then applies:
z0=1T0/2T0/20x2(t)dt=4V2T0/2T0/20(2t/T0)2dt=4/3V21.333V2_.