Tín hiệu và hệ thống: bài tập và câu hỏi ôn thi

Tín hiệu liên tục và rời rạc đi qua các hệ tuyến tính bất biến theo thời gian: tích chập, đáp ứng xung và bước nhảy, biến đổi Laplace, đáp ứng tần số và chuỗi Fourier. Đề thi kết hợp vẽ phác với các phép tính ngắn.

Gói ôn nước rút (PDF)Bảng công thức, các bước phương pháp và bài tập có lời giải đầy đủ, sẵn sàng để in.

Các chủ đề trong môn học này

  1. Tích chập và hệ LTItích chập rời rạc · tích chập liên tục · đáp ứng xung và chuỗi Fourierbài tính toán
  2. Biến đổi Laplacecác cặp trong bảng và các định lý giá trị · biến đổi ngược bằng phân thức đơn giản · Phương trình vi phân thường và hàm truyềnbài tính toán
  3. Đáp ứng bướchệ bậc nhất · các thông số của hệ bậc hai · hệ vật lý và thiết kếbài tính toán
  4. Biểu đồ Bode và độ dự trữbộ lọc và đường tiệm cận · độ lớn và pha · các độ dự trữ ổn địnhbài tính toán

Mẹo làm bài thi Tín hiệu và hệ thống

  • Hãy vẽ phác các tín hiệu trước khi chập: phần chồng lên nhau cho bạn biết các cận của tổng hay tích phân.
  • Đầu ra của một hệ LTI bắt đầu tại tổng các thời điểm bắt đầu và kết thúc tại tổng các thời điểm kết thúc.
  • Một hàm sin đi ra cùng tần số, được nhân với |H(jω)| và lệch đi ∠H(jω).

Ví dụ có lời giải

Tích chập và hệ LTIDễ
x[n]n−1041−32−234h[n]n−10311234

Các dãy x[n] = {4, −3, −2} và h[n] = {3, 1} đều bắt đầu tại n = 0. Tìm mẫu y[1] của tích chập y[n] = x[n] ∗ h[n].

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

Tìm y[1]

Hiện các gợi ý
  1. y[n] = Σ x[k]·h[n − k].
  2. Với n = 1 các số hạng là k = 0, 1.
  3. x[0]·h[1] + x[1]·h[0].
Hiện đáp án và lời giải từng bước

Tích chập rời rạc: đầu ra của một hệ tuyến tính bất biến theo thời gian là y[n] = Σk x[k]·h[n − k]: lật h, dịch nó n vị trí, nhân từng mẫu với x và cộng lại. Nếu x có Lx mẫu bắt đầu tại nx và h có Lh mẫu bắt đầu tại nh, thì y có Lx + Lh − 1 mẫu bắt đầu tại nx + nh. Tổng mọi mẫu của y bằng (Σx)·(Σh). Một bộ lọc FIR y[n] = b₀x[n] + b₁x[n − 1] + … là một tích chập với h[n] = bn.

Các số hạng của tổng

Chỉ những k mà cả x[k] và h[n − k] đều tồn tại mới đóng góp.

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

Cộng lại

y[1] = −5

Đáp số

y[1] = −5
Biến đổi LaplaceTrung bình
ReIm−5−10−15−20−25

F(s) = (s + 22)/(s² + 14s + 48). Biến đổi ngược của nó có dạng f(t) = A·e−6t + B·e−8t. Tìm hệ số A bằng phân thức riêng.

F(s) = (s + 22)/(s² + 14s + 48)

Tìm A

Hiện các gợi ý
  1. Phân tích mẫu số thành nhân tử: s² + 14s + 48 = (s + 6)(s + 8).
  2. Quy tắc che: A = [(s + 6)·F(s)] tại s = −6.
  3. Tại s = −6: tử số 16, thừa số còn lại 2.
Hiện đáp án và lời giải từng bước

Biến đổi Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt biến đạo hàm thành phép nhân với s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Các cặp chuẩn: 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), và phép dịch s → s + σ nhân hàm theo thời gian với e−σt. Để biến đổi ngược một F(s) hữu tỉ, hãy tách thành các phân thức riêng: thặng dư của cực đơn p là A = [(s − p)·F(s)] tại s = p. Định lý giá trị cuối: f(∞) = lims→0 s·F(s), chỉ đúng khi mọi cực của s·F(s) nằm trong nửa mặt phẳng trái. Định lý giá trị đầu: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Phân tích mẫu số thành nhân tử

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

Quy tắc che

Nhân với (s + 6) và đặt s = −6: số hạng B biến mất.

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

Đáp số

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

Cách luyện tập hoạt động

  • “Luyện tập môn học này” trộn các bài từ mọi chủ đề của nó, giống một kỳ thi thật.
  • Mỗi bài tập có số liệu mới, nên bạn học phương pháp chứ không học thuộc đáp án.
  • Bí rồi? Hãy mở một gợi ý nhỏ trước, và chỉ xem giải thích đầy đủ khi cần.
  • Đề thi thử có tính giờ và không có gợi ý, và bạn nhận được điểm số cùng phần xem lại đầy đủ ở cuối.

Máy tính cho môn học này

Các môn học liên quan