常用信号傅里叶级数分析

常用信号频谱分析(FFT)

本文包括对三种常用信号进行FFT示波器实测,结合傅里叶级数进行了分析,包括


  1. 直流信号傅里叶
  2. 50K+20K SIN 正弦
  3. 周期性矩形波的傅里叶变换

  • 实际50K+20K SIN 正弦
    常用信号傅里叶级数分析

    cosωt →π[ δ(ω-ω0)﹢ δ(ω+ω0)]
    正弦信号的频谱在频域上表现为两个ω0处的冲击函数,如下图所示。
    由于信号发生器发出的正弦信号不可能是完全纯净的正弦,故在ω0处表现为一个脉冲滚降的波形,当然信号发生器发出的信号在各种频域上都有,至少在50hz,工频干扰,哪怕是开关电源等插座的接入设备都会引起非ω0处的频域高频分量。


  • 实际直流信号频谱
    常用信号傅里叶级数分析
    K*1→K*2πδ(ω)
    直流信号的傅里叶频域表现在w=0处的的一个冲击函数,幅度值为K*2π,频谱集中在W=0处。

当然我们说龙威的直流信号源也不可能是完全纯净的直流信号,在ω>0的部分存在低频的直流信号,其幅度值很小,基本上从频谱图上大于30K以上的信号,其幅度值衰减到0了。


  • 周期性矩形波频谱
    常用信号傅里叶级数分析

    常用信号傅里叶级数分析

实测信号只与上述信号相差一个直流信号的在w=0的冲激函数,其余频谱一样!

输入50HZ的方波信号,其频率为50Khz,基频为50Khz

周期性的方波脉冲可以分解为傅里叶级数,其频域的特点是在基频的整数倍上是离散。

示波器内为奇谐函数,故其信号的频谱分量只有奇次谐波,所以在50K,150K,250K频域处有离散的分量(凸起)。

我们说信号的频率和带宽是两回事,周期性的矩形波其上升沿的快慢,展现在其频谱上,对应的是高频分量的多少,如果该周期性的方波信号的上升沿越陡峭,那么必然对应在其频谱上在高频处更密集。

小学之所以说正弦波的频域是就是其周期的倒数,是错误的。
在这里我们应该严格区分信号的频率和带宽,频域的频率范围。