Sinyal dan Sistem: latihan soal dan soal ujian

Sinyal kontinu dan diskret yang melewati sistem linear tak berubah waktu: konvolusi, respons impuls dan undak, transformasi Laplace, respons frekuensi, dan deret Fourier. Ujian memadukan sketsa dengan perhitungan singkat.

Paket kilat (PDF)Lembar rumus, langkah-langkah metode, dan soal latihan dengan pembahasan lengkap, siap dicetak.

Topik dalam mata kuliah ini

  1. Konvolusi & sistem LTIkonvolusi diskret · konvolusi kontinu · respons impuls dan deret Fourierhitungan
  2. Transformasi Laplacepasangan tabel dan teorema nilai · transformasi balik dengan pecahan parsial · PD dan fungsi alihhitungan
  3. Respons langkahsistem orde satu · parameter orde dua · sistem fisik dan perancanganhitungan
  4. Plot Bode dan marginfilter dan asimtot · besar dan fasa · margin kestabilanhitungan

Tips ujian untuk Sinyal dan Sistem

  • Buat sketsa sinyal sebelum mengonvolusikannya: tumpang tindihnya menunjukkan batas penjumlahan atau integral.
  • Keluaran sistem LTI dimulai pada jumlah waktu-waktu awal dan berakhir pada jumlah waktu-waktu akhir.
  • Sinusoida keluar dengan frekuensi yang sama, diskalakan oleh |H(jω)| dan digeser oleh ∠H(jω).

Contoh dengan pembahasan

Konvolusi & sistem LTIMudah
x[n]n−1041−32−234h[n]n−10311234

Barisan x[n] = {4, −3, −2} dan h[n] = {3, 1} keduanya dimulai pada n = 0. Cari sampel y[1] dari konvolusi y[n] = x[n] ∗ h[n].

x[n] = {4, −3, −2}, n = 0…2h[n] = {3, 1}, n = 0…1

Tentukan y[1]

Tampilkan petunjuk
  1. y[n] = Σ x[k]·h[n − k].
  2. Untuk n = 1 suku-sukunya adalah k = 0, 1.
  3. x[0]·h[1] + x[1]·h[0].
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Konvolusi diskret: keluaran sistem linear tak berubah waktu adalah y[n] = Σk x[k]·h[n − k]: balikkan h, geser sejauh n, kalikan sampel demi sampel dengan x lalu jumlahkan. Jika x memiliki Lx sampel yang dimulai pada nx dan h memiliki Lh sampel yang dimulai pada nh, maka y memiliki Lx + Lh − 1 sampel yang dimulai pada nx + nh. Jumlah semua sampel y sama dengan (Σx)·(Σh). Filter FIR y[n] = b₀x[n] + b₁x[n − 1] + … adalah konvolusi dengan h[n] = bn.

Suku-suku penjumlahan

Hanya k yang membuat x[k] dan h[n − k] sama-sama ada yang menyumbang.

x[0]·h[1] = 4·1 = 4
x[1]·h[0] = −3·3 = −9

Jumlahkan

y[1] = −5

Jawaban

y[1] = −5
Transformasi LaplaceSedang
ReIm−5−10−15−20−25

F(s) = (s + 22)/(s² + 14s + 48). Transformasi baliknya berbentuk f(t) = A·e−6t + B·e−8t. Tentukan koefisien A dengan pecahan parsial.

F(s) = (s + 22)/(s² + 14s + 48)

Tentukan A

Tampilkan petunjuk
  1. Faktorkan penyebutnya: s² + 14s + 48 = (s + 6)(s + 8).
  2. Aturan tutup (cover-up): A = [(s + 6)·F(s)] pada s = −6.
  3. Pada s = −6: pembilang 16, faktor lainnya 2.
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Transformasi Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt mengubah turunan menjadi perkalian dengan s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Pasangan baku: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), dan pergeseran s → s + σ mengalikan fungsi waktu dengan e−σt. Untuk membalik F(s) rasional, uraikan menjadi pecahan parsial: residu sebuah kutub tunggal p adalah A = [(s − p)·F(s)] pada s = p. Teorema nilai akhir: f(∞) = lims→0 s·F(s), hanya berlaku jika semua kutub s·F(s) berada di setengah bidang kiri. Teorema nilai awal: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Faktorkan penyebut

s² + 14s + 48 = (s + 6)(s + 8)
F(s) = A/(s + 6) + B/(s + 8)

Aturan tutup (cover-up)

Kalikan dengan (s + 6) dan masukkan s = −6: suku B lenyap.

A = (s + 22)/(s + 8) |s = −6 = 16/2 = 8

Jawaban

A = 8
(B = −7, jadi f(t) = 8·e−6t − 7·e−8t)

Cara kerja latihan

  • “Latih mata kuliah ini” mencampur soal dari semua topiknya, seperti ujian sungguhan.
  • Setiap soal memakai nilai baru, sehingga Anda mempelajari metodenya, bukan menghafal jawabannya.
  • Buntu? Buka petunjuk kecil terlebih dahulu, dan penjelasan lengkap hanya jika Anda membutuhkannya.
  • Ujian simulasi memiliki batas waktu dan tanpa petunjuk, dan di akhir Anda mendapat skor serta tinjauan lengkap.

Kalkulator untuk mata kuliah ini

Mata kuliah terkait