Zdroje elektrických signálov

Potenciálny rozdiel medzi dvoma rôznymi bodmi sa nazýva elektrické napätie, ktoré sa pre stručnosť nazýva jednoducho „napätie“, pretože teória elektrických obvodov sa primárne zaoberá elektrickými javmi alebo procesmi. Ak sa teda nejakým spôsobom vytvoria dve oblasti, ktorých potenciály sa navzájom líšia, potom medzi nimi vznikne napätie U = φ1 — φ2, kde φ1 a φ2 sú potenciály oblastí zariadenia, v ktorých v dôsledku spotreby malého energie vznikajú elektrické potenciály s nerovnakými hodnotami...

Napríklad suchá bunka obsahuje rôzne chemikálie — uhlie, zinok, aglomerát a iné. V dôsledku chemických reakcií dochádza k spotrebe energie (v tomto prípade chemickej), ale namiesto toho sa v prvku objavujú oblasti s rôznym počtom elektrónov, čo spôsobuje nerovnaké potenciály v tých častiach prvku, kde sa nachádza uhlíková tyč a zinkový pohár. .

Preto je medzi drôtmi z uhlíkovej tyče a zinkovej misky napätie. Toto napätie na otvorených svorkách zdroja sa nazýva elektromotorická sila (skrátene EMF).

EMF je teda tiež napätie, ale za celkom určitých podmienok. Elektromotorická sila sa meria v rovnakých jednotkách ako napätie, a to vo voltoch (V) alebo zlomkových jednotkách - milivoltoch (mV), mikrovoltoch (μV), pričom 1 mV = 10-3 V a 1 μV = 10-6 V.

Pojem «EMF», ktorý sa vyvinul historicky, je prísne vzaté nepresný, pretože EMF má rozmer napätia, nie sily, a preto sa od neho nedávno upustilo a nahradilo sa ním termíny «vnútorné napätie» (t.j. napätie, excitované vo vnútri zdroja) alebo „referenčné napätie“. Keďže výraz «EMF» sa používa v mnohých knihách a GOST nebol zrušený, použijeme ho v tomto článku.

Zdrojová elektromotorická sila (EMF) je preto potenciálny rozdiel generovaný vo vnútri zdroja v dôsledku spotreby určitého typu energie.

Niekedy sa hovorí, že EMP pri zdroji tvoria vonkajšie sily, ktoré sa chápu ako vplyvy neelektrického charakteru. Takže v generátoroch inštalovaných v priemyselných elektrárňach sa EMF vytvára v dôsledku spotreby mechanickej energie, napríklad energie padajúcej vody, spaľovania paliva atď. V súčasnosti sú čoraz bežnejšie solárne batérie, v ktorých sa premieňa svetelná energia do elektrickej energie a pod.

V komunikačnej technike, rádioelektronike a iných odvetviach techniky sa elektrické napätia získavajú zo špeciálnych elektronických zariadení tzv generátory signálu, v ktorom sa energia priemyselnej elektrickej siete premieňa na rôzne napätia odoberané z výstupných svoriek.Takto generátory signálov spotrebúvajú elektrickú energiu z priemyselnej siete a vyrábajú aj napätia elektrického typu, ale s úplne inými parametrami, ktoré nie je možné získať priamo zo siete.

Najdôležitejšou charakteristikou akéhokoľvek napätia je jeho závislosť od času. Generátory vo všeobecnosti produkujú napätia, ktorých hodnoty sa časom menia. To znamená, že napätie na výstupných svorkách generátora je v každom okamihu iné. Takéto napätia sa nazývajú premenné, na rozdiel od konštánt, ktorých hodnoty sa časom nemenia.

Treba mať na pamäti, že je v zásade nemožné prenášať akékoľvek informácie (reč, hudbu, televízny obraz, digitálne dáta atď.) s konštantným napätím, a keďže komunikačná technika je navrhnutá špeciálne na prenos informácií, hlavná pozornosť sa bude venovať zohľadnil časovo premenlivé signály.

Napätia v akomkoľvek časovom okamihu sa nazývajú okamžité... Okamžité hodnoty napätia sú zvyčajne časovo závislé premenné a označujú sa malými písmenami (malé písmená) a (t) alebo skrátene — a. Súčet okamžitých hodnôt ​tvorí tvar vlny. Napríklad, ak v intervale od t = 0 do t = t1 sa napätia úmerne s časom zvyšujú a v intervale od t = t1 do t = t2 klesajú podľa rovnakého zákona, potom majú takéto signály trojuholníkový tvar. .

Sú veľmi dôležité v komunikačných technológiách signály štvorcových vĺn… Pre takéto signály je napätie v intervale od t0 do t1 rovné nule, v momente t1 prudko stúpa na maximálnu hodnotu, v intervale od t1 do t2 zostáva nezmenené, v momente t2 prudko klesá na nulu, atď.

Elektrické signály sa delia na periodické a neperiodické. Periodické signály sa nazývajú signály, ktorých okamžité hodnoty sa opakujú po rovnakom čase, nazývanom perióda T. Neperiodické signály sa objavia iba raz a už sa neopakujú. Zákony upravujúce periodické a neperiodické signály sú veľmi odlišné.

Ryža. 1

Ryža. 2

Ryža. 3

Mnohé z nich, ktoré sú úplne správne pre periodické signály, sa ukážu ako úplne nesprávne pre neperiodické signály a naopak. Štúdium neperiodických signálov si vyžaduje oveľa zložitejší matematický aparát ako štúdium periodických signálov.

Veľmi dôležité sú obdĺžnikové signály s prestávkami medzi impulzmi alebo, ako sa nazývajú, "výbuchy" (z konceptu "vysielanie signálov"). Takéto signály sa vyznačujú pracovným cyklom, t.j. pomer časového obdobia T k času odoslania ti:

Napríklad, ak sa čas pauzy rovná času impulzu, to znamená, že k odoslaniu dôjde v polovici obdobia, potom pracovný cyklus

a ak je čas odoslania jedna desatina obdobia, potom

Na vizuálne pozorovanie priebehu napätia sa meracie prístroje nazývajú osciloskopy... Na obrazovke osciloskopu elektrónový lúč vykresľuje krivku napätia, ktoré je privedené na vstupné svorky osciloskopu.

Keď je osciloskop normálne zapnutý, krivky na jeho obrazovke sa získajú ako funkcia času, to znamená, že obrázky sledovania lúča sú podobné tým, ktoré sú znázornené na obr. 1, a — 2, b.Ak sú v jednej trubici s elektrónovým lúčom zariadenia, ktoré vytvárajú dva lúče a umožňujú tak pozorovanie dvoch obrazov naraz, potom sa takéto osciloskopy nazývajú dvojlúčové osciloskopy.

Dvojlúčové osciloskopy majú dva páry vstupných svoriek, nazývané vstupy kanál 1 a kanál 2. Dvojlúčové osciloskopy sú oveľa pokročilejšie ako jednolúčové osciloskopy: možno ich použiť na vizuálne porovnanie procesov v dvoch rôznych zariadeniach, na vstupe a výstupné svorky jedného zariadenia, ako aj vykonať množstvo veľmi zaujímavých experimentov.

Ryža. 4

Osciloskop je najmodernejší merací prístroj používaný v elektronike, s jeho pomocou môžete určovať tvar signálov, merať napätia, frekvencie, fázové posuny, pozorovať spektrá, porovnávať procesy v rôznych obvodoch a tiež vykonávať množstvo meraní a výskumov. , o ktorých bude reč v nasledujúcich častiach.

Rozdiel medzi najväčšou a najmenšou okamžitou hodnotou sa nazýva kolísavé napätie Up (veľké písmeno označuje, že sa popisuje konštanta v časovej hodnote a index «p» predstavuje slovo «rozsah». Označenie Ue môže použiť aj). teda na obrazovke osciloskopu pozorovateľ vidí tvar skúmaného napätia a jeho rozsah.

Napríklad na obr. 4a sínusový priebeh napätia, na obr. 4, b — polovičná vlna, na obr. 4, c — plná vlna, na obr. 4, d — zložitá forma.

Ak je krivka symetrická okolo vodorovnej osi, ako na obr. 3, a, potom sa polovica rozsahu nazýva maximálna hodnota a označuje sa Um.Ak je krivka jednostranná, to znamená, že všetky okamžité hodnoty majú rovnaké znamienko, napríklad kladné, potom sa výkyv rovná maximálnej hodnote, v tomto prípade Um = hore (pozri obr. 3, a, 3, b, 4. b, 4, c). V komunikačnom inžinierstve sú teda hlavné charakteristiky napätí: perióda, tvar, rozsah; pri akýchkoľvek experimentoch, výpočtoch, štúdiách treba mať predovšetkým predstavu o týchto hodnotách.