MMehmet Ünlü
Ana SayfaHakkındaProjelerNotlarCVİletişim
EN

Mehmet Ünlü

İTÜ'de Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği okuyorum; tahminleme, bilgisayarlı görü ve veri iş akışlarını hızlandıran uygulamalı projeler geliştiriyorum.

Ana SayfaHakkındaProjelerNotlarCVİletişim
Özet KartıSignalSystemsFourier TransformLaplace

Signals & Systems

Signals & Systems formulas

Signals & Systems

EEF206 — Sinyaller & Sistemler Formül Defteri

EEF206 Formül Defteri Sinyaller & Sistemler

Fourier Serisi (CT) Fourier Dönüşümü (CT) AZ Fourier Serisi DTFT / AZFD Z-Dönüşümü Laplace Dönüşümü Örnekleme Teoremi

Sinyaller & Sistemler — Formül Defteri

EEF206 · İTÜ · Fourier, DTFT, Z-Dönüşümü, Laplace, Örnekleme

FS FD / CTFT AZFS / DTFS DTFT / AZFD Z-Dönüşümü Laplace Örnekleme

§ 01

Fourier Serisi (Sürekli Zaman)

Sentez (Synthesis)

Fourier Serisi Gösterimi

x(t)=∑k=−∞∞ak ejkω0tx(t) = \sum_{k=-\infty}^{\infty} a_k \, e^{jk\omega_0 t}x(t)=k=−∞∑∞​ak​ejkω0​t

ω₀ = 2π/T₀ = 2πf₀ (temel açısal frekans)

Analiz (Katsayı Formülü)

Fourier Serisi Katsayıları

ak=1T0∫T0x(t) e−jkω0t dta_k = \frac{1}{T_0}\int_{T_0} x(t)\, e^{-jk\omega_0 t}\, dtak​=T0​1​∫T0​​x(t)e−jkω0​tdt

Kutup formu: ak=∣ak∣ ejθka_k = |a_k|\,e^{j\theta_k}ak​=∣ak​∣ejθk​, ∣ak∣=r2+w2|a_k|=\sqrt{r^2+w^2}∣ak​∣=r2+w2​, θk=arctan⁡(w/r)\theta_k=\arctan(w/r)θk​=arctan(w/r)

Parseval Özelliği

P=1T0∫T0∣x(t)∣2 dt=∑k=−∞∞∣ak∣2P = \frac{1}{T_0}\int_{T_0}|x(t)|^2\,dt = \sum_{k=-\infty}^{\infty}|a_k|^2P=T0​1​∫T0​​∣x(t)∣2dt=k=−∞∑∞​∣ak​∣2

Reel Sinyal Koşulu

x(t)∈R  ⇒  ak=a−k∗x(t)\in\mathbb{R} \;\Rightarrow\; a_k = a_{-k}^*x(t)∈R⇒ak​=a−k∗​

Yani: ∣ak∣=∣a−k∣|a_k|=|a_{-k}|∣ak​∣=∣a−k​∣ (genlik çift), ∠ak=−∠a−k\angle a_k = -\angle a_{-k}∠ak​=−∠a−k​ (faz tek)

Özellikler

#Özellikx(t)x(t)x(t)aka_kak​
1DoğrusallıkAx1(t)+Bx2(t)Ax_1(t)+Bx_2(t)Ax1​(t)+Bx2​(t)Aak+BbkAa_k + Bb_kAak​+Bbk​
2Zamanda Ötelemex(t−t0)x(t-t_0)x(t−t0​)e−jkω0t0 ake^{-jk\omega_0 t_0}\,a_ke−jkω0​t0​ak​ (∣bk∣=∣ak∣\vert{}b_k\vert{}=\vert{}a_k\vert{}∣bk​∣=∣ak​∣)
3Zaman Terslemex(−t)x(-t)x(−t)a−ka_{-k}a−k​
4Konjügex∗(t)x^*(t)x∗(t)a−k∗a_{-k}^*a−k∗​
5Zamanda Ölçeklemex(αt)x(\alpha t)x(αt) (periyot T0/αT_0/\alphaT0​/α)Aynı aka_kak​, frekans αω0\alpha\omega_0αω0​
6Türevdxdt\dfrac{dx}{dt}dtdx​jkω0 akjk\omega_0\,a_kjkω0​ak​
7İntegral∫−∞tx(τ) dτ\int_{-\infty}^{t}x(\tau)\,d\tau∫−∞t​x(τ)dτakjkω0\dfrac{a_k}{jk\omega_0}jkω0​ak​​  (sadece a0=0a_0=0a0​=0 ise)
8Konvolüsyonx1(t)∗x2(t)x_1(t)*x_2(t)x1​(t)∗x2​(t)T0 ak bkT_0\,a_k\,b_kT0​ak​bk​
9Çarpımx1(t)⋅x2(t)x_1(t)\cdot x_2(t)x1​(t)⋅x2​(t)∑ℓaℓ bk−ℓ\sum_\ell a_\ell\, b_{k-\ell}∑ℓ​aℓ​bk−ℓ​

Önemli Çiftler

x(t)x(t)x(t) (periyot T0T_0T0​)aka_kak​Not
ejnω0te^{jn\omega_0 t}ejnω0​tδ[k−n]\delta[k-n]δ[k−n]tek harmonik
cos⁡(nω0t)\cos(n\omega_0 t)cos(nω0​t)12\tfrac{1}{2}21​ (k=±nk=\pm nk=±n), 000 (diğer)—
sin⁡(nω0t)\sin(n\omega_0 t)sin(nω0​t)12j\tfrac{1}{2j}2j1​ (k=nk=nk=n), −12j-\tfrac{1}{2j}−2j1​ (k=−nk=-nk=−n)—
∑nδ(t−nT0)\sum_{n}\delta(t-nT_0)∑n​δ(t−nT0​)1T0\dfrac{1}{T_0}T0​1​impuls katarı
Periyodik dikdörtgen (darbe genişliği 2T12T_12T1​)2T1T0 sinc ⁣(kω0T1π)=sin⁡(kω0T1)kπ\dfrac{2T_1}{T_0}\,\text{sinc}\!\left(\dfrac{k\omega_0 T_1}{\pi}\right) = \dfrac{\sin(k\omega_0 T_1)}{k\pi}T0​2T1​​sinc(πkω0​T1​​)=kπsin(kω0​T1​)​a0=2T1T0a_0=\frac{2T_1}{T_0}a0​=T0​2T1​​

sinc(x) = sin(πx)/(πx)  ·  sinc(kT₁/T₀) → k'nın T₁/T₀ oranına bağlı değişim

§ 02

Fourier Dönüşümü (CTFT)

İleri Dönüşüm

Fourier Dönüşümü

X(jω)=∫−∞∞x(t) e−jωt dtX(j\omega) = \int_{-\infty}^{\infty} x(t)\,e^{-j\omega t}\,dtX(jω)=∫−∞∞​x(t)e−jωtdt

Ters Dönüşüm

Ters Fourier Dönüşümü

x(t)=12π∫−∞∞X(jω) ejωt dωx(t) = \frac{1}{2\pi}\int_{-\infty}^{\infty} X(j\omega)\,e^{j\omega t}\,d\omegax(t)=2π1​∫−∞∞​X(jω)ejωtdω

Özellikler

#Özellikx(t)x(t)x(t)X(jω)X(j\omega)X(jω)
1Doğrusallıkax(t)+by(t)ax(t)+by(t)ax(t)+by(t)aX(jω)+bY(jω)aX(j\omega)+bY(j\omega)aX(jω)+bY(jω)
2Zaman Ötelemex(t−t0)x(t-t_0)x(t−t0​)e−jωt0X(jω)e^{-j\omega t_0}X(j\omega)e−jωt0​X(jω)  (genlik değişmez!)
3Frekans Ötelemeejω0tx(t)e^{j\omega_0 t}x(t)ejω0​tx(t)X(j(ω−ω0))X(j(\omega-\omega_0))X(j(ω−ω0​))
4Zaman Terslemex(−t)x(-t)x(−t)X(−jω)X(-j\omega)X(−jω)
5Konjügex∗(t)x^*(t)x∗(t)X∗(−jω)X^*(-j\omega)X∗(−jω)
6Ölçeklemex(at)x(at)x(at)1∣a∣X ⁣(jωa)\dfrac{1}{\vert{}a\vert{}}X\!\left(j\dfrac{\omega}{a}\right)∣a∣1​X(jaω​) — zaman↓ → frekans↑
7Türev (zaman)dnxdtn\dfrac{d^n x}{dt^n}dtndnx​(jω)nX(jω)(j\omega)^n X(j\omega)(jω)nX(jω)
8İntegral∫−∞tx(τ) dτ\int_{-\infty}^{t}x(\tau)\,d\tau∫−∞t​x(τ)dτ1jωX(jω)+πX(0)δ(ω)\dfrac{1}{j\omega}X(j\omega)+\pi X(0)\delta(\omega)jω1​X(jω)+πX(0)δ(ω)
9Konvolüsyonx(t)∗h(t)x(t)*h(t)x(t)∗h(t)X(jω)⋅H(jω)X(j\omega)\cdot H(j\omega)X(jω)⋅H(jω)
10Çarpım (Mod.)x(t)⋅h(t)x(t)\cdot h(t)x(t)⋅h(t)12πX(jω)∗H(jω)\dfrac{1}{2\pi}X(j\omega)*H(j\omega)2π1​X(jω)∗H(jω)
11DualiteX(jt)X(jt)X(jt)2π x(−ω)2\pi\,x(-\omega)2πx(−ω)
12Parseval∫−∞∞∣x(t)∣2 dt=12π∫−∞∞∣X(jω)∣2 dω\displaystyle\int_{-\infty}^{\infty}\vert{}x(t)\vert{}^2\,dt = \frac{1}{2\pi}\int_{-\infty}^{\infty}\vert{}X(j\omega)\vert{}^2\,d\omega∫−∞∞​∣x(t)∣2dt=2π1​∫−∞∞​∣X(jω)∣2dω

Temel Çiftler

x(t)x(t)x(t)X(jω)X(j\omega)X(jω)Koşul
δ(t)\delta(t)δ(t)111—
1112πδ(ω)2\pi\delta(\omega)2πδ(ω)—
u(t)u(t)u(t)1jω+πδ(ω)\dfrac{1}{j\omega}+\pi\delta(\omega)jω1​+πδ(ω)—
e−atu(t)e^{-at}u(t)e−atu(t)1a+jω\dfrac{1}{a+j\omega}a+jω1​a>0a>0a>0
te−atu(t)te^{-at}u(t)te−atu(t)1(a+jω)2\dfrac{1}{(a+j\omega)^2}(a+jω)21​a>0a>0a>0
tne−atu(t)t^n e^{-at}u(t)tne−atu(t)n!(a+jω)n+1\dfrac{n!}{(a+j\omega)^{n+1}}(a+jω)n+1n!​a>0a>0a>0
e−a∣t∣e^{-a\vert{}t\vert{}}e−a∣t∣2aa2+ω2\dfrac{2a}{a^2+\omega^2}a2+ω22a​a>0a>0a>0
ejω0te^{j\omega_0 t}ejω0​t2πδ(ω−ω0)2\pi\delta(\omega-\omega_0)2πδ(ω−ω0​)—
cos⁡(ω0t)\cos(\omega_0 t)cos(ω0​t)π[δ(ω−ω0)+δ(ω+ω0)]\pi[\delta(\omega-\omega_0)+\delta(\omega+\omega_0)]π[δ(ω−ω0​)+δ(ω+ω0​)]—
sin⁡(ω0t)\sin(\omega_0 t)sin(ω0​t)πj[δ(ω−ω0)−δ(ω+ω0)]\dfrac{\pi}{j}[\delta(\omega-\omega_0)-\delta(\omega+\omega_0)]jπ​[δ(ω−ω0​)−δ(ω+ω0​)]—
rect ⁣(t2T1)\text{rect}\!\left(\dfrac{t}{2T_1}\right)rect(2T1​t​)2sin⁡(ωT1)ω\dfrac{2\sin(\omega T_1)}{\omega}ω2sin(ωT1​)​—
sin⁡(Wt)πt\dfrac{\sin(Wt)}{\pi t}πtsin(Wt)​rect ⁣(ω2W)\text{rect}\!\left(\dfrac{\omega}{2W}\right)rect(2Wω​)—
∑n=−∞∞δ(t−nT)\sum_{n=-\infty}^{\infty}\delta(t-nT)∑n=−∞∞​δ(t−nT)2πT∑kδ ⁣(ω−k2πT)\dfrac{2\pi}{T}\sum_k\delta\!\left(\omega-k\dfrac{2\pi}{T}\right)T2π​∑k​δ(ω−kT2π​)—

Periyodik Sinyalin FD

X(jω)=∑k=−∞∞2π ak δ(ω−kω0)X(j\omega) = \sum_{k=-\infty}^{\infty} 2\pi\, a_k\, \delta(\omega - k\omega_0)X(jω)=k=−∞∑∞​2πak​δ(ω−kω0​)

FS katsayılarından direkt FD elde edilir

İdeal Alçak Geçiren Filtre

H(jω)={1∣ω∣≤ωc0∣ω∣>ωcH(j\omega) = \begin{cases}1 & |\omega|\leq\omega_c \\ 0 & |\omega|>\omega_c\end{cases}H(jω)={10​∣ω∣≤ωc​∣ω∣>ωc​​

h(t) = sin(ωc·t) / (π·t) → nedensel değil (t<0 için h≠0)

§ 03

Ayrık Zamanlı Fourier Serisi (AZFS)

Sentez

x[n]=∑k=⟨N⟩ak ejk(2π/N)nx[n] = \sum_{k=\langle N\rangle} a_k\, e^{jk(2\pi/N)n}x[n]=k=⟨N⟩∑​ak​ejk(2π/N)n

ω₀ = 2π/N (ayrık temel açısal frekans)
N: periyot (tam sayı, rad cinsinden N=2π/ω0N = 2\pi/\omega_0N=2π/ω0​)

Analiz

ak=1N∑n=⟨N⟩x[n] e−jk(2π/N)na_k = \frac{1}{N}\sum_{n=\langle N\rangle} x[n] \, e^{-jk(2\pi/N)n}ak​=N1​n=⟨N⟩∑​x[n]e−jk(2π/N)n

Periyodik katsayılar: ak+N=aka_{k+N}=a_kak+N​=ak​ → sadece N tane bağımsız aka_kak​

Özellikler

Özellikx[n]x[n]x[n]aka_kak​
DoğrusallıkAx1[n]+Bx2[n]Ax_1[n]+Bx_2[n]Ax1​[n]+Bx2​[n]Aak+BbkAa_k+Bb_kAak​+Bbk​
Zaman Ötelemex[n−n0]x[n-n_0]x[n−n0​]e−jkω0n0 ake^{-jk\omega_0 n_0}\,a_ke−jkω0​n0​ak​
Frekans ÖtelemeejM(2π/N)n x[n]e^{jM(2\pi/N)n}\,x[n]ejM(2π/N)nx[n]ak−Ma_{k-M}ak−M​
Fark Özelliğix[n]−x[n−1]x[n]-x[n-1]x[n]−x[n−1](1−e−jkω0) ak(1-e^{-jk\omega_0})\,a_k(1−e−jkω0​)ak​
Parseval1N∑n=⟨N⟩∣x[n]∣2=∑k=⟨N⟩∣ak∣2\dfrac{1}{N}\displaystyle\sum_{n=\langle N\rangle}\vert{}x[n]\vert{}^2 = \displaystyle\sum_{k=\langle N\rangle}\vert{}a_k\vert{}^2N1​n=⟨N⟩∑​∣x[n]∣2=k=⟨N⟩∑​∣ak​∣2

ℹ

CT ↔ AZ Karşılaştırma: CT-FS'de sonsuz harmonik (k∈Zk\in\mathbb{Z}k∈Z), AZ-FS'de sadece N tane bağımsız harmonik. CT'de katsayılar sürekli frekansta tanımlı, AZ'de kkk ayrık. ejω0ne^{j\omega_0 n}ejω0​n hem zamanda hem frekansta 2π2\pi2π ile periyodik.

§ 04

DTFT — Ayrık Zamanlı Fourier Dönüşümü

İleri Dönüşüm

X(ejω)=∑n=−∞∞x[n] e−jωnX(e^{j\omega}) = \sum_{n=-\infty}^{\infty} x[n]\, e^{-j\omega n}X(ejω)=n=−∞∑∞​x[n]e−jωn

ω: sayısal (dijital) frekans [rad]

Ters Dönüşüm

x[n]=12π∫2πX(ejω) ejωn dωx[n] = \frac{1}{2\pi}\int_{2\pi} X(e^{j\omega})\,e^{j\omega n}\,d\omegax[n]=2π1​∫2π​X(ejω)ejωndω

İntegral herhangi 2π2\pi2π'lik aralık üzerinden (örn. [−π,π][-\pi,\pi][−π,π])

⚡ Kritik Özellik — 2π Periyodikliği

X ⁣(ej(ω+2π))=X ⁣(ejω)(her zaman!)X\!\left(e^{j(\omega+2\pi)}\right) = X\!\left(e^{j\omega}\right) \quad \text{(her zaman!)}X(ej(ω+2π))=X(ejω)(her zaman!)

→ DTFT her zaman dijital frekansta 2π periyodikdir. Frekans eksenini [−π,π][-\pi,\pi][−π,π] ile sınırlamak yeterli.

Özellikler

#Özellikx[n]x[n]x[n]X(ejω)X(e^{j\omega})X(ejω)
1Doğrusallıkax[n]+by[n]ax[n]+by[n]ax[n]+by[n]aX(ejω)+bY(ejω)aX(e^{j\omega})+bY(e^{j\omega})aX(ejω)+bY(ejω)
2Zaman Ötelemex[n−n0]x[n-n_0]x[n−n0​]e−jωn0X(ejω)e^{-j\omega n_0}X(e^{j\omega})e−jωn0​X(ejω)
3Frekans Ötelemeejω0nx[n]e^{j\omega_0 n}x[n]ejω0​nx[n]X(ej(ω−ω0))X(e^{j(\omega-\omega_0)})X(ej(ω−ω0​))
4Zaman Terslemex[−n]x[-n]x[−n]X(e−jω)X(e^{-j\omega})X(e−jω)
5Konjügex∗[n]x^*[n]x∗[n]X∗(e−jω)X^*(e^{-j\omega})X∗(e−jω)
6Konvolüsyonx[n]∗h[n]x[n]*h[n]x[n]∗h[n]X(ejω)⋅H(ejω)X(e^{j\omega})\cdot H(e^{j\omega})X(ejω)⋅H(ejω)
7Çarpımx[n]⋅h[n]x[n]\cdot h[n]x[n]⋅h[n]12πX(ejω)∗H(ejω)\dfrac{1}{2\pi}X(e^{j\omega})*H(e^{j\omega})2π1​X(ejω)∗H(ejω)
8Farkx[n]−x[n−1]x[n]-x[n-1]x[n]−x[n−1](1−e−jω)X(ejω)(1-e^{-j\omega})X(e^{j\omega})(1−e−jω)X(ejω)
9Kümülatif Toplam∑k≤nx[k]\sum_{k\leq n}x[k]∑k≤n​x[k]11−e−jωX(ejω)+πX(ej0)δ(ω)\dfrac{1}{1-e^{-j\omega}}X(e^{j\omega})+\pi X(e^{j0})\delta(\omega)1−e−jω1​X(ejω)+πX(ej0)δ(ω)
10Frekans Türevin⋅x[n]n\cdot x[n]n⋅x[n]jddωX(ejω)j\dfrac{d}{d\omega}X(e^{j\omega})jdωd​X(ejω)
11Parseval∑n=−∞∞∣x[n]∣2=12π∫2π∣X(ejω)∣2 dω\displaystyle\sum_{n=-\infty}^{\infty}\vert{}x[n]\vert{}^2 = \frac{1}{2\pi}\int_{2\pi}\vert{}X(e^{j\omega})\vert{}^2\,d\omegan=−∞∑∞​∣x[n]∣2=2π1​∫2π​∣X(ejω)∣2dω

Temel Çiftler

x[n]x[n]x[n]X(ejω)X(e^{j\omega})X(ejω)Koşul
δ[n]\delta[n]δ[n]111—
δ[n−n0]\delta[n-n_0]δ[n−n0​]e−jωn0e^{-j\omega n_0}e−jωn0​—
u[n]u[n]u[n]11−e−jω+πδ(ω)\dfrac{1}{1-e^{-j\omega}}+\pi\delta(\omega)1−e−jω1​+πδ(ω)—
αnu[n]\alpha^n u[n]αnu[n]11−αe−jω\dfrac{1}{1-\alpha e^{-j\omega}}1−αe−jω1​∣α∣<1\vert{}\alpha\vert{}<1∣α∣<1
(n+1)αnu[n](n+1)\alpha^n u[n](n+1)αnu[n]1(1−αe−jω)2\dfrac{1}{(1-\alpha e^{-j\omega})^2}(1−αe−jω)21​∣α∣<1\vert{}\alpha\vert{}<1∣α∣<1
∣α∣∣n∣\vert{}\alpha\vert{}^{\vert{}n\vert{}}∣α∣∣n∣1−α21−2αcos⁡ω+α2\dfrac{1-\alpha^2}{1-2\alpha\cos\omega+\alpha^2}1−2αcosω+α21−α2​∣α∣<1\vert{}\alpha\vert{}<1∣α∣<1
ejω0ne^{j\omega_0 n}ejω0​n2π∑ℓδ(ω−ω0−2πℓ)2\pi\displaystyle\sum_{\ell}\delta(\omega-\omega_0-2\pi\ell)2πℓ∑​δ(ω−ω0​−2πℓ)—
cos⁡(ω0n)\cos(\omega_0 n)cos(ω0​n)π∑ℓ[δ(ω−ω0−2πℓ)+δ(ω+ω0−2πℓ)]\pi\sum_\ell[\delta(\omega-\omega_0-2\pi\ell)+\delta(\omega+\omega_0-2\pi\ell)]π∑ℓ​[δ(ω−ω0​−2πℓ)+δ(ω+ω0​−2πℓ)]—
sin⁡(ωcn)πn\dfrac{\sin(\omega_c n)}{\pi n}πnsin(ωc​n)​rect(ω/2ωc)\text{rect}(\omega/2\omega_c)rect(ω/2ωc​),  ∣ω∣≤π\vert{}\omega\vert{}\leq\pi∣ω∣≤π—

Ayrık Zamanlı Filtreler

İdeal AGF (Alçak Geçiren)

HAGF(ejω)={1∣ω∣≤ωc0ωc<∣ω∣≤πH_\text{AGF}(e^{j\omega}) = \begin{cases}1 & |\omega|\leq\omega_c \\ 0 & \omega_c<|\omega|\leq\pi\end{cases}HAGF​(ejω)={10​∣ω∣≤ωc​ωc​<∣ω∣≤π​ h[n]=sin⁡(ωcn)πnh[n] = \frac{\sin(\omega_c n)}{\pi n}h[n]=πnsin(ωc​n)​

İdeal YGF (Yüksek Geçiren)

HYGF(ejω)=1−HAGF(ejω)H_\text{YGF}(e^{j\omega}) = 1 - H_\text{AGF}(e^{j\omega})HYGF​(ejω)=1−HAGF​(ejω) h[n]=δ[n]−sin⁡(ωcn)πnh[n] = \delta[n] - \frac{\sin(\omega_c n)}{\pi n}h[n]=δ[n]−πnsin(ωc​n)​

§ 05

Z-Dönüşümü

Tanım

X(z)=∑n=−∞∞x[n] z−n,z=rejωX(z) = \sum_{n=-\infty}^{\infty} x[n]\, z^{-n}, \quad z = re^{j\omega}X(z)=n=−∞∑∞​x[n]z−n,z=rejω

DTFT ile: X(ejω)=X(z)∣z=ejωX(e^{j\omega}) = X(z)\big|_{z=e^{j\omega}}X(ejω)=X(z)​z=ejω​ (birim çember ROC'ta ise)

Transfer Fonksiyonu

H(z)=Y(z)X(z)=∑k=0Mpkz−k∑k=0Ndkz−kH(z) = \frac{Y(z)}{X(z)} = \frac{\sum_{k=0}^{M}p_k z^{-k}}{\sum_{k=0}^{N}d_k z^{-k}}H(z)=X(z)Y(z)​=∑k=0N​dk​z−k∑k=0M​pk​z−k​

Fark denkleminden: ∑dk y[n−k]=∑pk x[n−k]\sum d_k \text{ y}[n-k] = \sum p_k\text{ x}[n-k]∑dk​ y[n−k]=∑pk​ x[n−k]

ROC (Yakınsaklık Bölgesi) Kuralları

Sinyal TipiROC ŞekliKutup İlişkisi
Sağ taraflı (nedensel)∣z∣>Rmax⁡\vert{}z\vert{}>R_{\max}∣z∣>Rmax​En büyük kutupun dışı
Sol taraflı∣z∣<Rmin⁡\vert{}z\vert{}<R_{\min}∣z∣<Rmin​En küçük kutupun içi
İki taraflıR1<∣z∣<R2R_1<\vert{}z\vert{}<R_2R1​<∣z∣<R2​Halka bölge
Sonlu uzunluklu (FIR)Tüm zzz düzlemiz=0z=0z=0 veya z=∞z=\inftyz=∞ hariç

Önemli: ROC, kutup içermez. Birim çember ROC içindeyse → DTFT var.

Temel Z-Dönüşümü Çiftleri

x[n]x[n]x[n]X(z)X(z)X(z)ROC
δ[n]\delta[n]δ[n]111Tüm zzz
δ[n−n0]\delta[n-n_0]δ[n−n0​]z−n0z^{-n_0}z−n0​z≠0z\neq 0z=0 (n0>0n_0>0n0​>0)
u[n]u[n]u[n]zz−1=11−z−1\dfrac{z}{z-1}=\dfrac{1}{1-z^{-1}}z−1z​=1−z−11​∣z∣>1\vert{}z\vert{}>1∣z∣>1
−u[−n−1]-u[-n-1]−u[−n−1]11−z−1\dfrac{1}{1-z^{-1}}1−z−11​∣z∣<1\vert{}z\vert{}<1∣z∣<1
αnu[n]\alpha^n u[n]αnu[n]11−αz−1=zz−α\dfrac{1}{1-\alpha z^{-1}}=\dfrac{z}{z-\alpha}1−αz−11​=z−αz​∣z∣>∣α∣\vert{}z\vert{}>\vert{}\alpha\vert{}∣z∣>∣α∣
−αnu[−n−1]-\alpha^n u[-n-1]−αnu[−n−1]11−αz−1\dfrac{1}{1-\alpha z^{-1}}1−αz−11​∣z∣<∣α∣\vert{}z\vert{}<\vert{}\alpha\vert{}∣z∣<∣α∣
nαnu[n]n\alpha^n u[n]nαnu[n]αz−1(1−αz−1)2\dfrac{\alpha z^{-1}}{(1-\alpha z^{-1})^2}(1−αz−1)2αz−1​∣z∣>∣α∣\vert{}z\vert{}>\vert{}\alpha\vert{}∣z∣>∣α∣
(n+1)αnu[n](n+1)\alpha^n u[n](n+1)αnu[n]1(1−αz−1)2\dfrac{1}{(1-\alpha z^{-1})^2}(1−αz−1)21​∣z∣>∣α∣\vert{}z\vert{}>\vert{}\alpha\vert{}∣z∣>∣α∣
cos⁡(ω0n)u[n]\cos(\omega_0 n)u[n]cos(ω0​n)u[n]1−cos⁡(ω0)z−11−2cos⁡(ω0)z−1+z−2\dfrac{1-\cos(\omega_0)z^{-1}}{1-2\cos(\omega_0)z^{-1}+z^{-2}}1−2cos(ω0​)z−1+z−21−cos(ω0​)z−1​∣z∣>1\vert{}z\vert{}>1∣z∣>1
sin⁡(ω0n)u[n]\sin(\omega_0 n)u[n]sin(ω0​n)u[n]sin⁡(ω0)z−11−2cos⁡(ω0)z−1+z−2\dfrac{\sin(\omega_0)z^{-1}}{1-2\cos(\omega_0)z^{-1}+z^{-2}}1−2cos(ω0​)z−1+z−2sin(ω0​)z−1​∣z∣>1\vert{}z\vert{}>1∣z∣>1

Özellikler

Özellikx[n]x[n]x[n]X(z)X(z)X(z)ROC
Doğrusallıkax1+bx2ax_1+bx_2ax1​+bx2​aX1+bX2aX_1+bX_2aX1​+bX2​⊇R1∩R2\supseteq R_1\cap R_2⊇R1​∩R2​
Zaman Ötelemex[n−n0]x[n-n_0]x[n−n0​]z−n0X(z)z^{-n_0}X(z)z−n0​X(z)RRR
Z-Ölçeklemeαnx[n]\alpha^n x[n]αnx[n]X(z/α)X(z/\alpha)X(z/α)∣α∣R\vert{}\alpha\vert{}R∣α∣R
Zaman Terslemex[−n]x[-n]x[−n]X(z−1)X(z^{-1})X(z−1)1/R1/R1/R
Z-Domain Türevn⋅x[n]n\cdot x[n]n⋅x[n]−zdXdz-z\dfrac{dX}{dz}−zdzdX​RRR
Konvolüsyonx[n]∗h[n]x[n]*h[n]x[n]∗h[n]X(z)H(z)X(z)H(z)X(z)H(z)⊇R1∩R2\supseteq R_1\cap R_2⊇R1​∩R2​
Konjügex∗[n]x^*[n]x∗[n]X∗(z∗)X^*(z^*)X∗(z∗)RRR

Ters Z — Kısmi Kesirler (M < N, basit kökler)

H(z)=∑ℓ=1NAℓ1−λℓz−1H(z) = \sum_{\ell=1}^{N} \frac{A_\ell}{1-\lambda_\ell z^{-1}}H(z)=ℓ=1∑N​1−λℓ​z−1Aℓ​​ Aℓ=[(1−λℓz−1)H(z)]z=λℓA_\ell = \left[(1-\lambda_\ell z^{-1})H(z)\right]_{z=\lambda_\ell}Aℓ​=[(1−λℓ​z−1)H(z)]z=λℓ​​

ROC'a göre sağ/sol taraflı sinyal seçilir:
∣z∣>∣λ∣|z|>|\lambda|∣z∣>∣λ∣: αnu[n]\alpha^n u[n]αnu[n]  |  ∣z∣<∣λ∣|z|<|\lambda|∣z∣<∣λ∣: −αnu[−n−1]-\alpha^n u[-n-1]−αnu[−n−1]

Kararlılık & Nedensellik

KoşulROCKutuplar
Nedensel∣z∣>Rmax⁡\vert{}z\vert{}>R_{\max}∣z∣>Rmax​—
BIBO KararlıBirim çember içinde—
Kararlı + NedenselRmax⁡<1R_{\max}<1Rmax​<1Tüm kutuplar ∣z∣<1\vert{}z\vert{}<1∣z∣<1
KararsızBirim çember ROC dışı∃∣pk∣≥1\exists\vert{}p_k\vert{}\geq 1∃∣pk​∣≥1

§ 06

Laplace Dönüşümü

Tanım

X(s)=∫−∞∞x(t) e−st dt,s=σ+jωX(s) = \int_{-\infty}^{\infty} x(t)\,e^{-st}\,dt, \quad s = \sigma + j\omegaX(s)=∫−∞∞​x(t)e−stdt,s=σ+jω

FD ile: X(jω)=X(s)∣s=jωX(j\omega)=X(s)\big|_{s=j\omega}X(jω)=X(s)​s=jω​ (ROC jωj\omegajω eksenini içeriyorsa)

Ters Laplace

x(t)=12πj∫c−j∞c+j∞X(s) est dsx(t) = \frac{1}{2\pi j}\int_{c-j\infty}^{c+j\infty} X(s)\,e^{st}\,dsx(t)=2πj1​∫c−j∞c+j∞​X(s)estds

Pratikte kısmi kesirler + tabloya başvur

Temel Laplace Çiftleri

x(t)x(t)x(t)X(s)X(s)X(s)ROC
δ(t)\delta(t)δ(t)111Tüm sss
u(t)u(t)u(t)1s\dfrac{1}{s}s1​σ>0\sigma>0σ>0
e−atu(t)e^{-at}u(t)e−atu(t)1s+a\dfrac{1}{s+a}s+a1​σ>−a\sigma>-aσ>−a
−e−atu(−t)-e^{-at}u(-t)−e−atu(−t)1s+a\dfrac{1}{s+a}s+a1​σ<−a\sigma<-aσ<−a
eatu(−t)e^{at}u(-t)eatu(−t)1s−a\dfrac{1}{s-a}s−a1​σ<a\sigma<aσ<a
te−atu(t)te^{-at}u(t)te−atu(t)1(s+a)2\dfrac{1}{(s+a)^2}(s+a)21​σ>−a\sigma>-aσ>−a
tne−atu(t)t^n e^{-at}u(t)tne−atu(t)n!(s+a)n+1\dfrac{n!}{(s+a)^{n+1}}(s+a)n+1n!​σ>−a\sigma>-aσ>−a
e−atcos⁡(bt) u(t)e^{-at}\cos(bt)\,u(t)e−atcos(bt)u(t)s+a(s+a)2+b2\dfrac{s+a}{(s+a)^2+b^2}(s+a)2+b2s+a​σ>−a\sigma>-aσ>−a
e−atsin⁡(bt) u(t)e^{-at}\sin(bt)\,u(t)e−atsin(bt)u(t)b(s+a)2+b2\dfrac{b}{(s+a)^2+b^2}(s+a)2+b2b​σ>−a\sigma>-aσ>−a
tnt^ntnn!sn+1\dfrac{n!}{s^{n+1}}sn+1n!​σ>0\sigma>0σ>0

Özellikler

Özellikx(t)x(t)x(t)X(s)X(s)X(s)ROC
Doğrusallıkax1+bx2ax_1+bx_2ax1​+bx2​aX1+bX2aX_1+bX_2aX1​+bX2​R1∩R2R_1\cap R_2R1​∩R2​
Zaman Ötelemex(t−t0)x(t-t_0)x(t−t0​)e−st0X(s)e^{-st_0}X(s)e−st0​X(s)RRR
sss-Ötelemees0tx(t)e^{s_0 t}x(t)es0​tx(t)X(s−s0)X(s-s_0)X(s−s0​)R+Re{s0}R+\text{Re}\{s_0\}R+Re{s0​}
Ölçeklemex(at)x(at)x(at)1∣a∣X ⁣(sa)\dfrac{1}{\vert{}a\vert{}}X\!\left(\dfrac{s}{a}\right)∣a∣1​X(as​)aRaRaR
Türev (zaman)dxdt\dfrac{dx}{dt}dtdx​sX(s)−x(0−)sX(s)-x(0^-)sX(s)−x(0−)⊇R\supseteq R⊇R
nnn.ci türevdnxdtn\dfrac{d^n x}{dt^n}dtndnx​snX(s)−sn−1x(0−)−⋯−x(n−1)(0−)s^n X(s)-s^{n-1}x(0^-)- \cdots - x^{(n-1)}(0^-)snX(s)−sn−1x(0−)−⋯−x(n−1)(0−)⊇R\supseteq R⊇R
İntegral∫−∞tx dτ\int_{-\infty}^{t}x\,d\tau∫−∞t​xdτ1sX(s)\dfrac{1}{s}X(s)s1​X(s)R∩{σ>0}R\cap\{\sigma>0\}R∩{σ>0}
Konvolüsyonx(t)∗h(t)x(t)*h(t)x(t)∗h(t)X(s)H(s)X(s)H(s)X(s)H(s)R1∩R2R_1\cap R_2R1​∩R2​
sss-Domain Türev−t x(t)-t\,x(t)−tx(t)ddsX(s)\dfrac{d}{ds}X(s)dsd​X(s)RRR
İlk Değer Teor.x(0+)=lim⁡s→∞s X(s)x(0^+) = \lim_{s\to\infty} s\,X(s)x(0+)=lims→∞​sX(s) (sağ taraflı, süreksizlik yoksa)
Son Değer Teor.lim⁡t→∞x(t)=lim⁡s→0s X(s)\lim_{t\to\infty}x(t) = \lim_{s\to 0} s\,X(s)limt→∞​x(t)=lims→0​sX(s) (kutuplar sol yarı düzlemde ise)

Ters Laplace — Kısmi Kesirler

Basit kökler

X(s)=∑kAks−pk,Ak=(s−pk)X(s)∣s=pkX(s) = \sum_k \frac{A_k}{s-p_k}, \quad A_k = (s-p_k)X(s)\big|_{s=p_k}X(s)=k∑​s−pk​Ak​​,Ak​=(s−pk​)X(s)​s=pk​​

m. mertebe tekrarlanan kök p0p_0p0​

A0,r=1(m−r)![dm−rdsm−r(s−p0)mX(s)]s=p0A_{0,r} = \frac{1}{(m-r)!}\left[\frac{d^{m-r}}{ds^{m-r}}(s-p_0)^m X(s)\right]_{s=p_0}A0,r​=(m−r)!1​[dsm−rdm−r​(s−p0​)mX(s)]s=p0​​

Diferansiyel denklem → H(s):
∑akdkydtk=∑bkdkxdtk\sum a_k \frac{d^k y}{dt^k} = \sum b_k \frac{d^k x}{dt^k}∑ak​dtkdky​=∑bk​dtkdkx​   ⇒  H(s)=∑bksk∑aksk\;\Rightarrow\; H(s)=\dfrac{\sum b_k s^k}{\sum a_k s^k}⇒H(s)=∑ak​sk∑bk​sk​

Kararlılık & Nedensellik

KoşulROC / Kutuplar
Nedenselσ>σmax⁡\sigma > \sigma_{\max}σ>σmax​ (en büyük kutupun sağı)
BIBO KararlıROC jωj\omegajω eksenini içerir
Kararlı + NedenselTüm kutuplar Re{pk}<0\text{Re}\{p_k\}<0Re{pk​}<0
Kararsız∃\exists∃ kutup Re{pk}>0\text{Re}\{p_k\}>0Re{pk​}>0

Frekans Yanıtı

H(jω)=H(s)∣s=jωH(j\omega) = H(s)\big|_{s=j\omega}H(jω)=H(s)​s=jω​

Sadece BIBO kararlı sistemlerde geçerlidir

§ 07

Örnekleme Teoremi

İmpuls Treni Örneklemesi

xp(t)=x(t)⋅p(t),p(t)=∑n=−∞∞δ(t−nT)x_p(t) = x(t)\cdot p(t), \quad p(t)=\sum_{n=-\infty}^{\infty}\delta(t-nT)xp​(t)=x(t)⋅p(t),p(t)=n=−∞∑∞​δ(t−nT) Xp(jω)=1T∑k=−∞∞X ⁣(j(ω−kωs))X_p(j\omega) = \frac{1}{T}\sum_{k=-\infty}^{\infty} X\!\left(j(\omega-k\omega_s)\right)Xp​(jω)=T1​k=−∞∑∞​X(j(ω−kωs​))

ωs = 2π/T = örnekleme (açısal) frekansı
XpX_pXp​: XXX'in ölçeklenmiş kaydırılmış kopyalarının toplamı

Nyquist Örnekleme Kriteri

ωs>2ωM⟺fs>2fM\omega_s > 2\omega_M \quad \Longleftrightarrow \quad f_s > 2f_Mωs​>2ωM​⟺fs​>2fM​
TerimTanım
ωs=2π/T\omega_s = 2\pi/Tωs​=2π/TÖrnekleme frekansı
ωM\omega_MωM​Sinyaldeki maksimum frekans
2ωM2\omega_M2ωM​Nyquist oranı (ωs bu değeri aşmalı)
ωM\omega_MωM​Nyquist frekansı (yarı Nyquist oranı)

İdeal Yeniden Yapılandırma (AGF ile)

Yeniden Yapılandırma Filtresi

H(jω)={T∣ω∣≤ωc0∣ω∣>ωcH(j\omega) = \begin{cases}T & |\omega|\leq\omega_c \\ 0 & |\omega|>\omega_c\end{cases}H(jω)={T0​∣ω∣≤ωc​∣ω∣>ωc​​ ωM<ωc<ωs−ωM\omega_M < \omega_c < \omega_s - \omega_MωM​<ωc​<ωs​−ωM​

Sinc Enterpolasyonu

xr(t)=∑nx(nT)⋅ωcTπ⋅sin⁡(ωc(t−nT))ωc(t−nT)x_r(t)=\sum_n x(nT)\cdot\frac{\omega_c T}{\pi}\cdot\frac{\sin(\omega_c(t-nT))}{\omega_c(t-nT)}xr​(t)=n∑​x(nT)⋅πωc​T​⋅ωc​(t−nT)sin(ωc​(t−nT))​

ωc=ωs/2\omega_c=\omega_s/2ωc​=ωs​/2 seçilirse: xr(t)=∑x(nT)sinc ⁣(t−nTT)x_r(t)=\sum x(nT)\text{sinc}\!\left(\frac{t-nT}{T}\right)xr​(t)=∑x(nT)sinc(Tt−nT​)

Sıfırıncı Dereceden Tutma (ZOH)

ZOH Transfer Fonksiyonu

H0(jω)=e−jωT/2⋅2sin⁡(ωT/2)ωH_0(j\omega) = e^{-j\omega T/2}\cdot\frac{2\sin(\omega T/2)}{\omega}H0​(jω)=e−jωT/2⋅ω2sin(ωT/2)​

ZOH Sonrası Gereken Filtre

Hr(jω)=ejωT/2H(jω)2sin⁡(ωT/2)H_r(j\omega) = \frac{e^{j\omega T/2}H(j\omega)}{2\sin(\omega T/2)}Hr​(jω)=2sin(ωT/2)ejωT/2H(jω)​

ZOH → kaba yaklaşım. Doğrusal tutucu (FOH) daha iyi sonuç verir.

Takma (Aliasing)

Takma Koşulu

ωs<2ωM  ⇒  takma (aliasing)!\omega_s < 2\omega_M \;\Rightarrow\; \text{takma (aliasing)!}ωs​<2ωM​⇒takma (aliasing)!

Frekans Dönüşümü

ω0  ⟶  ωs−ω0(ωs/2<ω0<ωs)\omega_0 \;\longrightarrow\; \omega_s - \omega_0 \quad (\omega_s/2 < \omega_0 < \omega_s)ω0​⟶ωs​−ω0​(ωs​/2<ω0​<ωs​)

Sonuç: orijinal frekans daha düşük bir sahte frekansa dönüşür.
ωs=ω₀ ise yeniden yapılandırılan sinyal sabittir (DC).

Analog ↔ Dijital Dönüşüm (ADC / DAC)

Analog → Dijital (ADC)

xs(t)=xc(t)⋅∑kδ(t−kTs)x_s(t) = x_c(t)\cdot\sum_k\delta(t-kT_s)xs​(t)=xc​(t)⋅k∑​δ(t−kTs​) Xs(jω)=1Ts∑kXc ⁣(j ⁣(ω−k2πTs))X_s(j\omega) = \frac{1}{T_s}\sum_k X_c\!\left(j\!\left(\omega-k\frac{2\pi}{T_s}\right)\right)Xs​(jω)=Ts​1​k∑​Xc​(j(ω−kTs​2π​)) x[n]=xc(nTs)x[n] = x_c(nT_s)x[n]=xc​(nTs​)

Dijital → Analog (DAC / İdeal)

h(t)=Tsωcπsin⁡(ωct)ωcth(t) = T_s\frac{\omega_c}{\pi}\frac{\sin(\omega_c t)}{\omega_c t}h(t)=Ts​πωc​​ωc​tsin(ωc​t)​

Koşul: ωs=2π/Ts>2ωc\omega_s = 2\pi/T_s > 2\omega_cωs​=2π/Ts​>2ωc​ (örtüşme olmaması için)

⚡

Özet: ADC: xc(t)→×p(t)xs(t)→do¨nu¨s¸tu¨ru¨cu¨x[n]x_c(t)\xrightarrow{\times p(t)} x_s(t) \xrightarrow{\text{dönüştürücü}} x[n]xc​(t)×p(t)​xs​(t)do¨nu¨s¸​tu¨ru¨cu¨​x[n]. DAC: x[n]→impulsxs(t)→H(jω)xr(t)≈xc(t)x[n]\xrightarrow{\text{impuls}} x_s(t)\xrightarrow{H(j\omega)} x_r(t)\approx x_c(t)x[n]impuls​xs​(t)H(jω)​xr​(t)≈xc​(t). Nyquist koşulu sağlandığında tam geri kazanım mümkün.

Hızlı Referans — Tutucular

TutucuH(jω)H(j\omega)H(jω) BüyüklüğüÇıkışNot
ZOH (0. dereceden)2sin⁡(ωT/2)ω\dfrac{2\sin(\omega T/2)}{\omega}ω2sin(ωT/2)​BasamaklıSüreksiz
FOH (1. dereceden)1T[sin⁡(ωT/2)ω/2]2\dfrac{1}{T}\left[\dfrac{\sin(\omega T/2)}{\omega/2}\right]^2T1​[ω/2sin(ωT/2)​]2Doğrusal parçalıSürekli
İdeal SincTTT (geçiş bandında sabit)MükemmelNedensel değil

Not dosyaları

eef206_sinyaller_sistemler_formul_defteri

HTML · 45 KB

Yeni sekmede açİndir