图2.13展示了一个简易接收机的原理图。为了计算用户指定的x值对应的双曲余弦值,我们需要利用双曲余弦的定义:[ \cosh(x) = \frac{e^x + e^{-x}}{2} ]。使用这个公式,我们可以编写一个程序来计算。当x为3.0时,通过程序计算的双曲余弦值应该与MATLAB中的内建函数cosh(x)的结果完全相同。你能想象这两个结果会有差别吗?用MATLAB打印出这个函数的图象时,我们还能发现,当x为何值时,这个函数有最小值?最小值又是多少呢?更多关于双曲余弦高斯光束的传输性质,可以查看这个链接。
让我们探讨压缩弹簧中的能量。根据公式[ F = kx ],F代表弹力,单位为N;k代表劲度系数,单位为N/m。存储在压缩弹簧中的势能公式为[ E = \frac{1}{2}kx^2 ]。考虑四个不同的弹簧:弹簧1的力为20N,劲度系数k为500N/m;弹簧2的力为24N,劲度系数k为600N/m;弹簧3的力为22N,劲度系数k为700N/m;弹簧4的力为20N,劲度系数k为800N/m。编写一个程序,计算每一个弹簧的压缩量和弹力势能。你会惊讶于哪一个弹簧的弹力最大!想了解更多弹簧系统的研究,可以点击这里。
接下来是一个最简单的调幅收音接收机,如图2.13所示。这个接收机由一个RLC振荡电路组成,这个电路包括一个电阻、一个电容和一个电感,将它们连接到天线和大地。LC电路的共振频率公式为[ f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} ]。输入L和C的值,例如L=0.1mH,C=0.5nF,计算出共振频率。你能猜到共振频率是多少吗?如果你对共振频率的细节感兴趣,别忘了查看这个资源。
电阻上的电压可以通过频率计算,公式为[ V_R = \frac{R}{\sqrt{R^2 + (\omega L - \frac{1}{\omega C})^2}} V_0 ],其中ω=2πf,以Hz为单位的频率。假设L=0.1mH,C=0.25nF,R=50Ω,V0=10mV。绘制电阻电压随频率变化的函数图象,找出在何频率下电阻上的电压最大。这一频率被称为电路的固有频率。若频率比固有频率大百分之十,此时电阻上的电压为多少?这说明了收音接收机是如何选台的。要进一步了解信号处理,可以参考这篇文章。
假设两个信号同时被天线接收,一个信号的大小为1V,频率为1000kHz,另一个信号的大小为1V,频率为950kHz。计算每个信号给负载R的功率,第一个信号相对第二个信号的增益或衰减是多少?与第一个信号相比,第二个信号增益或衰减了多少?这些问题的答案隐藏在信号之间的微妙变化中!要深入探讨双曲余弦函数及其应用,可以点击这个链接。
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