%--------------------------------------------------------------------------
%           Výuková podpora přemětu Modulované signály
%--------------------------------------------------------------------------
%                       Program ZESILOVAČE 
%--------------------------------------------------------------------------
% 
% Výpočet a grafické vykreslení upraveného signálu pomocí zesilovače 
% Zesilovač se testuje a vyhodnocuje ve frekvencích blízkých pásmovému
% signálu resp. frekvenci nosné.
%
% V tomto příkladu je prezentováno vyhodnocení následujících parametrů zesilovače:
%      - THD - celkové harmonické zkreslení - na vstup zesilovače je
%              přiveden jeden harmonický signál a sledují se další harmonické
%              vznikající průchodem zesilovače
%      - IMD - intermodulační zkreslení - na vstup zesilovače jsou
%              přivedeny dva harmonické signály a sledují se další harmonické
%              vznikající průchodem zesilovače
%
% VŠB - Technická univerzita Ostrava
% Fakulta elektrotechniky a informatiky
% Katedra měřicí a řídicí techniky
% 17.listopadu 15
% Ostrava - Poruba
% 708 33
%
% Vypracoval Zdeněk Macháček 2010
%--------------------------------------------------------------------------

%--------------------------------------------------------------------------
% Vyčištění všech proměnných paměti a uzavření všech grafických oken
clear all;
close all;
clc

%--------------------------------------------------------------------------
% Specifikace časového průběhu-čas t[s] a vstupního signálu do zesilovače
cas = 0.02; % čas průběhu simulace 

pocet_bodu=10000; % počet bodů v čase 
deltat=1/(pocet_bodu); % zanedbatelný časový okamžik
t=0:deltat:cas-deltat; % časový průběh

% Hamonický signál vi_1(t) pro výpočet celkového harmonického zkreslení THD
% zesilovače a intermodulačního zkreslení IMD zesilovače
Wmax1 = 1.5;  % amplituda hamonického signálu vi_1(t)
f_1 = 400;    % frekvence hamonického signálu vi_1(t)
vi_1_t=Wmax1*sin(2*pi*f_1*t); % hamonický signál vi_1(t)

% 2.Hamonický signál vi_2(t) pro výpočet intermodulačního zkreslení IMD zesilovače
Wmax2 = 0.5;  % amplituda hamonického signálu vi_2(t)
f_2 = 100;    % frekvence hamonického signálu vi_2(t)
vi_2_t=Wmax2*sin(2*pi*f_2*t); % hamonický signál vi_2(t)

vi_12_t= vi_1_t+vi_2_t; % vstupní signál slozený ze dvou harmonických složek


%--------------------------------------------------------------------------
% Definování parametrů zesilovače

K0=0; %hodnota ofsetu
K1=1; %lineární složka zesílení
K2=0.7; %koeficient kvadratického zesílení výstupního signálu
K3=0.3; %koeficient kubického zesílení výstupního signálu

%--------------------------------------------------------------------------
%--------------------------------------------------------------------------
%--------------------------------------------------------------------------
% Výpočet celkového harmonického zkreslení THD

%Výstupní signál zesilovače pro vstupní harmonický signál vi_1(t)
vo1_t =K0+K1.*vi_1_t + K2.*(vi_1_t).^2 + K3.*(vi_1_t).^3;

% výpis na obrazovku výpočtu THD zesilovace
disp('Celkové harmonické zkreslení THD zesilovace vypoctené vypoctené podle jeho parametrů:');
THD = (sqrt(K3.^2+K2.^2)/K1)*100 % výpočet THD - celkového harmonického zkreslení zesilovače

% Výpočet frekvenčního spektra pásmového signálu pomocí funkce algoritmu FFT
N=length(vo1_t); % počet hodnot pásmového signálu v(t) 
v_f = (fftshift(fft(vo1_t)))./N; % komplexní vektor frekvenčního spektra v(t) 
k=-N/2:N/2-1; % pomocný výpočet symetrického pole osy x
f = k.*pocet_bodu./N; % výpočet x-ové osy - frekvence f[Hz]

V_amp = abs(v_f);           %amplitudové frekvenční spektrum v(t)

% Je-li nulová hodnota amplitudy na dané frekvenci je také fáze = 0
for q=1:N
    if ((abs(real(v_f(q))) < 1e-3) && (abs(imag(v_f(q))) < 1e-3)) 
        v_f(q)=0;   
    end;
end;
V_faze = angle(v_f);        %fázové frekvenční spektrum v(t)


%--------------------------------------------------------------------------
% GRAFY - ZOBRAZENÍ SIGNÁLŮ V ČASOVÉ OBLASTI
%--------------------------------------------------------------------------
% Vykreslení grafického časového průběhu vstupního signálu vi_1(t)
figure;
subplot(4,1,1);
plot(t,vi_1_t);
title('Vstupní harmonický signál v_i_1(t)');
ylabel('v_i_1(t)');
xlabel('t[s]');
 
%--------------------------------------------------------------------------
% Vykreslení grafického časového průběhu výstupního signálu ze zesilovače
% vo_1(t)
subplot(4,1,2);
plot(t,vo1_t);
title('Výstupní signál ze zesilovače v_o_1(t) pri vstupním harmonickém signálu v_i_1(t)');
ylabel('v_o_1(t)');
xlabel('t[s]');

%--------------------------------------------------------------------------
% GRAFY - ZOBRAZENÍ SIGNÁLŮ VE FREKVENČNÍ OBLASTI
%--------------------------------------------------------------------------
%vykresleni amplitudového frekvenčního spektra 
subplot(4,1,3);
stem(f,V_amp)
xlabel('f[Hz]')
ylabel('^F^R|W_m|')
grid on;
title('ZESILOVAC - Amplitudové frekvencni spektrum výstupního signálu v_o_1(t)')
%--------------------------------------------------------------------------
%vykresleni fázového frekvenčního spektra
subplot(4,1,4);
stem(f,V_faze)
xlabel('f[Hz]')
ylabel('\Theta_m')
grid on
title('ZESILOVAC - Fazove frekvencni spektrum výstupního signálu v_o_1(t)')


%--------------------------------------------------------------------------
%--------------------------------------------------------------------------
%--------------------------------------------------------------------------
% Výpočet intermodulačního zkreslení IMD zesilovače pro významný
% kvadratický a kubický prvek zkreslení. Ostatní jsou zanedbatelné

%Výstupní signál zesilovače pro vstupní signál složený ze dvou harmonických
%složek vi_1(t),vi_2(t)
vo12_t =K0+K1.*vi_12_t + K2.*(vi_12_t).^2 + K3.*(vi_12_t).^3;

%IMD intermodulační zkreslení způsobené kvadratickým členem
IMD2 = K2.*2.*vi_1_t.*vi_2_t;

%IMD intermodulační zkreslení způsobené kubickým členem
IMD3 = K3.*vi_1_t.^2.*vi_2_t+K3.*vi_1_t.*vi_2_t.^2;

%--------------------------------------------------------------------------
% GRAFY - ZOBRAZENÍ SIGNÁLŮ V ČASOVÉ OBLASTI
%--------------------------------------------------------------------------
% Vykreslení grafického časového průběhu vstupního signálu tvořeného 2
% harmonickými složkami vi_1(t), vi_2(t)
figure;
subplot(4,1,1);
plot(t,vi_12_t);
title('Vstupní signál slozený ze dvou harmonických slozek v_i_1_2(t)');
ylabel('v_i_1_2(t)');
xlabel('t[s]');

%--------------------------------------------------------------------------
% Vykreslení grafického časového průběhu výstupního signálu ze zesilovače v_i_12
% vo_12(t)
subplot(4,1,2);
plot(t,vo12_t);
title('Výstupní signál ze zesilovače v_o_1_2(t) pri vstupním signálu v_i_1_2(t) slozeného ze dvou harmonických slozek');
ylabel('v_o_1_2(t)');
xlabel('t[s]');

%--------------------------------------------------------------------------
% Vykreslení grafického časového průběhu IMD zkreslení způsobené
% kvadratickým členem
subplot(4,1,3);
plot(t,IMD2);
title('Intermodulacní zkreslení IMD zpusobené kvadratickým clenem');
ylabel('IMD^2(t)');
xlabel('t[s]');

%--------------------------------------------------------------------------
% Vykreslení grafického časového průběhu IMD zkreslení způsobené
% kubickým členem
subplot(4,1,4);
plot(t,IMD3);
title('Intermodulacní zkreslení IMD zpusobené kubickým clenem');
ylabel('IMD^3(t)');
xlabel('t[s]');