Bài giảng Tín hiệu và hệ thống - Bài 2: Giới thiệu chung về tín hiệu và hệ thống - Đỗ Tú Anh

1Tín Hiệu và Hệ Thống
Bài 2: Giới thiệu chung về
tín hiệu và hệ thống
Đỗ Tú Anh
tuanhdo-ac@mail.hut.edu.vn
Bộ môn Điều khiển tự động, Khoa Điện
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
2Chương 1: Giới thiệu về tín hiệu
và hệ thống
1.1 Khái niệm tín hiệu và hệ thống
1.2 Phân loại tín hiệu
1.3 Kích cỡ của tín hiệu
1.4 Một số phép toán cơ bản
1.5 Một số dạng tín hiệu tiêu biểu
1.6 Tín hiệu chẵn/lẻ
1.7 Hệ thống
1.8 Phân loại hệ thống
1.9 Ghép nối hệ thống-Sơ đồ khối
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3Hệ thống
ƒ Hệ thống điện-điện tử: radio và vô tuyến, sonar và
radar, định vị và dẫn hướng, thiết bị sinh học, vệ tinh, 
theo dõi và điều khiển súng (quân sự), v.v
ƒ Hệ thống cơ khí: máy phân tích rung chấn, hệ
thống giảm xóc, loa, máy đo gia tốc, v.v
ƒ Hệ thống chất lỏng, hệ thống nhiệt
ƒ Hệ thống kinh tế, hệ thống công nghiệp
ƒ Hệ thống sinh học, hóa học, hạt nhân
ƒ
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
4Hệ thống
ƒ Hệ thống: là mô tả toán học một quá trình thực, liên kết tín hiệu
vào (kích thích) với tín hiệu ra (đáp ứng)
ƒ Một hệ thống được đặc trưng bởi một toán tử T làm nhiệm vụ
biến đổi tín hiệu vào thành tín hiệu ra )())(( tytxT =
Hệ thống
T
( )x t ( )y t Hệ thống
T
[ ]x n [ ]y n
Hệ thống
T
1( )x t 1( )y t
( )nx t
#
( )my t
#
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
5
5EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
6
6EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
7EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
8EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
9EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
10EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
11EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
12EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
13EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
14
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
15
Chương 1: Giới thiệu về tín hiệu
và hệ thống
1.1 Khái niệm tín hiệu và hệ thống
1.2 Phân loại tín hiệu
1.3 Kích cỡ của tín hiệu
1.4 Một số phép toán cơ bản
1.5 Một số dạng tín hiệu tiêu biểu
1.6 Tín hiệu chẵn/lẻ
1.7 Hệ thống
1.8 Phân loại hệ thống
1.9 Ghép nối hệ thống-Sơ đồ khối
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
16
Hệ có nhớ/hệ không nhớ
Systems with memory and without memory
ƒ Hệ không nhớ (hệ tĩnh): giá trị của tín hiệu ra ở thời điểm t0 (bất kỳ) 
chỉ phụ thuộc vào giá trị của tín hiệu vào tại t0
– Ví dụ: Điện trở lý tưởng 0 0( ) ( )v t Ri t=
ƒ Hệ có nhớ (hệ động): giá trị của tín hiệu ra ở thời điểm t0 (bất kỳ) 
phụ thuộc vào cả các giá trị khác, ngoài giá trị tại t0, của tín hiệu vào
– Các giá trị tín hiệu vào khác có thể là quá khứ (t < t0), hoặc tương
lai (t > t0) 
0t
– Ví dụ: Tụ điện 0
1( ) ( )v t i t dt
C −∞
= ∫
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
17
Hệ nhân quả/hệ phi nhân quả
Causal and noncausal systems
ƒ Hệ nhân quả: tín hiệu ra ở thời điểm t0 (bất kỳ) chỉ phụ thuộc vào
các giá trị của tín hiệu vào với 0t t≤
– Đáp ứng không bao giờ đi trước kích thích của nó
– Ví dụ: Tất cả các hệ thống không có nhớ (hệ tĩnh) đều là hệ nhân
quả, điều ngược lại không đúng
Các hệ thống thời gian thực phải là các hệ nhân quả
ƒ Hệ phi nhân quả (hệ tiên đoán): không phải hệ nhân quả
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
18
Hệ nhân quả/hệ phi nhân quả
Causal and noncausal systems
ƒ Không thực hiện được hệ thống trong
thời gian thực
ƒ Phải làm trễ để hệ thành nhân quả
ƒ Hệ phi nhân quả
Đáp ứng xuất hiện trước kích thích
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
19
Hệ tuyến tính/hệ phi tuyến
Linear and nonlinear systems
ƒ Hệ tuyến tính: thỏa mãn hai tính chất
–Tính cộng (Additivity)
–Tính đồng nhất (Homogeneity)
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
20
Hệ tuyến tính/hệ phi tuyến
Linear and nonlinear systems
ƒ Hệ tuyến tính: thỏa mãn nguyên lý xếp chồng (superposition)
[ ] [ ] [ ]1 1 2 2 1 1 2 2( ) ( ) ( ) ( )T a x t a x t a T x t a T x t+ = +
– Tín hiệu vào là 0 thì tín hiệu ra là 0
ƒ Hệ phi tuyến: không thỏa mãn nguyên lý xếp chồng
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
21
Hệ tuyến tính/hệ phi tuyến
Linear and nonlinear systems
– Điện trở, tụ điện
–
– ( ) 3 ( ) 4y t x t= +
Tuyến tính
Phi tuyến
Affine
Hệ tuyến
tính
( )x t ( )y t+
0 ( )y t
( )w t
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
22
Các ví dụ
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
ƒ Khuếch đại lý tưởng
ƒ Khuếch đại thực
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
23
Các ví dụ
ƒ Mạch điện tử với diode
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
24
Các ví dụ
ƒ Điều chế biên độ (Amplitude Modulation-AM)
fc là tần số sóng mang (tần
số trạm radio)
A là hằng số
Tuyến tính
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
25
Các ví dụ
ƒ Điều chế tần số (Frequency Modulation-AM)
fc là tần số sóng mang (tần số trạm radio)
A và kf là hằng số
Phi tuyến
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
26
Hệ bất biến/phụ thuộc thời gian
Time-invariant and Time-varying systems
ƒ Hệ thống đgl bất biến theo thời gian nếu tín hiệu vào bị dịch đi T (bất
kỳ) đơn vị thời gian thì tín hiệu ra cũng bị dịch đi T đơn vị thời gian
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
27
Hệ bất biến/phụ thuộc thời gian
Time-invariant and Time-varying systems
ƒ Hệ thống bất biến theo thời gian
[ ]( ) ( )T x t y t= [ ]( ) ( )T x t T y t T− = − (*)Nếu thì
ƒ Một hệ thống không thỏa mãn (*) đgl phụ thuộc thời gian
ƒ Ví dụ
– là các hằng số, i ia b
– là các hàm số của thời gian, i ia b
bất biến
phụ thuộc
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
28
Hệ bất biến/phụ thuộc thời gian
Time-invariant and Time-varying systems
ƒ Điều chế biên độ (AM)
ƒ Điều chế tần số (FM)
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
29
Hệ liên tục/hệ gián đoạn
Continuous-time and discrete-time systems
ƒ Hệ thống đgl liên tục theo thời gian nếu các tín hiệu vào và ra của hệ
là các tín hiệu liên tục theo thời gian
Hệ thống
Liên tục
( )x t ( )y t
ƒ Hệ thống đgl gián đoạn theo thời gian nếu các tín hiệu vào và ra của
hệ là các tín hiệu gián đoạn theo thời gian
Hệ thống
gián đoạn
[ ]x n [ ]y n
™ Tương tự, ta cũng có khái niệm hệ thống tương tự và hệ thống số
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
30
Các tính chất của hệ thống
ƒ Tính tuyến tính: Thỏa mãn nguyên lý xếp chồng
ƒ Nhớ: Tín hiệu ra ở thời điểm t chỉ phụ thuộc vào tín hiệu vào tại thời
điểm t
ƒ Tính bất biến theo thời gian: 
ƒ Tính nhân quả: Tín hiệu ra ở thời điểm t chỉ phụ thuộc vào tín hiệu
vào ở hiện tại và quá khứ
ƒ Tính khả nghịch đảo (invertibility): Một hệ thống đgl khả nghịch
đảo nếu tín hiệu vào có thể được khôi phục một cách duy nhất từ tín
hiệu ra
Nếu [ ]( ) ( )T x t T y t T− = −[ ]( ) ( )T x t y t= thì
Hệ thống
( )x t ( )y t Hệ thống
nghịch đảo
( )x t
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
31
Các tính chất của hệ thống
ƒ Tính khả nghịch đảo
ƒ Ví dụ khác
– 3( ) ( ), ( ) 2 ( 1) 3y t x t y t x t= = + +
– [ ]2( ) ( ), ( ) sin ( )y t x t y t x t= =
– [ ] [ ]y n nx n=
Khả nghịch đảo
Không khả nghịch đảo
Không khả nghịch đảo
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
32
Chương 1: Giới thiệu về tín hiệu
và hệ thống
1.1 Khái niệm tín hiệu và hệ thống
1.2 Phân loại tín hiệu
1.3 Kích cỡ của tín hiệu
1.4 Một số phép toán cơ bản
1.5 Một số dạng tín hiệu tiêu biểu
1.6 Tín hiệu chẵn/lẻ
1.7 Hệ thống
1.8 Phân loại hệ thống
1.9 Ghép nối hệ thống-Sơ đồ khối
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
33
Ghép nối hệ thống
Nối tiếp
Song song
Kết hợp
Hồi tiếp
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
34
Ghép nối hệ thống
ƒ Mạch RC
Mô hình vào ra: PTVP tuyến tính hệ số hằng
EE3000-Tín hiệu và hệ thống
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt