Warning: include(/var/www/iill7773/data/www/wiselab.ru/wp-content/plugins/wp-super-cache/wp-cache-base.php): failed to open stream: No such file or directory in /home/u7426dd0/domains/wiselab.ru/public_html/wp-content/plugins/wp-super-cache/wp-cache.php on line 65

Warning: include(): Failed opening '/var/www/iill7773/data/www/wiselab.ru/wp-content/plugins/wp-super-cache/wp-cache-base.php' for inclusion (include_path='.:/opt/alt/php55/usr/share/pear:/opt/alt/php55/usr/share/php') in /home/u7426dd0/domains/wiselab.ru/public_html/wp-content/plugins/wp-super-cache/wp-cache.php on line 65

Warning: include_once(/var/www/iill7773/data/www/wiselab.ru/wp-content/plugins/wp-super-cache/ossdl-cdn.php): failed to open stream: No such file or directory in /home/u7426dd0/domains/wiselab.ru/public_html/wp-content/plugins/wp-super-cache/wp-cache.php on line 82

Warning: include_once(): Failed opening '/var/www/iill7773/data/www/wiselab.ru/wp-content/plugins/wp-super-cache/ossdl-cdn.php' for inclusion (include_path='.:/opt/alt/php55/usr/share/pear:/opt/alt/php55/usr/share/php') in /home/u7426dd0/domains/wiselab.ru/public_html/wp-content/plugins/wp-super-cache/wp-cache.php on line 82
данном | Учебники

Записи с меткой «данном»

Расчет аналогового фильтра на операционном усилителе

Расчет аналогового фильтра на операционном усилителе
Теперь рассмотрим проектирование аналогового полосового фильтра на операционном усилителе, схема которого приведена.
Подготовимся к расчету фильтра:
> restart:
Зададим основные уравнения, описывающие работу фильтра на малом сигнале:

Введем круговую частоту:
> omega := 2*Pi*f;
W := 2пf
Найдем коэффициент передачи фильтра и его фазо-частотную характеристику как функции от частоты:
> gain := abs(eva1c(Vo/Vi)):
> phase := evalc(op(2,convert(Vo/Vi.polar))):
Для просмотра громоздких аналитических выражений для этих параметров замените знаки двоеточия у выражений для gain и phase на знак точки с запятой. Далее введем конкретные исходные данные для расчета:
> R3 :=1000:
> R4 := 3000:
> СЗ :=0.08*10^(-6):
> С4 := 0.01*10^(-6):
Построим АЧХ фильтра как зависимость коэффициента передачи в децибелах (dB) от частоты f в Гц:
> plot(DogWf), 20*log10(gain), f=[10..50000], color=black, title=’Коэффициент передачи dB как функция от частоты f в Гц’):
Эта характеристика представлена. Здесь полезно обратить внимание на то, что спад усиления на низких и высоких частотах происходит довольно медленно из-за малого порядка фильтра.
Далее построим фазо-частотную характеристику фильтра как зависимость фазы в радианах от частоты f в Гц:
> plot ([log10(f),phase, f=10..50000], color=black, title=*Фазо-частотная характеристика фильтра*);
Фазо-частотная характеристика (ФЧХ) фильтра показана
На ФЧХ фильтра можно заметить характерный разрыв, связанный с превышением фазовым углом граничного значения я. Такой способ представления фазового сдвига общепринят, поскольку его изменения стремятся вписать в диапазон от -я до п.
Проектирование цифрового фильтра
Основной недостаток аналоговых активных фильтров, подобных описанному выше, заключается в их малом порядке. Его повышение за счет применения многих звеньев низкого порядка ведет к значительному повышению габаритов фильтров и их стоимости. От этого недостатка свободны современные цифровые фильтры, число ячеек которых N даже при однокристальном исполнении может достигать десятков и сотен. далее…

Установка аргумента цвета — ArgColor

Установка аргумента цвета — ArgColor
 
При построении графиков в полярной системе координат полезно использовать цвет, зависящий от фазы комплексного числа. Для этого в подпакете ArgColor служат следующие функции:

  • ArgColor [z] — дает цвет, определяемый фазой комплексного аргумента z;
  • ArgShade [ z ] — дает уровень серого цвета, определяемый фазой комплексного аргумента z.

Действие функции ArgShade иллюстрирует показанный например. Он строит 12 расположенных по окружности кругов с разной степенью окраски (от белого до черного) с помощью функции ArgShade.
Заменив в этом программном модуле функцию ArgShade на ArgColor, вы сможете наблюдать окраску кругов разными цветами. далее…

Анимация графиков различного типа — Animation

Анимация графиков различного типа — Animation
Фактически, техника анимации (оживления) графиков уже была описана. Напомним, что она сводится к подготовке отдельных кадров анимационного рисунка, которые специфицируются особой изменяющейся переменной t. Это не обязательно время, возможно, что t задает размеры изображения, его положение или иную характеристику. Естественно, что имя переменной можно выбирать произвольно.
Подпакет Animation подключается автоматически и в ряде случаев не требует загрузки (хотя на всякий случай его лучше загрузить при использовании средств анимации). Пакет задает две важнейшие функции:

  • Animate [grcom, {t, tmin, tmax, dt] — задает построение серии графических объектов grcom при изменении параметра t от tmin до tmax с шагом dt;
  • ShowAnimation [ {p1,p2, р3,…} ] — дает анимацию последовательным воспроизведением ранее подготовленных объектов p1, р2, рЗ, …

Рисунок показывает пример подготовки к анимации простого графика — функции n*Sin [х] /х при n, меняющемся от 0.1 до 1 с шагом 0.1. Таким образом демонстрируется изменение данной функции по высоте (амплитуде).
При задании анимации есть небольшая проблема — Mathematica автоматически меняет масштаб с тем, чтобы график был наиболее представительным. Но для анимации это недопустимо, поэтому опцией PlotRange задан фиксированный масштаб для всех кадров анимации. Выполнив показанные на команды, можно наблюдать построение всех кадров — для n = 0.1,0.2,0.3,…, 1. 0. Первые три кадра анимации видны на снизу.
Теперь для наблюдения анимации достаточно двойным щелчком выделить первый рисунок. Будет видна быстрая смена кадров. далее…

Задание данных только вещественного типа — RealOnly

Задание данных только вещественного типа — RealOnly
В ряде случаев (как при вычислениях, так и при построении графиков) Mathematica сообщает о наличии у функций особых значений. Это хорошо иллюстрирует, на котором предпринята попытка построения графика, казалось бы, простой функции х^ (1/3). Нетрудно заметить, что график в отрицательной области значений х не построен и перед построением неполного графика выдан целый букет предупреждающих сообщений.
Причина этой частичной неудачи в том, что в некоторых точках данная функция дает комплексные значения. Например:
(-8.0) ^ (1/3)
1. + 1.732051
 Подпакет ReaLOnly не вводит никаких новых функций. далее…

Физические константы и размерные величины — PhysicalConstants

Физические константы и размерные величины — PhysicalConstants
В подпакете PhysicalConstants определено несколько десятков наиболее употребительных физических констант. Они представлены как размерные величины, то есть помимо своего численного значения имеют единицы измерения. Физические константы вводятся своими полными символьными именами, например, как показано в следующей таблице.

Ввод и вывод

 Комментарий

 <<Miscellaneous " PhysicalConstants " SpeedOfLight
299792458 Meter/Second

Загрузка подпакета Скорость света

 Second SpeedOfLight AgeOfUniverse    1. 40902 xl0 26 Meter

 Выражение с константами

 ElectronMass
9 . 10939 x 10- 31 Kilogram

 Масса электрона

 AccelerationDueToGravity 9. 80665 Meter/Second 2

 Ускорение свободного падения

Полные списки физических констант приведены в справочной базе данных по подпакету PhysicalConstants.
Для выполнения физических, химических и иных расчетов в Mathematica предусмотрена возможность работы с размерными переменными. Для этого база данных системы содержит символьные имена практически для всех единиц измерения (времени, массы, расстояния, температуры и т. д.). Данные о них можно найти в справочной базе данных подпакета Units. Там же имеются функции для перевода единиц измерении из одной системы размерных единиц в другую.
Начнем с функции Convert [old, newunits], которая осуществляет преобразование одних единиц в другие. далее…

Города и расстояния — CityData и Geodesy &nbsp

Города и расстояния — CityData и Geodesy  
В подпакете CityData можно найти функции, позволяющие найти координаты большинства крупных городов мира: CityData [city, datatype], CityData [city] иCityData[datatype]. Например:
<<Miscellaneous`CityData`
CityData["Montreal",
CityPosition]
{{45, 30}, {-73, -36}}
CityData["Washington"]
{{CityPosition, {{38, 53, 42}, {-77, -2, -12}}}}
 Координаты (широта и долгота) выдаются в формате {градусы, минуты} или {градусы, минуты, секунды}.
В этом же подпакете есть функции для вычисления расстояний между городами:

  • CityDistance [ "cityl", "pity"] — возвращает расстояние между двумя указанными городами;
  • CityDistance["cityl","city",CityDistanceMethod->Method] — возвращает расстояние между двумя указанными городами со спецификацией метода вычислений (по умолчанию используется функция SphericalDistance из подпакета Geodesy).

Пример вычисления расстояния между городами дан ниже:
CityDistance["Washington", "Montreal"]//N
786.915
Базу данных можно расширять, добавляя в нее информацию о новых городах:
CityPosition[{"Champaign", "USA", "IL"}] = {{40, 7, 5},
{-88, -14, -48}};
 Убедимся, что информация действительно добавлена:
CityData["Champaign", CityPosition]
{{40, 7, 5}, {-88, -14, -48}}
 Для добавления новых полей в базу данных можно использовать функцию AppendTc (см. урок 9). Например, добавим поле для хранения информации о населении:
AppendTo[$CityFields, CityPopulation]
 Теперь введем в базу данных информацию о населении Вашингтона:
CityPopulation[{"Washington", "USA", "DC"}] = 638000;
Проверим результат, запросив всю имеющуюся в базе информацию об этом городе:
CityData["Washington"]
{{CityPosition, {{38, 53, 42}, {-77, -2, -12}}},
{CityPopulation, 638000}}
 Как видите, результат теперь включает новую информационную категорию —
CityPopulation. 
В подпакете Geodesy есть функции, вычисляющие расстояние между двумя точками с учетом выпуклости Земли:

  • SphericalDistance [posl,pos2] — вычисляет расстояние между двумя точками в предположении, что Земля — идеальный шар (сфера);
  • SpheroidalDistance [posl,pos2] — вычисляет расстояние между двумя точками в предположении, что Земля — приплюснутый шар (сфероид).

Примеры вычислений по этим функциям представлены ниже:
SphericalDistance[{0, 0}, {45,-45}] //N
6671.7
SpheroidalDistance[{0, 0}, {45, 45}] //N
6662.47 % — %%
-9.23014
 
Географические и картографические данные — WortdData, WorldNames и WorldPlot
В пакете Miscellaneous имеется база данных по странам мира. Доступ к ней открывает подпакет WorldData. Для этого имеется функция WorldData [ "Страна" ], возвращающая список координат конечных отрезков прямых, которые задают контурный график — карту заданной страны. Например, данные по Азербайджану можно получить следующим образом:
<<Miscellaneous` WorldData`
WorldData["Azerbaijan"]
{{{2378, 2689}, {2374, 2770}, {2344, 2806}, {2330, 2770}, {2378, 2689}}, {{2361, 2849}, {2419, 2781}, {2472, 2701}, {2445, 2823}, {2509, 2778}, {2473, 2871}, {2510, 2915}, {2414, 3024}, {2307, 2933}, {2376, 2888}, {2361, 2849}}}
 Попробуйте сами найти данные по России (Russia) — мы их не приводим ввиду громоздкости списка, что вполне естественно, поскольку Россия — крупнейшая страна мира и имеет самую длинную границу (контурную линию) с многочисленными изломами.
В подпакете WorldNames имеется список стран, систематизированный по континентам: Africa, Asia, Europa, MiddleEa.st, NorthAmerica, Oceania, South-America и World (весь мир). Например, так можно узнать, какие страны расположены в Океании:
<<Miscellaneous`WorldNames`
Oceania // InputForm
{"Indonesia", "Papua New Guinea", "Fiji", "Australia", "New Zealand")
Наиболее эффектными являются возможности подпакета WorldPlot, функции которого позволяют строить карты любой страны или всего мира:

  • WorldPlot [countrylist] — построение карты страны по списку ее данных;
  • WorldPlot [countrylist, RandomColors] — построение карты страны по списку ее данных с раскраской случайными цветами;
  • WorldPlot [countrylist, RandomGrays] — построение карты страны по списку ее данных с раскраской случайными оттенками серого цвета;
  • WorldPlot [ {countrylist, colorfunc} ] — построение карты страны по списку ее данных с раскраской по функции colorfunc;
  • WorldPlot [ {countrylist, colorlist) ] — построение карты страны по списку ее данных с раскраской по списку colorlist.

На показано построение контурной карты России (верхний рисунок) и цветной карты мира. Раскраска достигается применением директивы RandomColors.
Следующий рисунок показывает возможность композиционного изображения картографических изображений. На нем построена карта Америки и особо выделены (более темным цветом) территории Канады и Мексики. Здесь для цветовых выделений использована директива GrayLevel, позволяющая задавать степень густоты серого цвета. далее…