Źródła sygnałów elektrycznych

Różnica potencjałów między dwoma różnymi punktami nazywana jest napięciem elektrycznym, które dla zwięzłości nazywa się po prostu „napięciem”, ponieważ teoria obwodów elektrycznych dotyczy przede wszystkim zjawisk lub procesów elektrycznych. Dlatego jeśli w jakiś sposób zostaną utworzone dwa obszary, których potencjały różnią się od siebie, to pojawi się między nimi napięcie U = φ1 — φ2, gdzie φ1 i φ2 to potencjały obszarów urządzenia, w których na skutek zużycia niewielkiej powstają potencjały elektryczne energii o nierównych wartościach...

Na przykład sucha komórka zawiera różne chemikalia — węgiel, cynk, aglomerat i inne. W wyniku reakcji chemicznych energia (w tym przypadku chemiczna) jest zużywana, ale zamiast tego w elemencie pojawiają się obszary o różnej liczbie elektronów, co powoduje nierówne potencjały w tych częściach pierwiastka, w których znajduje się pręt węglowy i panewka cynkowa .

Dlatego między drutami z pręta węglowego a kubkiem cynkowym występuje napięcie. To napięcie na otwartych zaciskach źródła nazywa się siłą elektromotoryczną (w skrócie EMF).

Zatem pole elektromagnetyczne jest również napięciem, ale pod pewnymi warunkami. Siłę elektromotoryczną mierzy się w tych samych jednostkach co napięcie, a mianowicie woltach (V) lub jednostkach ułamkowych - miliwoltach (mV), mikrowoltach (μV), gdzie 1 mV = 10-3 V i 1 μV = 10-6 V.

Termin „EMF”, który rozwinął się historycznie, jest ściśle mówiąc niedokładny, ponieważ EMF ma wymiar napięcia, a nie siły, dlatego ostatnio został porzucony, zastępując termin „napięcie wewnętrzne” (tj. napięcie wzbudzone wewnątrz źródła) lub „napięcie odniesienia”. Ponieważ termin «EMF» jest używany w wielu książkach, a GOST nie został anulowany, użyjemy go w tym artykule.

Siła elektromotoryczna źródła (EMF) jest zatem różnicą potencjałów powstającą wewnątrz źródła w wyniku zużycia pewnego rodzaju energii.

Czasami mówi się, że PEM u źródła jest tworzone przez siły zewnętrzne, przez które rozumie się wpływy o charakterze nieelektrycznym. Tak więc w generatorach zainstalowanych w elektrowniach przemysłowych EMF powstaje w wyniku zużycia energii mechanicznej, na przykład energii spadającej wody, spalania paliwa itp. Obecnie coraz powszechniejsze stają się baterie słoneczne, w których przetwarzana jest energia świetlna w energię elektryczną itp.

W technice komunikacyjnej, radioelektronice i innych gałęziach techniki napięcia elektryczne pozyskiwane są ze specjalnych urządzeń elektronicznych tzw generatory sygnałów, w którym energia przemysłowej sieci elektrycznej jest przetwarzana na różne napięcia pobierane z zacisków wyjściowych.W ten sposób generatory sygnału pobierają energię elektryczną z sieci przemysłowej, a także wytwarzają napięcia typu elektrycznego, ale o zupełnie innych parametrach, których nie można uzyskać bezpośrednio z sieci.

Najważniejszą cechą każdego napięcia jest jego zależność od czasu. Generalnie generatory wytwarzają napięcia, których wartości zmieniają się w czasie. Oznacza to, że w dowolnym momencie napięcie na zaciskach wyjściowych generatora jest inne. Takie napięcia nazywane są zmiennymi, w przeciwieństwie do stałych, których wartości pozostają niezmienne w czasie.

Należy pamiętać, że zasadniczo niemożliwe jest przesyłanie jakichkolwiek informacji (mowy, muzyki, obrazów telewizyjnych, danych cyfrowych itp.) Przy stałym napięciu, a ponieważ technika komunikacji została zaprojektowana specjalnie do przesyłania informacji, główna uwaga zostanie zwrócona uwzględniono sygnały zmieniające się w czasie.

Nazywa się napięcia w dowolnym momencie chwilowy... Chwilowe wartości napięcia są zwykle zmiennymi zależnymi od czasu i są oznaczane małymi literami (małe litery) i (t) lub, w skrócie, — i. Sumowanie wartości chwilowych ​tworzy kształt fali. Na przykład, jeśli w przedziale od t = 0 do t = t1 napięcia rosną proporcjonalnie do czasu, a w przedziale od t = t1 do t = t2 maleją zgodnie z tym samym prawem, to takie sygnały mają kształt trójkąta .

Są bardzo ważne w technologiach komunikacyjnych sygnały prostokątne… Dla takich sygnałów napięcie w przedziale od t0 do t1 jest równe zeru, w chwili t1 gwałtownie wzrasta do wartości maksymalnej, w przedziale od t1 do t2 pozostaje niezmienione, w chwili t2 gwałtownie spada do zera, itp.

Sygnały elektryczne dzielą się na okresowe i nieokresowe. Sygnały okresowe nazywane są sygnałami, których wartości chwilowe powtarzają się po tym samym czasie, zwanym okresem T. Sygnały nieokresowe pojawiają się tylko raz i nie powtarzają się ponownie. Prawa rządzące sygnałami okresowymi i nieokresowymi są bardzo różne.

Ryż. 1

Ryż. 2

Ryż. 3

Wiele z nich, całkowicie poprawnych dla sygnałów okresowych, okazuje się całkowicie niepoprawnych dla sygnałów nieokresowych i odwrotnie. Badanie sygnałów nieokresowych wymaga znacznie bardziej złożonego aparatu matematycznego niż badanie sygnałów okresowych.

Bardzo ważne są sygnały prostokątne z przerwami między impulsami lub, jak się je nazywa, „wybuchami” (z pojęcia „wysyłanie sygnałów”). Takie sygnały charakteryzują się cyklem pracy, tj. stosunek czasu okresu T do czasu wysłania ti:

Na przykład, jeśli czas pauzy jest równy czasowi impulsu, to znaczy wysłanie następuje w ciągu połowy okresu, wówczas cykl pracy

a jeśli czas wysyłania wynosi jedną dziesiątą okresu, to

Nazywa się przyrządy pomiarowe, aby wizualnie obserwować przebieg napięcia oscyloskopy... Na ekranie oscyloskopu wiązka elektronów śledzi krzywą napięcia, które jest przyłożone do zacisków wejściowych oscyloskopu.

Kiedy oscyloskop jest normalnie włączony, krzywe na jego ekranie są uzyskiwane w funkcji czasu, to znaczy obrazy śledzenia wiązki podobne do tych pokazanych na ryc. 1, a — 2, b.Jeśli w jednej tubie elektronowej znajdują się urządzenia, które wytwarzają dwie wiązki, a tym samym umożliwiają obserwację dwóch obrazów jednocześnie, to takie oscyloskopy nazywane są oscyloskopami dwuwiązkowymi.

Oscyloskopy dwuwiązkowe mają dwie pary złączy wejściowych, zwanych wejściami kanału 1 i kanału 2. Oscyloskopy dwuwiązkowe są znacznie bardziej zaawansowane niż oscyloskopy jednowiązkowe: można ich użyć do wizualnego porównania procesów zachodzących w dwóch różnych urządzeniach na wejściu i wyjściowych zacisków jednego urządzenia, a także wykonać szereg bardzo ciekawych eksperymentów.

Ryż. 4

Oscyloskop to najnowocześniejsze urządzenie pomiarowe stosowane w elektronice, za jego pomocą można określić kształt sygnałów, zmierzyć napięcia, częstotliwości, przesunięcia fazowe, obserwować widma, porównać procesy w różnych obwodach, a także wykonać szereg pomiarów i badań , które zostaną omówione w następnych sekcjach.

Różnica między największą a najmniejszą wartością chwilową nazywana jest napięciem kołysania Up (duża litera oznacza, że ​​opisywana jest stała w czasie, a indeks dolny „p” oznacza słowo „zakres”. Zapis Ue może ), dzięki czemu na ekranie oscyloskopu obserwator widzi kształt badanego napięcia i jego zakres.

Na przykład na FIG. 4a przedstawia sinusoidalną krzywą napięcia, na FIG. 4, b — półfala, na ryc. 4, c — pełna fala, na ryc. 4, d — forma złożona.

Jeśli krzywa jest symetryczna względem osi poziomej, jak na ryc. 3, a, wtedy połowa zakresu nazywana jest wartością maksymalną i jest oznaczona przez Um.Jeśli krzywa jest jednostronna, to znaczy wszystkie wartości chwilowe mają ten sam znak, na przykład dodatni, wówczas huśtawka jest równa wartości maksymalnej, w tym przypadku Um = w górę (patrz ryc. 3, a, 3, b, 4. b, 4, c). Tak więc w inżynierii komunikacyjnej głównymi cechami napięć są: okres, kształt, zakres; we wszelkich eksperymentach, obliczeniach, badaniach trzeba przede wszystkim mieć pojęcie o tych wartościach.