Aufgabe 2.2: Gleichsignalanteile

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Die Grafik zeigt einige Zeitsignale, die für alle Zeiten (von $-\infty$ bis $+\infty$) definiert sind. Bei allen sechs Beispielsignalen $x_i(t)$ kann für die zugehörige Spektralfunktion geschrieben werden:

$$X_i(f)=A_0\cdot{\rm \delta}(f)+\Delta X_i(f).$$

Hierbei bezeichnen

• $A_0$ den Gleichsignalanteil, und
• $\Delta X_i(f)$ das Spektrum des um den Gleichanteil verminderten Restsignals $\Delta x_i(t) = x_i(t) - A_0$.

Hinweise:

• Die Aufgabe gehört zum Kapitel Gleichsignal - Grenzfall eines periodischen Signals.
• Sollte die Eingabe des Zahlenwertes „0” erforderlich sein, so geben Sie bitte „0.” ein.

Fragebogen

1

Welche der Signale beinhalten einen Gleichanteil, das heißt, bei welchen Signalen ist $A_0 \neq 0$?

	Signal $x_1(t),$
	Signal $x_2(t),$
	Signal $x_3(t),$
	Signal $x_4(t),$
	Signal $x_5(t),$
	Signal $x_6(t).$

2

Bei welchen der Signale gilt für das „Restspektrum” $\Delta X_i(f) =0$?

	Signal $x_1(t),$
	Signal $x_2(t),$
	Signal $x_3(t),$
	Signal $x_4(t),$
	Signal $x_5(t),$
	Signal $x_6(t).$

3

Wie groß ist der Gleichanteil des Signals $x_3(t)$?

$x_3(t)\hspace{-0.1cm}:\,\,A_0$ = V

4

Wie groß ist der Gleichanteil des Signals $x_4(t)$?

$x_4(t)\hspace{-0.1cm}:\,\,A_0$ = V

5

Wie groß ist der Gleichanteil des Signals $x_6(t)$?

$x_6(t)\hspace{-0.1cm}:\,\,A_0$ = V

Musterlösung

Musterlösung

1. Alle Signale mit Ausnahme von $x_2(t)$ beinhalten einen Gleichsignalanteil   ⇒   Richtig sind somit die Antworten 1, 3, 4, 5 und 6.

2. Subtrahiert man vom Signal $x_5(t)$ den Gleichanteil 1V, so ist das Restsignal $\Delta x_5(t) = x5(t) – 1\text{V}$ gleich Null. Dementspechend ist auch die Spektralfunktion $\Delta X_5(f) = 0$.

Bei allen anderen Zeitverläufen ist $\Delta x_i(t)$ ungleich 0 und damit auch die dazugehörige Spektralfunktion $\Delta X_i(f)$   ⇒   Richtig ist allein der Lösungsvorschlag 5.

3. Bei einem periodischen Signal genügt zur Berechnung des Gleichsignalanteils $A_0$ die Mittelung über eine Periodendauer. Beim Beispielsignal $x_3(t)$ ist diese $T_0 = 3\,\text{ms}$. Damit ergibt sich der gesuchte Gleichanteil zu

$$A_0=\rm \frac{1}{3\,ms}(1\,V\cdot 1\,ms+(-1\,V)\cdot 2\,ms) \hspace{0.15cm}\underline{=-0.333\,V}.$$

4. Für das Signal x4(t) kann geschrieben werden: x4(t) = 0.5 V + Δx4(t). Hierbei bezeichnet Δx4(t) einen Rechteckimpuls der Amplitude 0.5 V und der Dauer 4 ms, der aufgrund seiner endlichen Dauer nicht zum Gleichsignalanteil beiträgt. Deshalb gilt hier A0 = 0.5 V.

5. Die allgemeine Gleichung zur Berechnung des Gleichsignalanteils lautet:

$$A_0=\lim_{T_{\rm M}\to \infty}\frac{1}{T_{\rm M}}\int_{-T_{\rm M}/2}^{+T_{\rm M}/2}x(t)\, {\rm d }t.$$

Spaltet man dieses Integral in zwei Teilintegrale auf, so erhält man:

$$A_0=\lim_{T_{\rm M}\to \infty}\frac{1}{T_{\rm M}}\int _{-T_{\rm M}/2}^{0}0 {\rm V} \cdot\, {\rm d } {\it t }+\lim_{T_{\rm M}\to \infty}\frac{1}{T_{\rm M}}\int _{0}^{T_{\rm M}/2}1 \rm V\cdot\, {\rm d }{\it t }.$$

Nur der zweite Term liefert einen Beitrag. Daraus folgt wiederum $$A_0 = 0.5 V$$.