v2.0.9794.34739
Fizyka dla każdego
Analiza Fouriera, widmo i próbkowanie w pomiarach · 1 min czytania

Trzy harmoniczne przebiegu prostokątnego

Opublikowano: 25.10.2026
Wyślij link e-mailem Własna poczta Komentarze: 0

Oceń ten artykuł: od 1 do 5 gwiazdek
(0 głosów) . Jeszcze nie oddano głosów.

Kliknij gwiazdkę, aby od razu oddać ocenę. Klawiaturą wybierz gwiazdkę klawiszem Tab i naciśnij Enter lub spację. Jeden głos na materiał z danej przeglądarki.

Idealne napięcie okresowe ma +2,00 V dla 0 < t < T/2 i −2,00 V dla T/2 < t < T. Wyprowadź bₙ bez korzystania z gotowej tabeli Fouriera. Zapisz przybliżenie zawierające harmoniczne 1, 3 i 5. Oblicz jego wartość przy t = T/4 oraz w miejscu skoku t = 0. Wyjaśnij, dlaczego skończona suma nie może odtworzyć idealnego skoku.

Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
Wskazówka

Rozdziel całkę na dwa półokresy. Wartości cos(nπ) = (−1)ⁿ oraz cos(2nπ) = 1 rozstrzygają, które współczynniki znikają.

Rozwiązanie

1. Liczymy całkę ze znakiem napięcia

Oznaczmy dodatnią wartość U = 2 V. Średnia jest zerowa, a przedłużenie okresowe jest nieparzyste względem zera, więc aₙ = 0. Dla bₙ:

b_n=\frac{2U}{T}\left[\int_0^{T/2}\sin(n\omega_0t)\,dt-\int_{T/2}^{T}\sin(n\omega_0t)\,dt\right].

Pierwsza całka wynosi [1 − (−1)ⁿ]/(nω₀), druga [(−1)ⁿ − 1]/(nω₀). Odejmujemy je, a następnie używamy Tω₀ = 2π. Dostajemy bₙ = 2U[1 − (−1)ⁿ]/(πn). Zatem bₙ = 8/(πn) V dla n nieparzystych i zero dla parzystych.

2. Budujemy przybliżenie i podstawiamy czas

u_5(t)=\frac8\pi\,\mathrm{V}\left[\sin\omega_0t+\frac{\sin3\omega_0t}{3}+\frac{\sin5\omega_0t}{5}\right].

Indeks 5 oznacza najwyższą zachowaną harmoniczną, a nie pięć składników. Przy t = T/4 wartości sinusów wynoszą kolejno 1, −1, 1:

u_5(T/4)=\frac8\pi\left(1-\frac13+\frac15\right)\,\mathrm{V}\approx2{,}207\,\mathrm{V}.

To o około 0,207 V więcej niż zadane 2 V. Ten konkretny punkt nie wyznacza maksymalnego przeregulowania krzywej.

3. Interpretujemy punkt nieciągłości

Przy t = 0 wszystkie sinusy są zerowe, więc u₅(0) = 0. Również graniczny szereg Fouriera przyjmuje w skoku średnią (−2 V + 2 V)/2 = 0. Skończona suma funkcji ciągłych pozostaje ciągła; żadna liczba zachowanych harmonicznych nie utworzy dokładnego skoku.

Wynik: niezerowe bₙ = 8/(πn) V dla n nieparzystych; u₅(T/4) ≈ 2,207 V; u₅(0) = 0. Więcej harmonicznych poprawia opis poza skokiem, lecz nie uprawnia do żądania jednostajnie zanikającego błędu przy nieciągłości.

Powiązana teoria

Szereg Fouriera: harmoniczne, faza i symetria przebiegu

Dalsza lektura

Materiał referencyjny

Najpierw spróbuj samodzielnie. Zapisz dane, wybierz prawa fizyczne i sprawdź jednostki. Przejdź do zadań ze sprawdzaniem odpowiedzi »

Ostatnie materiały autora

Wszystkie materiały autora »

Komentarze (0)

Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.

Dodaj komentarz

Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto

Emotikony

Zaznacz tekst i wybierz formatowanie lub użyj Ctrl/Cmd+B, I, U w polu komentarza. Znaczniki HTML nie są wykonywane.

Wybór wszystkich komentarzy obejmuje odpowiedzi. Powiadomienia wymagają potwierdzenia adresu; zrezygnujesz z nich przez link w wiadomości.

← Wróć do działu: Zadania Do góry ↑
Nie znalazłeś szukanego materiału? Napisz do nas — pomóż nam rozwijać Fizykę dla każdego.