信号与系统:练习题和考试题

连续和离散信号通过线性时不变系统:卷积、冲激响应与阶跃响应、拉普拉斯变换、频率响应和傅里叶级数。考试中常把画图与简短计算结合起来。

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速成包(PDF)公式表、方法步骤和附完整解答的练习题,可直接打印。

本课程的主题

  1. 卷积与线性时不变系统离散卷积 · 连续卷积 · 冲激响应与傅里叶级数计算
  2. 拉普拉斯变换变换对表与值定理 · 用部分分式求逆变换 · 常微分方程与传递函数计算
  3. 阶跃响应一阶系统 · 二阶参数 · 物理系统与设计计算
  4. 伯德图与裕度滤波器与渐近线 · 幅值与相位 · 稳定裕度计算

信号与系统 考试技巧

  • 卷积之前先画出信号:重叠的部分决定求和或积分的上下限。
  • 线性时不变系统的输出从起始时间之和开始,到结束时间之和结束。
  • 正弦信号通过后频率不变,幅值乘以 |H(jω)|,相位移动 ∠H(jω)。

例题详解

卷积与线性时不变系统简单
x[n]n−1041−32−234h[n]n−10311234

序列 x[n] = {4, −3, −2} 和 h[n] = {3, 1} 都从 n = 0 开始。求卷积 y[n] = x[n] ∗ h[n] 的样本 y[1]。

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

求: y[1]

显示提示
  1. y[n] = Σ x[k]·h[n − k]。
  2. 对于 n = 1,各项为 k = 0, 1。
  3. x[0]·h[1] + x[1]·h[0].
显示答案和分步解答

离散卷积:线性时不变系统的输出为 y[n] = Σk x[k]·h[n − k]:把 h 翻转,平移 n,与 x 逐点相乘再相加。若 x 有 Lx 个样本,起始于 nx,h 有 Lh 个样本,起始于 nh,则 y 有 Lx + Lh − 1 个样本,起始于 nx + nh。y 的所有样本之和等于 (Σx)·(Σh)。FIR 滤波器 y[n] = b₀x[n] + b₁x[n − 1] + … 就是与 h[n] = bn 的卷积。

求和的各项

只有使 x[k] 和 h[n − k] 同时存在的 k 才有贡献。

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

相加

y[1] = −5

答案

y[1] = −5
拉普拉斯变换中等
ReIm−5−10−15−20−25

F(s) = (s + 22)/(s² + 14s + 48)。它的逆变换形如 f(t) = A·e−6t + B·e−8t。用部分分式法求系数 A。

F(s) = (s + 22)/(s² + 14s + 48)

求: A

显示提示
  1. 分解分母:s² + 14s + 48 = (s + 6)(s + 8)。
  2. 遮盖法:A = [(s + 6)·F(s)] 在 s = −6 处的值。
  3. 在 s = −6 处:分子为 16,另一个因子为 2。
显示答案和分步解答

拉普拉斯变换:F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt 把导数变成乘以 s:ℒ{f′} = sF(s) − f(0),ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0)。常用变换对: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);平移 s → s + σ 相当于把时间函数乘以 e−σt。要对有理函数 F(s) 求逆变换,先分解成部分分式:单极点 p 的留数为 A = [(s − p)·F(s)] 在 s = p 处的值。终值定理:f(∞) = lims→0 s·F(s),仅当 s·F(s) 的所有极点都在左半平面时成立。初值定理:f(0⁺) = lims→∞ s·F(s)。

分解分母

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

遮盖法

乘以 (s + 6) 并令 s = −6:B 项消失。

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

答案

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

练习方式

  • “练习本课程”会混合出该课程所有主题的题目,就像真正的考试一样。
  • 每道题的数值都不同,让你掌握方法,而不是记住答案。
  • 卡住了?先打开一个小提示,需要时再查看完整解析。
  • 模拟考试限时且没有提示,结束后你会得到分数和完整的回顾。

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