Электроника:Эксперименты/Электрические цепи переменного тока/Анализ волновых сигналов

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Анализ волновых сигналов[1]

Оборудование и материалы

  • IBM-совместимый персональный компьютер со звуковой картой под управлением Windows 3.1 или выше
  • Программа Winscope (можно бесплатно загрузить из Интернета)
  • Электронная (музыкальная) «клавиатура»
  • «Моно» (не стерео) штекер наушников для клавиатуры
  • «Моно» (не стерео) разъём для наушников для входа микрофона к звуковой карте компьютера
  • Потенциометр 10 кОм

Детали и оборудование для этого эксперимента идентичны тем, которые необходимы для предыдущего эксперимента «ПК-осциллограф».

Ссылки по теме

  • «Уроки по электрическим цепям», том 2 «Переменный ток», глава 7: «Сигналы переменного тока смешанной частоты»

Цели эксперимента

  • Понять разницу между графиками волн сигналов во временно́й и частотной областях
  • Развить качественное понимание анализа Фурье

Принципиальная схема

Рис. 1. Схематическая диаграмма: анализ формы волны сигнала.
Рис. 1. Схематическая диаграмма: анализ формы волны сигнала.

Иллюстрации

Рис. 2. Иллюстрация: анализ формы волны сигнала.
Рис. 2. Иллюстрация: анализ формы волны сигнала.

Ход эксперимента

В программе Winscope имеется ещё одна функция, отличная от типичного отображения осциллографа во временно́й области: отображение в частотной области, на котором амплитуда (по вертикали) отображается в зависимости от частоты (по горизонтали). Дисплей обычного осциллографа во временно́й области отображает амплитуду (по вертикали) в зависимости от времени (по горизонтали), что хорошо подходит для отображения формы волны. Однако, когда желательно увидеть гармоническую составляющую сложной волны, график в частотной области является лучшим инструментом.

При использовании Winscope щёлкните значок в виде разноцветного «спектра», чтобы переключиться в режим частотной области. Сгенерируйте синусоидальный сигнал, используя музыкальную клавиатуру (голос флейты Пана или обычной флейты), и вы должны увидеть одиночный «всплеск» на дисплее, соответствующий амплитуде одночастотного сигнала. Перемещение курсора мыши под пик должно привести к отображению частоты в числовом виде внизу экрана.

Если на музыкальной клавиатуре активированы две ноты, на графике должны появиться два отчётливых пика, каждый из которых соответствует определённой ноте (частоте). Базовые аккорды (три ноты) производят три пика на графике в частотной области и так далее. Сравните это с графиком обычного осциллографа (во временно́й области), ещё раз щёлкнув значок «спектр».

Музыкальный аккорд, отображаемый в формате временно́й области, представляет собой очень сложную форму волны, но его довольно просто разложить на составляющие ноты (частоты) на дисплее в частотной области.

Поэкспериментируйте с голосами различных инструментов на музыкальной клавиатуре, сопоставляя график во временно́й области с графиком в частотной области. Сигналы, симметричные выше и ниже их осевых линий, содержат только гармоники с нечётными номерами (нечётные целые числа, кратные основной частоте), в то время как несимметричные сигналы также содержат гармоники с чётными номерами. Используйте курсор, чтобы найти конкретную частоту каждого пика на графике, и калькулятор, чтобы определить, является ли каждый пик чётным или нечётным.

См.также

Внешние ссылки