[Elettronica] Frequenza di campionamento

floppyes
Ciao a tutti!

Sono in difficoltà con questo esercizio di elettronica, non riesco a capire proprio come trovare il risultato.

"Si consideri il seguente circuito in cui [tex]v_i(t)[/tex] è un segnale sinusoidale con frequenza [tex]f_i=1kHz[/tex] e [tex]v_2[/tex] è un segnale ad onda quadra a valor medio nullo e frequenza [tex]f_2=300Hz[/tex]. Il segnale [tex]v_a(t)[/tex] è applicato in ingresso ad un filtro passa-basso ideale con frequenza di taglio [tex]f_t=1.3kHz[/tex]. Per campionare correttamente il segnale [tex]v_a(t)[/tex] in uscita al filtro, il valore minimo della frequenza di campionamento [tex]f_s[/tex] da adottare risulta:"
[fcd="Schema elettrico"][FIDOCAD]
MC 30 50 0 0 470
FCJ
TY 15 55 4 3 0 0 0 * V1
TY 40 55 4 3 0 0 0 *
MC 50 70 0 0 470
FCJ
TY 40 70 4 3 0 0 0 * V2
TY 60 75 4 3 0 0 0 *
MC 60 60 0 0 080
FCJ
TY 65 65 4 3 0 0 0 * R2
TY 65 70 4 3 0 0 0 * 2k
MC 90 35 0 0 080
FCJ
TY 90 20 4 3 0 0 0 * R3
TY 90 25 4 3 0 0 0 * 10k
MC 50 50 0 0 080
FCJ
TY 50 35 4 3 0 0 0 * R1
TY 50 40 4 3 0 0 0 * 2k
MC 80 60 2 1 580
MC 30 95 0 0 040
MC 190 100 0 0 040
LI 30 65 30 95 0
LI 30 95 125 95 0
LI 30 50 50 50 0
LI 60 50 80 50 0
LI 80 50 80 35 0
LI 80 35 85 35 0
LI 105 35 105 55 0
LI 105 55 125 55 0
RV 125 50 175 105 0
LI 50 90 50 90 0
LI 50 90 50 95 0
LI 50 70 50 60 0
LI 50 60 60 60 0
LI 70 60 80 60 0
LI 85 35 85 35 0
LI 85 35 90 35 0
LI 105 35 100 35 0
LI 135 95 155 95 0
LI 155 95 135 95 0
LI 135 95 135 70 0
LI 135 70 135 95 0
LI 135 95 160 95 0
LI 160 95 150 95 0
LI 150 95 150 80 0
LI 150 80 135 80 0
MC 160 95 0 0 074
FCJ
TY 160 100 4 3 0 0 0 * fT
TY 170 105 4 3 0 0 0 *
MC 135 70 3 0 074
LI 175 95 190 95 0
LI 190 95 190 100 0
LI 175 55 190 55 0
LI 190 90 190 70 0
LI 190 70 190 70 0
LI 120 90 120 70 0
MC 120 70 3 0 074
FCJ
TY 110 75 4 3 0 0 0 * Va
TY 130 75 4 3 0 0 0 *
MC 190 70 3 0 074
FCJ
TY 195 75 4 3 0 0 0 * Vo
TY 200 75 4 3 0 0 0 *
SA 30 95 0
SA 50 95 0
SA 80 50 0
SA 105 55 0
SA 190 55 0[/fcd]

Il risultato è [tex]f_s=2kHz[/tex]

Per risolverlo bisogna sicuramente applicare il teorema di Nyquist, sapendo che la frequenza di campionamento [tex]f_s>2f_M[/tex] dove la [tex]f_M[/tex] è la frequenza del segnale originale, quello che arriva in ingresso al filtro passa basso.

Ora non riesco a capire quanto vale la frequenza in ingresso. Io so che ho due sorgenti di tensione, quindi la tensione [tex]v_a[/tex] può essere calcolata con il principio di sovrapposizione degli effetti.

Il problema però è che non so come calcolarla quando al posto dei normali generatori in cui c'è scritto il numero di volt, ho delle frequenze.

Riuscite a darmi qualche dritta su come calcolare [tex]v_a[/tex]? :-D

Grazie
Ciaoo!

Risposte
elgiovo
Come hai detto tu, ti basta applicare la sovrapposizione degli effetti. A prescindere da quanto vale il trasferimento di $v_1(t)$ e $v_2(t)$ in uscita, te li ritroverai in qualche modo sommati (assumendo che il circuito non forzi a \(\displaystyle 0 \) uno dei due trasferimenti). In linea di principio, però, il segnale a monte del filtro passa-basso contiene armoniche da $f=f_2$ fino a $f = \infty$, visto che $v_2(t)$ è un'onda quadra. A questo punto entra in gioco il passa-basso ideale con $f_T=1.3\text{kHz}$, infatti l'onda quadra di frequenza $f_2=300\text{Hz}$ avrà componenti armoniche a

\(\displaystyle f = f_2, 3f_2, 5f_2,\ldots \)

dunque l'armonica più alta che non viene filtrata in maniera ideale è quella a $3f_2 = 900\text{Hz}$. A questo punto allora la frequenza massima in gioco rimane quella della sinusoide a $1\text{kHz}$, che passa inalterata nel filtro. Da qui la risposta.

floppyes
Ciao!

Grazie mille per la risposta! Non riuscivo proprio a capire come fare per risolverlo! Quindi in questi esercizi io devo sempre controllare le due frequenze e vedere quale viene filtrata dal passa-basso!

Un'ultima domanda su questo esercizio:
[fcd="Schema elettrico"][FIDOCAD]
MC 30 60 0 0 470
FCJ
TY 40 65 4 3 0 0 0 * Vs
TY 40 70 4 3 0 0 0 *
MC 105 40 0 0 080
FCJ
TY 105 25 4 3 0 0 0 * R2
TY 105 30 4 3 0 0 0 * 10k
MC 45 40 0 0 080
FCJ
TY 45 25 4 3 0 0 0 * R1
TY 45 30 4 3 0 0 0 * 10k
MC 75 60 2 1 580
MC 70 70 0 0 450
FCJ
TY 80 75 4 3 0 0 0 * V1
TY 80 80 4 3 0 0 0 * 1V
MC 30 80 0 0 040
MC 70 90 0 0 040
MC 195 95 0 0 040
LI 30 60 30 40 0
LI 30 40 45 40 0
LI 55 40 105 40 0
LI 70 40 70 50 0
LI 70 50 75 50 0
LI 100 55 120 55 0
LI 120 55 120 40 0
LI 120 40 115 40 0
LI 115 40 120 40 0
LI 120 55 130 55 0
LI 75 60 70 60 0
LI 70 60 70 70 0
LI 70 90 130 90 0
LI 130 90 130 40 0
LI 130 40 170 40 0
LI 170 40 170 95 0
LI 170 95 130 95 0
LI 130 95 130 90 0
LI 135 85 155 85 0
LI 155 85 135 85 0
LI 135 85 135 60 0
LI 170 90 190 90 0
LI 190 90 195 90 0
LI 195 90 195 95 0
LI 170 55 195 55 0
LI 195 85 195 70 0
MC 195 70 3 0 074
FCJ
TY 200 75 4 3 0 0 0 * Vo
TY 205 60 4 3 0 0 0 *
MC 155 85 0 0 074
FCJ
TY 155 85 4 3 0 0 0 * ft
TY 165 95 4 3 0 0 0 *
MC 135 60 3 0 074
MC 120 65 3 0 074
FCJ
TY 120 70 4 3 0 0 0 * Va
TY 130 55 4 3 0 0 0 *
LI 150 85 150 70 0
LI 150 70 135 70 0
LI 120 65 120 85 0
TY 25 60 4 3 0 0 0 * +
TY 25 75 4 3 0 0 0 * -
SA 70 90 0
SA 70 40 0
SA 120 55 0[/fcd]

"Sia [tex]v_s(t)[/tex] è un segnale ad onda quadra a valor medio nullo con ampiezza di picco [tex]V_{iM}=1V[/tex] e periodo [tex]T=0.2ms[/tex]. La tensione [tex]v_a(t)[/tex] in uscita all'amplificatore viene filtrata da un filtro passa basso ideale con frequenza di taglio [tex]f_T=19kHz[/tex]. Il numero [tex]N[/tex] di riche che formano lo spettro del segnale [tex]v_o(t)[/tex] in uscita dal filtro, inclusa eventualmente la continua risulta:"

Io so che se in uno filtro entrano ad esempio 4 frequenze, allora il numero di righe sarà uguale a 4.

In questo caso mi ricavo la frequenza base dal periodo, quindi [tex]f=5000Hz[/tex]. Essendo un'onda quadra vado a calcolare le frequenze dispari, quindi ottengo:
[tex]f_3=15000Hz[/tex]
[tex]f_5=25000Hz[/tex]

Quest'ultima supera il mio filtro quindi non devo contarla, allora io direi che le righe dello spettro sono [tex]2[/tex],

Leggendo bene la consegna dell'esercizio però c'è scritto che può essere:
inclusa eventualmente la continua


Una sola conferma: la continua è quella che trovo dal generatore [tex]V_1[/tex], in quanto per il principio di sovrapposizione degli effetti, io spengo il generatore [tex]V_s[/tex] quindi riesco a trovare che l'uscita [tex]v_a[/tex] vale 2V, e quindi devo aggiungere la terza riga giusto? Oppure ci sono altre motivazioni?

Grazie per l'aiuto.
Ciao :)

elgiovo
E' giusto come hai detto tu. :wink:
L'onda quadra è a media nulla, quindi di per sè non ti dà una riga in $f=0$. Considerando anche $V_1$ invece avrai anche un valore in continua e quindi una riga nell'origine, infatti il filtro è di tipo passa-basso e in quanto tale non taglia il valore in DC.

floppyes
Perfetto grazie mille :D

Un'ultima cosa invece sui filtri passa banda

Ho questo circuito qua:
[fcd="Schema elettrico"][FIDOCAD]
MC 30 60 0 0 470
FCJ
TY 40 65 4 3 0 0 0 * V1(t)
TY 40 70 4 3 0 0 0 *
MC 90 40 0 0 080
FCJ
TY 90 25 4 3 0 0 0 * R2
TY 90 30 4 3 0 0 0 * 10k
MC 45 40 0 0 080
FCJ
TY 45 25 4 3 0 0 0 * R1
TY 45 30 4 3 0 0 0 * 10k
MC 75 60 2 1 580
MC 70 90 0 0 040
LI 30 60 30 40 0
LI 30 40 45 40 0
LI 55 40 90 40 0
LI 70 40 70 50 0
LI 70 50 75 50 0
LI 100 55 120 55 0
LI 120 55 120 40 0
LI 120 40 115 40 0
LI 100 40 120 40 0
LI 120 55 130 55 0
LI 75 60 70 60 0
LI 70 60 70 70 0
LI 70 90 130 90 0
LI 130 90 130 40 0
LI 130 40 170 40 0
LI 170 40 170 95 0
LI 170 95 130 95 0
LI 130 95 130 90 0
LI 135 85 155 85 0
LI 155 85 135 85 0
LI 170 90 190 90 0
LI 190 90 195 90 0
LI 170 55 195 55 0
LI 195 85 195 70 0
MC 195 70 3 0 074
FCJ
TY 200 75 4 3 0 0 0 * Vo
TY 205 60 4 3 0 0 0 *
MC 155 85 0 0 074
FCJ
TY 155 85 4 3 0 0 0 * fH
TY 165 95 4 3 0 0 0 *
MC 120 65 3 0 074
FCJ
TY 120 70 4 3 0 0 0 * Va
TY 130 55 4 3 0 0 0 *
LI 155 85 155 70 0
LI 155 70 140 70 0
LI 120 65 120 85 0
TY 25 60 4 3 0 0 0 * +
TY 65 85 4 3 0 0 0 * -
SA 70 90 0
SA 70 40 0
SA 120 55 0
LI 30 80 30 90 0
LI 30 90 75 90 0
MC 70 70 0 0 470
FCJ
TY 80 75 4 3 0 0 0 * V2(t)
TY 80 80 4 3 0 0 0 *
TY 65 70 4 3 0 0 0 * +
TY 25 75 4 3 0 0 0 * -
LI 140 85 140 70 0
TY 135 85 4 3 0 0 0 * fL[/fcd]

"Si consideri il seguente circuito, dove [tex]v_1(t)=V_{iM}sen(2 \pi f_1t)[/tex] con [tex]f_1=4.5kHz[/tex] e [tex]v_2(t)[/tex] è un segnale ad onda quadra con valor medio nullo con periodo [tex]T_2=0.4ms[/tex]. La tensione [tex]v_a(t)[/tex] in uscita all'amplificatore viene filtrata da un filtro passa banda ideale con [tex]f_L=3kHz[/tex] e [tex]f_H=0kHz[/tex]. Il numero N di righe che costituiscono lo spettro del segnale [tex]v_o(t)[/tex] in uscita dal filtro risulta:"

Il risultato è [tex]N=2[/tex]

Io so che il filtro passa-banda mi fa passare tutte le frequenze comprese da [tex]f_L[/tex] e [tex]f_H[/tex].
Io ho due frequenze:
[tex]f_1=4500kHz[/tex] e [tex]f_2=2500Hz[/tex].

Quello che non riesco a capire è come far passare queste due frequenze nel filtro passa banda, perchè solo con l'onda quadra passa sia la frequenza base sia la terza frequenza: [tex]f_3=7500Hz[/tex].

Grazie
Ciao :)

elgiovo
Devi aver sbagliato a scrivere il valore di $f_H$ (dubito sia 0kHz), comunque se $f_L=3kHz$ la prima armonica dell'onda quadra ($f_1 = 2.5kHz$) non passa.

floppyes
Ciao!

Si scusa [tex]f_H=9kHz[/tex].

Quindi la prima armonica dell'onda quadra non passa, allora controllo la terza armonica [tex]f_3=7500Hz[/tex] e quindi questa armonica passa in quando è superiore a [tex]f_L[/tex] ma inferiore a [tex]f_H[/tex].
Ora controllo la [tex]f_5=1250Hz[/tex] che è troppo alta rispetto a [tex]f_H[/tex] e quindi non passa.
Allora da questa frequenza trovo la prima riga dello spettro.

Mi rimane ora da verificare la frequenza [tex]f_1[/tex]. Essendo [tex]f_1=4500Hz[/tex] è superiore a [tex]f_L[/tex] ma inferiore a [tex]f_H[/tex], quindi trovo la seconda dello spettro.

In tutto allora le righe sono 2. E' giusto il procedimento? :)

Grazie mille
Ciaoo!

elgiovo
Si è giusto. Se invece avessi un passa-alto bloccheresti tutte le frequenze più basse di una certa $f_T$ e lasceresti passare tutte le altre (così, per completare la casistica di filtri...)

floppyes
Ciao!

Perfetto grazie mille :)
Un'ultima conferma su questo esercizio e sono a posto :D

"Dato il seguente circuito, si assuma [tex]v_1(t)=1Vsen(2 \pi f_0t)[/tex] con [tex]f_o=1kHz[/tex], e per le tensioni di uscita del comparatore i valori [tex]V_{OH}=5V[/tex] e [tex]V_{OL}=-5V[/tex]. L'uscita [tex]v_c(t)[/tex]del comparatore sia applicata ad un filtro passa-banda ideale con frequenze di taglio [tex]f_L=500Hz[/tex] e [tex]f_H=3500Hz[/tex]. Volendo convertire in digitale il segnale [tex]v_o(t)[/tex] in uscita al filtro, la frequenza di campionamento [tex]f_s[/tex] minima necessaria per non incorrere in aliasing risulta:"
[fcd="Schema elettrico"][FIDOCAD]
MC 30 60 0 0 470
FCJ
TY 40 65 4 3 0 0 0 * V1(t)
TY 40 70 4 3 0 0 0 *
MC 75 50 0 0 580
MC 70 90 0 0 040
LI 30 65 30 50 0
LI 70 50 75 50 0
LI 100 55 120 55 0
LI 120 55 130 55 0
LI 75 60 70 60 0
LI 70 60 70 70 0
LI 70 90 130 90 0
LI 130 90 130 40 0
LI 130 40 170 40 0
LI 170 40 170 95 0
LI 170 95 130 95 0
LI 130 95 130 90 0
LI 135 85 155 85 0
LI 155 85 135 85 0
LI 170 90 190 90 0
LI 190 90 195 90 0
LI 170 55 195 55 0
LI 195 85 195 70 0
MC 195 70 3 0 074
FCJ
TY 200 75 4 3 0 0 0 * Vo
TY 205 60 4 3 0 0 0 *
MC 155 85 0 0 074
FCJ
TY 155 85 4 3 0 0 0 * fH
TY 165 95 4 3 0 0 0 *
MC 115 65 3 0 074
FCJ
TY 115 70 4 3 0 0 0 * Vc(t)
TY 130 55 4 3 0 0 0 *
LI 155 85 155 70 0
LI 155 70 140 70 0
LI 115 65 115 85 0
TY 25 60 4 3 0 0 0 * +
SA 70 90 0
LI 30 80 30 90 0
LI 30 90 75 90 0
TY 25 75 4 3 0 0 0 * -
LI 140 85 140 70 0
TY 135 85 4 3 0 0 0 * fL
LI 70 50 30 50 0
LI 70 90 70 70 0
LI 85 55 90 35 0
LI 95 35 100 35 0
LI 100 35 100 25 0
LI 100 25 105 25 0
LI 135 60 135 85 0
MC 135 65 3 0 074
FCJ
TY 140 60 4 3 0 0 0 * |H(f)|
TY 150 55 4 3 0 0 0 *[/fcd]

In questo caso so dal teorema di Nyquist che se non voglio avere aliasing bisogna che:
[tex]\frac{f_s}{2}>f_{max}-f_{min}[/tex]

Quindi sapendo che al massimo la mia frequenza può valere 3500Hz e al minimo può valere 500Hz allora ottengo che la frequenza di campionamento [tex]f_s[/tex] deve essere:

\( f_s=2(3500-500)=6000Hz \)
Corretto? :-D

Grazie ancora per il prezioso aiuto!

Ciaoo :D

elgiovo
Ehm.. il risultato è giusto ma il modo in cui l'hai calcolato non c'entra nulla con la vera risoluzione...

Il comparatore trasforma la sinusoide in un'onda quadra con armoniche a $f_0, 3f_0,5f_0\ldots$
(per convincertene fatti un disegno!)

Ora il filtro lascerà passare solo le armoniche a 1kHz e 3kHz, quindi la frequenza massima del tuo segnale è 3kHz, da qui la risposta: 6kHz. Non ti interessa se il tuo segnale è stato filtrato passa-banda, in ogni caso devi andare a vedere quant'è la frequenza massima del suo spettro.

floppyes
Ciao!

Perfetto grazie mille! Ora col disegno torna tutto :D infatti non mi quadrava qualcosa :D

Grazie mille
Ciaoo :)

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