Bài giảng Tín hiệu và hệ thống - Bài 2: Giới thiệu chung về tín hiệu và hệ thống (Tiếp) - Đỗ Tú Anh

1Tín Hiệu và Hệ Thống Bài 2: Giới thiệu chung về tín hiệu và hệ thống Đỗ Tú Anh tuanhdo-ac@mail.hut.edu.vn Bộ môn Điều khiển tự động, Khoa Điện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2Chương 1: Giới thiệu về tín hiệu và hệ thống 1.1 Khái niệm tín hiệu và hệ thống 1.2 Phân loại tín hiệu 1.3 Kích cỡ của tín hiệu 1.4 Một số phép toán cơ bản 1.5 Một số dạng tín hiệu tiêu biểu 1.6 Tín hiệu chẵn/lẻ 1.7 Hệ thống 1.8 Phân loại hệ thống 1.9 Ghép nối hệ thống-Sơ đồ khối EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3Hệ thống ƒ Hệ thống điện-điện tử: radio và vô tuyến, sonar và radar, định vị và dẫn hướng, thiết bị sinh học, vệ tinh, theo dõi và điều khiển súng (quân sự), v.v ƒ Hệ thống cơ khí: máy phân tích rung chấn, hệ thống giảm xóc, loa, máy đo gia tốc, v.v ƒ Hệ thống chất lỏng, hệ thống nhiệt ƒ Hệ thống kinh tế, hệ thống công nghiệp ƒ Hệ thống sinh học, hóa học, hạt nhân ƒ EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4Hệ thống ƒ Hệ thống: là mô tả toán học một quá trình thực, liên kết tín hiệu vào (kích thích) với tín hiệu ra (đáp ứng) ƒ Một hệ thống được đặc trưng bởi một toán tử T làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu vào thành tín hiệu ra )())(( tytxT = Hệ thống T ( )x t ( )y t Hệ thống T [ ]x n [ ]y n Hệ thống T 1( )x t 1( )y t ( )nx t # ( )my t # EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 5 5EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 6 6EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 8EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 9EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 11EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 12EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 13EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 14 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 15 Chương 1: Giới thiệu về tín hiệu và hệ thống 1.1 Khái niệm tín hiệu và hệ thống 1.2 Phân loại tín hiệu 1.3 Kích cỡ của tín hiệu 1.4 Một số phép toán cơ bản 1.5 Một số dạng tín hiệu tiêu biểu 1.6 Tín hiệu chẵn/lẻ 1.7 Hệ thống 1.8 Phân loại hệ thống 1.9 Ghép nối hệ thống-Sơ đồ khối EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 16 Hệ có nhớ/hệ không nhớ Systems with memory and without memory ƒ Hệ không nhớ (hệ tĩnh): giá trị của tín hiệu ra ở thời điểm t0 (bất kỳ) chỉ phụ thuộc vào giá trị của tín hiệu vào tại t0 – Ví dụ: Điện trở lý tưởng 0 0( ) ( )v t Ri t= ƒ Hệ có nhớ (hệ động): giá trị của tín hiệu ra ở thời điểm t0 (bất kỳ) phụ thuộc vào cả các giá trị khác, ngoài giá trị tại t0, của tín hiệu vào – Các giá trị tín hiệu vào khác có thể là quá khứ (t < t0), hoặc tương lai (t > t0) 0t – Ví dụ: Tụ điện 0 1( ) ( )v t i t dt C −∞ = ∫ EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 17 Hệ nhân quả/hệ phi nhân quả Causal and noncausal systems ƒ Hệ nhân quả: tín hiệu ra ở thời điểm t0 (bất kỳ) chỉ phụ thuộc vào các giá trị của tín hiệu vào với 0t t≤ – Đáp ứng không bao giờ đi trước kích thích của nó – Ví dụ: Tất cả các hệ thống không có nhớ (hệ tĩnh) đều là hệ nhân quả, điều ngược lại không đúng Các hệ thống thời gian thực phải là các hệ nhân quả ƒ Hệ phi nhân quả (hệ tiên đoán): không phải hệ nhân quả EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 18 Hệ nhân quả/hệ phi nhân quả Causal and noncausal systems ƒ Không thực hiện được hệ thống trong thời gian thực ƒ Phải làm trễ để hệ thành nhân quả ƒ Hệ phi nhân quả Đáp ứng xuất hiện trước kích thích EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 19 Hệ tuyến tính/hệ phi tuyến Linear and nonlinear systems ƒ Hệ tuyến tính: thỏa mãn hai tính chất –Tính cộng (Additivity) –Tính đồng nhất (Homogeneity) EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 20 Hệ tuyến tính/hệ phi tuyến Linear and nonlinear systems ƒ Hệ tuyến tính: thỏa mãn nguyên lý xếp chồng (superposition) [ ] [ ] [ ]1 1 2 2 1 1 2 2( ) ( ) ( ) ( )T a x t a x t a T x t a T x t+ = + – Tín hiệu vào là 0 thì tín hiệu ra là 0 ƒ Hệ phi tuyến: không thỏa mãn nguyên lý xếp chồng EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 21 Hệ tuyến tính/hệ phi tuyến Linear and nonlinear systems – Điện trở, tụ điện – – ( ) 3 ( ) 4y t x t= + Tuyến tính Phi tuyến Affine Hệ tuyến tính ( )x t ( )y t+ 0 ( )y t ( )w t EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 22 Các ví dụ EE3000-Tín hiệu và hệ thống ƒ Khuếch đại lý tưởng ƒ Khuếch đại thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 23 Các ví dụ ƒ Mạch điện tử với diode EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 24 Các ví dụ ƒ Điều chế biên độ (Amplitude Modulation-AM) fc là tần số sóng mang (tần số trạm radio) A là hằng số Tuyến tính EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 25 Các ví dụ ƒ Điều chế tần số (Frequency Modulation-AM) fc là tần số sóng mang (tần số trạm radio) A và kf là hằng số Phi tuyến EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 26 Hệ bất biến/phụ thuộc thời gian Time-invariant and Time-varying systems ƒ Hệ thống đgl bất biến theo thời gian nếu tín hiệu vào bị dịch đi T (bất kỳ) đơn vị thời gian thì tín hiệu ra cũng bị dịch đi T đơn vị thời gian EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 27 Hệ bất biến/phụ thuộc thời gian Time-invariant and Time-varying systems ƒ Hệ thống bất biến theo thời gian [ ]( ) ( )T x t y t= [ ]( ) ( )T x t T y t T− = − (*)Nếu thì ƒ Một hệ thống không thỏa mãn (*) đgl phụ thuộc thời gian ƒ Ví dụ – là các hằng số, i ia b – là các hàm số của thời gian, i ia b bất biến phụ thuộc EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 28 Hệ bất biến/phụ thuộc thời gian Time-invariant and Time-varying systems ƒ Điều chế biên độ (AM) ƒ Điều chế tần số (FM) EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 29 Hệ liên tục/hệ gián đoạn Continuous-time and discrete-time systems ƒ Hệ thống đgl liên tục theo thời gian nếu các tín hiệu vào và ra của hệ là các tín hiệu liên tục theo thời gian Hệ thống Liên tục ( )x t ( )y t ƒ Hệ thống đgl gián đoạn theo thời gian nếu các tín hiệu vào và ra của hệ là các tín hiệu gián đoạn theo thời gian Hệ thống gián đoạn [ ]x n [ ]y n ™ Tương tự, ta cũng có khái niệm hệ thống tương tự và hệ thống số EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 30 Các tính chất của hệ thống ƒ Tính tuyến tính: Thỏa mãn nguyên lý xếp chồng ƒ Nhớ: Tín hiệu ra ở thời điểm t chỉ phụ thuộc vào tín hiệu vào tại thời điểm t ƒ Tính bất biến theo thời gian: ƒ Tính nhân quả: Tín hiệu ra ở thời điểm t chỉ phụ thuộc vào tín hiệu vào ở hiện tại và quá khứ ƒ Tính khả nghịch đảo (invertibility): Một hệ thống đgl khả nghịch đảo nếu tín hiệu vào có thể được khôi phục một cách duy nhất từ tín hiệu ra Nếu [ ]( ) ( )T x t T y t T− = −[ ]( ) ( )T x t y t= thì Hệ thống ( )x t ( )y t Hệ thống nghịch đảo ( )x t EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 31 Các tính chất của hệ thống ƒ Tính khả nghịch đảo ƒ Ví dụ khác – 3( ) ( ), ( ) 2 ( 1) 3y t x t y t x t= = + + – [ ]2( ) ( ), ( ) sin ( )y t x t y t x t= = – [ ] [ ]y n nx n= Khả nghịch đảo Không khả nghịch đảo Không khả nghịch đảo EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 32 Chương 1: Giới thiệu về tín hiệu và hệ thống 1.1 Khái niệm tín hiệu và hệ thống 1.2 Phân loại tín hiệu 1.3 Kích cỡ của tín hiệu 1.4 Một số phép toán cơ bản 1.5 Một số dạng tín hiệu tiêu biểu 1.6 Tín hiệu chẵn/lẻ 1.7 Hệ thống 1.8 Phân loại hệ thống 1.9 Ghép nối hệ thống-Sơ đồ khối EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 33 Ghép nối hệ thống Nối tiếp Song song Kết hợp Hồi tiếp EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 34 Ghép nối hệ thống ƒ Mạch RC Mô hình vào ra: PTVP tuyến tính hệ số hằng EE3000-Tín hiệu và hệ thống CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt