درس سیگنال‌ها و سیستم‌ها یکی از مهم‌ترین دروس ارائه شده در مقطع کارشناسی ارشد رشته‌های برق و کامپیوتر است. از آنجایی که مدارهای الکتریکی ساده و سیستمهای مخابراتی پیشرفته از یک نظریه کلی پیروی می‌کنند، این درس نیز متمرکز به روی همین نظریه سیستمهای خطی و تغییرناپذیر با زمان است. وبسایت آموزشی فرادرس دوره‌های بسیار متنوع از این درس را در قالب چند پکیج تدارک دیده است تا دانشجویان کارشناسی به راحتی بتوانند در کنکور ارشد رتبه دلخواه خود را بدست آورند.
سیگنال‌ها و سیستم‌ها در کنار بقیه دروس رشته برق
تحصیل در رشته مهندسی برق (Electrical Engineering)، به دلیل استفاده روزافزون از انواع مدارهای الکتریکی در ایران، به یکی از مهم‌ترین و پرطرفدارترین رشته‌های فنی و مهندسی تبدیل شده است. از این‌رو، آموزش مهندسی برق و دروس مهم این رشته برای دانشجویان و فارغ‌التحصیلانی که قصد دارند در این حرفه به درجات عالی برسند از اهمیت ویژه‌ای برخوردار شده است.
دوره‌های آموزشی دروسی نظیر مدارهای الکتریکی، ماشین‌های الکتریکی، الکترونیک، سیگنال‌ها و سیستم‌ها، الکترومغناطیس، مکاترونیک و غیره همگی توسط اساتید مجرب در فرادرس تهیه شده‌اند که شرکت در آنها به دانشجویان رشته‌های برق و کامپیوتر به شدت توصیه می‌شود.
دوره مدارهای الکتریکی 1 فرادرس
در دوره مدارهای الکتریکی ۱ که از درس‌های پایه‌ای تمامی گرایش‌های مهندسی برق است، دانشجویان با تحلیل مدارهای الکتریکی ساده، مقاومت‌ها، خازن‌ها، سلف‌ها، تقویت کننده‌ها و ترانسفورماتورها و… آشنا می‌شوند. این درس همچنین پیش‌نیاز دروس پیشرفته‌تر نظیر الکترونیک ۱ و ۲ است.
این دوره شامل ده درس است که تمامی نیازهای دانشجویان رشته‌های برق و کامپیوتر برآورده خواهد کرد:
- مفاهیم و تعاریف پایه
- بار، جریان و ولتاز الکتریکی
- انرژی و توان
- المان‌های مدار
- قوانین پایه
- گره، شاخه، حلقه
- قوانین اهم
- قوانین کیرشهف
- مقاومت‌های سری، قانون تقسیم ولتاژ
- مقاومت‌های موازی، قانون تقسیم جریان
- تبدیل ستاره به مثلث و بالعکس
- روش‌های آنالیز
- بررسی گره
- بررسی گره با منابع ولتاژ
- بررسی ترکیبی با گره و مش
- بررسی مش
- بررسی مش با جریان برق
- قضایای شبکه
- قضیه جمع آثار
- تبدیل منابع
- قضیه تونن، نورتن
- چگونگی استخراج مدار معادل‌های تونن و نورتن
- قضیه انتقال حداکثر توان
- تقویت کننده‌های عملیاتی
- تقویت کننده‌های عملیاتی ایده‌آل، مثبت، منفی، سیگنال، تفاضلی، و کسکد
- خازن‌ها القاگرها
- خازن‌های سری و موازی
- سلف‌های سری و موازی
- مدارهای الکتریکی مرتبه اول
- مدار RC در حالت ورودی صفر
- مدار RL در حالت ورودی صفر
- مدرهای الکتریکی مرتبه دوم
- یافتن شرایط اولیه و شرایط نهایی در مدارات مرتبه ۲
- تحلیل مدارهای مرتبه دوم کلی
- مبانی مدارهای LTI
- معادلات دیفرانسیل مدارها
- انتگرال کانولوشن
- خاصیت‌های کانولوشن
- حل ترسیمی انتگرال کانولوشن
- آنالیز حالت دائمی سینوسی
- سینوس‌ها
- فازورهای
- امپدانس، ادمیتانس
دروس پیش‌نیاز این دوره، فیزیک ۲ و آموزش معادلات دیفرانسیل است که هر دو توسط اساتید مجرب نیز در سایت فرادرس آموزش داده می‌شوند.
دوره‌های دیگر فرادرس، مختص دانشجویان در رشته‌ی برق
همانطور که گفتیم، تحصیل در رشته برق (در انواع گرایش‌های آن) باب میل بسیاری از دانشجویانی است که به رشته‌های فنی و مهندسی علاقه وافری دارند. فرادرس برای دانشجویان عزیزی که قصد دارند تمامی دروس این رشته را به صورت کامل آموزش ببینند، دوره‌های مختلفی را در پکیج‌های بسیار عالی تهیه کرده است که در ادامه با دروس آشنا خواهید شد:
- دوره مدارهای الکتریکی ۱: شامل تحلیل مدارهای ساده، مقاومت‌ها، خازن‌ها، سلف‌ها و ترانسفورماتورها
- دوره مدارهای الکتریکی ۲: شامل تحلیل‌های سطح بالاتر مدارهای الکتریکی ساده و پیشرفته، درک عملکرد یک سیستم الکترونیکی
- دوره الکترونیک ۱: شامل آشنایی با دنیای مدارهای الکترونیک، تحلیل و طراحی آنها و آشنایی با مفاهیم پایه‌ای
- دوره الکترونیک ۲: شامل آشنایی با چگونگی عبور جریان الکترونیکی، سیستم‌ها و توضیحات تکمیلی در مورد الکترونیک 1
- دوره آشنایی با مبانی مهندسی برق ۱: شامل دو بخش مدارهای الکتریکی و الکترونیکی است
- دوره ابزار دقیق (Instrumentation): شامل آشنایی با انواع متغیرها در مدارهای الکترونیکی و الکتریکی مانند دما، فلو، فشار، سطح مایع و غیره
- دوره مدار منطقی: شامل تحلیل و طراحی اجزای پایه‌ای سیستمهای دیجیتالی مثل مدارهای ترکیبی، ترتیبی و شمارنده‌ها و غیره
- دوره زبان تخصصی مهندسی برق
- دوره مبانی الکترونیک: شامل ارائه مفاهیم تئوریک به همراه شبیه‌سازی عملی و کاربردی
- دوره آموزش تکنیک پالس: شامل آشنایی با مفاهیم اولیه سیگنال‌ها و سیستم‌ها و چگونگی حل مسائل تکنیک پالس
- دوره مخصوص حفاظت و رله
- دوره اصول اندازه‌گیری الکتریکی: شامل آشنایی با پردازش پارامترهای اولیه، سیگنال‌های خام سنسورها و غیره
- دوره آشنایی با فیلترهای مجتمع: شامل آشنایی با ساختارهای مختلف و طراحی انواع فیلترهای مجتمع و نحوه تنظیم مشخصات فیلتر در فناوری‌های جدید
- دوره کنترل تطبیقی و تقویتی ویژه مهندسی کنترل: شامل آشنایی با پارامترهای کنترل‌کننده، تغییر دینامیک، آشنایی با یادگیری ماشینی برای تنظیم سیگنال‌ها و سیستم‌ها
انواع سیگنال‌ها
مبحث سیگنال‌ها و سیستم‌ها به دو موضوع اصلی می‌پردازد که شامل اطلاعات و چگونگی تاثیرگذاری آنها در پدیده‌ها می‌شوند. برای تعریف دقیق سیگنال و سیستم می‌توان چنین گفت:
- سیگنال رخدادی متغیر است که اطلاعاتی را منتقل می‌کند
- سیستم مجموعه‌ای ماژول‌هایی است که سیگنال‌ها را می‌گیرد و پاسخ‌های قابل قبولی را تولید می‌کند
در فرادرسِ آموزش انواع سیگنال به طور جدی و دقیق به هر آنچه که مربوط به سیگنال‌ها و سیستم‌ها می‌شود، پرداخته شده است و پکیج بسیار مناسبی برای دانشجویان رشته‌های برق و کامپیوتر تهیه شده است. برای مثال، انواع سیگنال‌های پایه مثل تابع پله واحد، تابع ضربه واحد، سیگنال شیب، سیگنال سهمی و سیگنال سینوسی به طور کامل تشریح شده‌اند.
از طرف دیگر، سیگنال‌ها را می‌توان از نظر ویژگی‌هایی که دارند، به چند دسته تقسیم‌بندی کرد:
- سیگنال‌های پویسته و گسسته
- سیگنال‌های قطعی و غیرقطعی
- سیگنال‌های زوج و فرد
- سیگنال‌های دوره‌ای و نادوره‌ای
- سیگنال‌های حقیقی و موهومی
مجموعه آموزش‌های پردازش سیگنال‌ها
پردازش سیگنال (Signal Processing) به تکنولوژی راهبردی گفته می‌شود که با کمک آن نظریه‌های بنیادی، برنامه‌های کاربردی (Application)، الگوریتم‌ها، و راه‌اندازی پردازش و انتقال دیتاها در فرمت‌های فیزیکی و غیره را که به عنوان سیگنال‌ها شناخته می‌شوند را دربر می‌گیرد.
آموزش پردازش سیگنال سایت فرادرس شامل 12 درس است که هر یک از این دروس هم دارای سرفصل‌های متنوعی می‌باشند. وبسایت فرادرس کلیه آموزش‌های لازم در مورد پردازش سیگنال‌ها را برای دانشجویان رشته‌های برق و کامپیوتر فراهم آورده است. 12 عنوان آموزشی پردازش سیگنال‌ها به شرح ذیل می‌باشند:
- آموزش تجزیه و تحلیل سیگنال‌ها و سیستم‌ها: شامل مثال‌های عملی در مورد سیگنال‌ها و سیستم‌ها
- آموزش پردازش سیگنال‌های دیجیتال با متلب: شامل ارائه کامل موارد اساسی مرتبط و ده‌ها نمونه کد آماده و دفترچه راهنمای مربوط به کدها
- آموزش پردازش سیگنال‌های واقعی در متلب: شامل ارائه داده‌های واقعی مراحل پردازش سیگنال‌ها در متلب؛ از فراخوانی داده‌ها تا پیش‌پردازش، استخراج و حذف ویژگی‌های نامناسب
- آموزش مقدماتی پردازش سیگنال‌ها با پایتون (Python): شامل سرفصل‌های مربوط به تشخیص گفتار، پردازش زبان طبیعی در هوش مصنوعی، سونار (Sonar)، رادار و مخابرات
- آموزش مقدماتی پردازش صوت با متلب: شامل سرفصل‌های اولیه در مورد پردازش صوت با استفاده از نرم‌افزار متلب
- آموزش تجزیه سیگنال به مولفه‌های مود ذاتی یا Empirical Mode Decomposition: شامل سرفصل‌هایی مرتبط با روش‌های موجود برای تشخیص محتوای زمان-فرکانس سیگنال‌ها
- آموزش تجزیه و تحلیل سیگنال‌ها و سیستم‌ها (تست کنکور ارشد)
- کاربردهای پردازش سیگنال‌های صدا و ارتعاشات در سامانه‌های مکانیکی و زیستی در متلب (Matlab)
- آموزش شبیه‌سازی کانال‌های محوشدگی در متلب: شامل تعاریف برخی از مدل‌ها و کاربردهای متعادل‌سازی سیگنال دریافتی و بررسی اثر نویز
- آموزش جداسازی کور سیگنال منبع (BSS) با آنالیز مولفه‌های مستقل (ICA): شامل سرفصل‌هایی درباره جداسازی سیگنال‌های مرکب دریافتی و استخراج اطلاعات مورد نظر
- آموزش تئوری آشکارسازی (Detection Theory)
- آموزش پردازش سیگنال دیجیتال (DSP)
آموزش سیگنال‌ها و سیستم‌ها
یکی از مباحث اولیه و پایه رشته‌های مهندسی به خصوص مهندسی‌های برق و کامپیوتر، علوم مربوط به تجزیه و تحلیل سیگنال‌ها اعم از آنالوگ و دیجیتال و سیستمهای مرتبط با آنها است. از آنجایی که این درس برای هر سه مقطع کارشناسی، کارشناسی ارشد و دکترا رشته برق بسیار حائز اهمیت است، بر آن شدیم تا فرادرس این مبحث را به طور دقیق‌تری معرفی کنیم.
در فرادرس آموزش سیگنال‌ها و سیستم‌ها سعی شده تا این مبحث بسیار مهم با روشی روان و شیوا به همراه مثال‌های متنوع و عملی آموزش داده شود. هدف از تهیه این فرادرس، یادگیری هرچه بهتر تئوری‌ها به سوی عملی استفاده کردن از این دانش بوده است.
دوره آموزشی سیگنال‌ها و سیستمهای فرادرس
دوره آموزشی سیگنال‌ها و سیستمهای فرادرس شامل 6 درس است که هر یک از آنها دارای انشعابات مختلف و متنوعی هستند. هدف اصلیْ آموختن چگونگی تجزیه و تحلیل سیگنال‌ها و سیستم‌ها است. فهرست دروس ارائه شده در این فرادرس به شرح ذیل می‌باشد:
- معرفی سیگنال‌ها و سیستم‌ها
- تعاریف اولیه
- انواع سیگنال‌ها
- انواع سیستم‌ها
- آشنایی با ویژگی‌های سیستم‌ها: ویژگی وابسته به زمان، حافظه‌دار و بی‌حافظه بودن، ویژگی‌های مستقل از زمان، خطی بودن، پایداری و معکوس‌پذیری
- آشنایی با سیستمهای LTI و بررسی ویژگی‌های آنها
- تعریف تابع تبدیل سیستمهای LTI، پاسخ ضربه
- سیستمهای LTI پویسته در زمان و رابطه میان ورودی-خروجی
- سیستمهای LTI گسسته در زمان و نحوه ارتباط با ورودی-خروجی
- انواع هم‌بندی سیستم‌ها که شامل هم‌بندی موازی، سِری و بازخوردی می‌شوند
- جمع‌بندی خواص
- سری فوریه سیگنال‌های گسسته و پیوسته
- سری فوریه سیگنال‌های پیوسته در زمان متناوب
- خواص و ویژگی‌های مرتبط با سری فوریه سیگنال‌های پیوسته در زمان متناوب
- خواص و ویژگی‌های مرتبط با سری فوریه سیگنال‌های گسسته در زمان متناوب
- سری فوریه سیگنال‌های گسسته در زمان متناوب (فرمول‌های آنالیز و سنتز)
- ارتباط سری فوریه با سیستمهای LTI پیوسته و گسسته
- تبدیل فوریه سیگنال‌های پیوسته و گسسته
- تعریف تبدیل فوریه سیگنال‌های پیوسته در زمان
- خواص و ویژگی‌های مرتبط با تبدیل فوریه سیگنال‌های پیوسته
- ارتباط تبدیل فوریه تابع ضربه سیستمهای LTI با ضرایب سری فوریه سیگنال
- تبدیل لاپلاس
- تعریف فرمول‌های آنالیز تبدیل لاپلاس
- شرایط همگرایی و ویژگی‌های لاپلاس
- تبدیل Z
- ارتباط تبدیل Z و تبدیل فوریه گسسته در زمان
- شرایط همگرایی و ویژگی‌های تبدیل Z
آموزش مخابرات آنالوگ (Analog) و دیجیتال (Digital)
در عصری که از آن به عصر ارتباطات یاد می‌شود، داشتن دانش پایه و عمومی و پایه در حوزه ارتباطات و مخابرات آنالوگ (Analog) و دیجیتال (Digital) نه تنها مفید است بلکه می‌تواند سکوی پرتابی برای افراد علاقمند در این حوزه باشد. از این‌رو، آموزش مخابرات آنالوگ و دیجیتال (Digital and Analog Telecommunication)، علاوه‌بر اینکه برای دانشجویان رشته برق مخابرات و برق الکترونیک مناسب است، برای سایر علاقه‌مندان رشته‌های مرتبط با کامپیوتر و فناوری اطلاعات (IT) و همچنین سایر رشته‌های فنی مهندسی نیز مفید خواهد بود.
دوره آموزشی مخابرات آنالوگ و دیجتیال وبسایت فرادرس
فردارس ِ مخابرات آنالوگ و دیجیتال دارای طیف وسیعی از دروس و سرفصل‌های بسیار کاربردی است که در ادامه به تشریح آنها پرداخته‌ایم:
- تبدیل سیگنال آنالوگ به گسسته و دیجتیال
- تبدیل سیگنال‌های آنالوگ (Analog) به دیجتیال (Digital) و قضیه نمونه‌برداری
- کوآنتیزاسیون یا Quantization
- کمینه‌سازی یکنواخت و غیریکنواخت
- کمینه‌سازی بهینه و بُرداری
- کدگذاری
- شکل موج
- سازمان‌دهی (Modulation) کد پالس
- سازمان‌دهی کد پالس تفاضلی
- سازمان‌دهی دلتا
- سازمان‌دهی دلتای وفقی
- تجزیه و تحلیل صوت دیجیتال در سیستمهای تلفن ثابت
- سازمان‌دهی (Modulation) دیجیتال در کانال باند پایه (Base Band) با نویز سفید گاوسی جمع‌پذیر
- انواع کانال‌ها
- متعامدسازی گرم-اشمیت
- مدولاسیون‌های پالس دودیی
- گیرنده بهینه برای سیگنال‌های مدوله شده دودویی
- آشکارساز بهینه
- ارسال سیگنال‌های دیجیتالی از طریق راه (Channel) باند محدود (Limited Band)
- ارسال باند محدود
- چگالی طیف توان سیگنال‌ها به صورت مدوله شده دیجیتالی
- طراحی سیگنال‌ها برای کانال‌های باند محدود
- موارد مربوط به آشکارسازی PAM دیجیتال
- آشکارسازی سمبل به سمبل داده‌های با ISI کنترل شده
- تعمیم PAM دودویی به PAM چند سطحی با استفاده از پالس‌های دو باینری
- طراحی و پیاده‌سازی فیلترهای فرستنده یا گیرنده برای کانال‌های معلوم
- آشکارسازی دنباله با حداکثر شباهت برای سیگنال‌های پاسخ جزئی
- ارسال اطلاعات توسط مدولاسیون یا سازمان‌دهی (Modulation) حاملی
- سیگنال‌های دیجیتال مدوله شده دامنه
- دمدولاسیون سیگنال مدوله شده دامنه
- دمدولاسیون سیگنال‌های مدوله شده فاز
- تخمین فاز حامل
- مدولاسیون و دمدولاسیون تفاضلی فاز
- دمدولاسیون (DeModulation) و آشکارسازی سیگنال‌های مدوله شده دامنه تربیعی
- سیگنال‌های دیجیتال با مدولاسیون فرکانسی
- دمدولاسیون و آشکارسازی M عدد سیگنال FSK
- آشکارساز بهینه برای سیگنال‌های FSK دودویی
- سیگنال‌های ناهمدوس FSK
- مقایسه روش‌های مدولاسیون
لازم به ذکر است که پیش‌نیاز این دوره، تجزیه و تحلیل سیگنال‌ها و سیستم‌ها و محاسبات عددی با MATLAB و ریاضی مهندسی است.
دوره آموزشی پردازش سیگنال‌های دیجیتال
پردازش سیگنال‌های دیجیتال (Digital Signal Processing) یکی دیگر از مباحثی است که با مبحث اصلی سیگنال‌ها و سیستم‌ها مرتبط است و دانشجویان و افراد مشتاق، باید این دوره را نیز بگذرانند. مجموعه فرادرس برای این درس (پردازش سیگنال‌های دیجیتال) هم دوره آموزشی بسیار عالی را در نظر گرفته است که سرفصل‌های آن به شرح ذیل می‌باشند:
- مقدمه‌ای بر پردازش سیگنال‌های دیجیتال
- فیلترهای دیجیتال
- آنالیز طیف فرکانسی سیگنال
- مفاهیم پایه پردازش سیگنال‌های دیجیتال
- برخی از کاربردهای واقعی پردازش سیگنال‌های دیجیتال
- داده‌برداری سیگنال و کوانتیزاسیون (Quantization)
- داده‌برداری سیگنال‌های پیوسته
- بازسازی سیگنال
- نکات عملی داده‌برداری
- سیگنال‌ها و سیستمهای دیجیتال
- سیگنال‌های دیجیتال
- برخی سیگنال‌های دیجیتال مهم
- تولید سیگنال‌های دیجیتال
- خواص سیستمهای دیجیتال
- سیستمهای خطی، نامتغیر با زمان و علّی
- تبدیل فوریه گسسته و طیف سیگنال
- سری فوریه زمان – پیوسته
- سری فوریه زمان – گسسته
- تبدیل فوریه زمان – پیوسته
- تبدیل Z
- خواص تبدیل z
- خاصیت شیفت زمانی تبدیل z
- خاصیت مشتق فرکانسی تبدیل z
- خاصیت کانولوشن تبدیل z
- فیلترهای دیجیتال
- معادلات تفاضلی و فیلترینگ دیجیتال
- معادلات تفاضلی و تابع تبدیل
- پایداری توابع تبدیل گسسته
- طراحی فیلترهای FIR (Finite Impulse Response)
- فیلترهای پاسخ ضربه محدود (FIR)
- طراحی با تبدیل فوریه
- طراحی با تبدیل فوریه و پنجره‌گذاری
- طراحی با نمونه‌برداری فرکانسی
- تحقق فیلترهای FIR
- طراحی فیلترهای IIR (Infinite Impulse Response)
- فیلترهای پاسخ ضربه نامحدود (IIR)
- طراحی با تبدیل دوخطی
- فیلترهای باترورث دیجیتال (Digital Butterworth)
- سیستم اکولایزر دیجیتال (Digital Equalizer)
- طراحی با تکنیک تغییرناپذیری پاسخ ضربه
یادگیری به شیوه نوین و کاربردی با مجموعه آموزشی فرادرس
بسیاری از افرادی که از دانشگاه فارغ‌التحصیل می‌شوند، تازه به این مسئله پی می‌برند که اندوخته‌هایشان برای وارد شدن به بازار کار کافی نیست و نیاز به کسب تجربه و دانش جدید دارند. وبسایت فرادرس درست همانجایی است که می‌توانید برای آینده خود سرمایه‌گذاری کنید و در دوره‌های بسیار کاربردی آن شرکت کنید. در فرادرس برای طیف وسیعی از علوم، دوره‌ها و پکیج‌های آموزشی مختلفی تهیه شده‌است که با شرکت در آنها قطعا به پختگی لازم خواهید رسید:
- مجموعه آموزش برنامه نویسی
- مجموع آموزش نرم افزارهای Adobe
- مجموعه آموزش طراحی سایت
- مجموعه آموزش بورس و تحلیل تکنیکال
- مجموعه آموزش مهارت‌های کاربردی کامپیوتر (ICDL)
- مجموعه آموزشی هوش مصنوعی
دوره‌هایی که در بالا ذکر شد تنها بخش کوچکی از محتوای آموزشی سایت فرادرس بود. برای مثال، درس سیگنال‌ها و سیستم‌ها که جزو دروس پایه رشته مهندسی برق است، یکی از همان دوره‌هایی است که از سطح مقدماتی تا پیشرفته آن در وبسایت فرادرس تهیه شده و همین حالا می‌توانید از آن استفاده کنید.