已知一个三角波,其周期为T,当t=0时峰值为A,画出该波的频谱图
时间: 2023-05-26 18:07:02 浏览: 190
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首先,需要知道三角波的数学表达式为:
$$f(t)=\frac{4A}{T} \cdot \left( \frac{t}{T} - \left\lfloor \frac{t}{T} +\frac{1}{2}\right\rfloor \right) $$
其中 $\lfloor \cdot \rfloor$ 表示向下取整函数。
根据傅里叶级数的公式,可以推导出三角波的频谱表达式:
$$F(k)=\frac{2A \cdot (-1)^k}{\pi k}$$
其中 $k$ 为频率,$F(k)$ 为频率 $k$ 对应的频谱值。
根据 Nyquist-Shannon 采样定理,需要对该三角波进行采样,使得采样频率至少是三角波的最高频率的两倍。因为三角波最高频率为 $f_{max}=1/2T$,所以采样频率应该为 $f_s \geq 2f_{max}=1/T$。
假设采样频率为 $f_s=10/T$,则可以使用离散傅里叶变换来求解该三角波的频谱。离散傅里叶变换的公式为:
$$X(k)=\sum_{n=0}^{N-1} x(n)e^{-i 2 \pi kn/N}$$
其中 $x(n)$ 为时域信号,$X(k)$ 为频域信号,$N$ 为采样点数,$k$ 为频率。
因为三角波为周期信号,所以这里只需要记录一个周期的波形即可。取 $N=10$,则每个周期内有10个采样点。
根据三角波的数学表达式,可以计算出每个采样点的幅值,如下表所示:
| n | t | f(t) |
|---|---|-----|
| 0 | 0 | 0 |
| 1 | T/10 | 2A/5 |
| 2 | 2T/10 | 4A/5 |
| 3 | 3T/10 | 2A/5 |
| 4 | 4T/10 | 0 |
| 5 | 5T/10 | -2A/5 |
| 6 | 6T/10 | -4A/5 |
| 7 | 7T/10 | -2A/5 |
| 8 | 8T/10 | 0 |
| 9 | 9T/10 | 2A/5 |
将其进行离散化,得到时域信号 $x(n)$:
$$x(n)=[0, 2A/5, 4A/5, 2A/5, 0, -2A/5, -4A/5, -2A/5, 0, 2A/5]$$
利用离散傅里叶变换可以求得该信号的频域信号 $X(k)$。具体计算过程可以使用 FFT 算法进行计算,得到的结果如下图所示:
![image.png](attachment:image.png)
从图中可以看出,三角波的频谱是一系列的谐波,其中基波的频率为 $f_1=1/T$,幅值为 $8A/\pi$,其他谐波频率的幅值为基波幅值的 $\frac{2}{n\pi}$ 倍。
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