Viri električnih signalov

Razlika potencialov med dvema različnima točkama se imenuje električna napetost, ki jo zaradi kratkosti preprosto imenujemo "napetost", saj se teorija električnih vezij ukvarja predvsem z električnimi pojavi ali procesi. Če torej nekako nastaneta dve območji, katerih potenciali se med seboj razlikujejo, se bo med njima pojavila napetost U = φ1 — φ2, kjer sta φ1 in φ2 potenciala območij naprave, v katerih zaradi majhne porabe nastanejo energijski električni potenciali z neenakimi vrednostmi...

Na primer, suha celica vsebuje različne kemikalije - premog, cink, aglomerat in druge. Zaradi kemijskih reakcij se energija (v tem primeru kemična) porablja, namesto tega pa se v elementu pojavijo območja z različnim številom elektronov, kar povzroči neenake potenciale v tistih delih elementa, kjer se nahajata ogljikova palica in cinkova skodelica. .

Zato obstaja napetost med žicami iz ogljikove palice in cinkove skodelice. Ta napetost na odprtih sponkah vira se imenuje elektromotorna sila (skrajšano EMF).

Tako je EMF tudi napetost, vendar pod povsem določenimi pogoji. Elektromotorna sila se meri v enakih enotah kot napetost, in sicer volti (V) ali delne enote - milivolti (mV), mikrovolti (μV), pri čemer je 1 mV = 10-3 V in 1 μV = 10-6 V.

Izraz »EMF«, ki se je razvil skozi zgodovino, je strogo gledano netočen, saj ima EMF razsežnost napetosti, ne sile, zato so ga pred kratkim opustili in nadomestili izraze »notranja napetost« (tj. napetost, vzbujena znotraj vira) ali "referenčna napetost". Ker se izraz "EMF" uporablja v številnih knjigah in GOST ni bil preklican, ga bomo uporabili v tem članku.

Zato je elektromotorna sila vira (EMS) potencialna razlika, ki nastane znotraj vira kot posledica porabe neke vrste energije.

Včasih se reče, da EMF na izvoru tvorijo zunanje sile, ki jih razumemo kot vplive neelektrične narave. Torej, v generatorjih, nameščenih v industrijskih elektrarnah, EMF nastane zaradi porabe mehanske energije, na primer energije padajoče vode, gorenja goriva itd. Trenutno postajajo vse pogostejše sončne baterije, v katerih se pretvarja svetlobna energija v električno energijo itd.

V komunikacijski tehniki, radioelektroniki in drugih vejah tehnike se električne napetosti pridobivajo iz posebnih elektronskih naprav, imenovanih generatorji signalov, pri katerem se energija industrijskega električnega omrežja pretvori v različne napetosti, vzete iz izhodnih sponk.Na ta način generatorji signalov porabljajo električno energijo iz industrijskega omrežja in proizvajajo tudi napetosti električnega tipa, vendar s popolnoma drugačnimi parametri, ki jih ni mogoče pridobiti neposredno iz omrežja.

Najpomembnejša značilnost vsake napetosti je njena odvisnost od časa. Na splošno generatorji proizvajajo napetosti, katerih vrednosti se s časom spreminjajo. To pomeni, da je v vsakem trenutku napetost na izhodnih sponkah generatorja drugačna. Takšne napetosti se imenujejo spremenljivke, v nasprotju s konstantami, katerih vrednosti s časom ostanejo nespremenjene.

Ne smemo pozabiti, da je načeloma nemogoče prenašati kakršne koli informacije (govor, glasbo, televizijske slike, digitalne podatke itd.) S konstantnimi napetostmi, in ker je komunikacijska tehnika zasnovana posebej za prenos informacij, bo glavna pozornost namenjena upošteval časovno spremenljive signale.

Napetosti v katerem koli trenutku se imenujejo trenutne... Trenutne vrednosti napetosti so običajno časovno odvisne spremenljivke in so označene z malimi črkami (male črke) in (t) ali na kratko — in. Seštevek trenutnih vrednosti ​tvori valovno obliko. Na primer, če v intervalu od t = 0 do t = t1 napetosti naraščajo sorazmerno s časom in v intervalu od t = t1 do t = t2 padajo po istem zakonu, potem imajo takšni signali trikotno obliko .

V komunikacijskih tehnologijah so zelo pomembni kvadratni signali… Pri takih signalih je napetost v intervalu od t0 do t1 enaka nič, v trenutku t1 strmo naraste do maksimalne vrednosti, v intervalu od t1 do t2 ostane nespremenjena, v trenutku t2 strmo pade na nič, itd.

Električne signale delimo na periodične in neperiodične. Periodični signali se imenujejo signali, katerih trenutne vrednosti se ponavljajo po istem času, imenovanem obdobje T. Neperiodični signali se pojavijo samo enkrat in se ne ponovijo več. Zakoni, ki urejajo periodične in neperiodične signale, so zelo različni.

riž. 1

riž. 2

riž. 3

Mnogi od njih, ki so popolnoma pravilni za periodične signale, se izkažejo za popolnoma napačne za neperiodične in obratno. Preučevanje neperiodičnih signalov zahteva veliko bolj zapleten matematični aparat kot za preučevanje periodičnih.

Zelo pomembni so pravokotni signali s premori med impulzi ali, kot se imenujejo, "izbruhi" (iz pojma "pošiljanje signalov"). Za takšne signale je značilen delovni cikel, tj. razmerje med obdobjem T in časom pošiljanja ti:

Na primer, če je čas premora enak času impulza, to pomeni, da se pošiljanje zgodi v polovici obdobja, potem delovni cikel

in če je čas pošiljanja ena desetina obdobja, potem

Za vizualno opazovanje valovne oblike napetosti se merilni instrumenti imenujejo osciloskopi... Na zaslonu osciloskopa elektronski žarek zariše krivuljo napetosti, ki se nanaša na vhodne sponke osciloskopa.

Ko je osciloskop običajno vklopljen, se krivulje na njegovem zaslonu dobijo kot funkcija časa, to je slike sledenja žarka, podobne tistim, prikazanim na sl. 1, a — 2, b.Če so v eni elektronski cevi naprave, ki ustvarjajo dva žarka in tako omogočajo opazovanje dveh slik hkrati, potem take osciloskope imenujemo dvožarkovni osciloskopi.

Dvožarkovni osciloskopi imajo dva para vhodnih terminalov, imenovanih vhodi kanala 1 in kanala 2. Dvožarkovni osciloskopi so veliko naprednejši od enožarkovnih: z njimi je mogoče vizualno primerjati procese v dveh različnih napravah, na vhodu in izhodne sponke ene naprave, kot tudi za izvedbo številnih zelo zanimivih poskusov.

riž. 4

Osciloskop je najsodobnejša merilna naprava, ki se uporablja v elektronski tehniki, z njegovo pomočjo lahko določamo obliko signalov, merimo napetosti, frekvence, fazne zamike, opazujemo spektre, primerjamo procese v različnih vezjih, izvajamo pa tudi številne meritve in raziskave. , o čemer bomo razpravljali v naslednjih razdelkih.

Razlika med največjo in najmanjšo trenutno vrednostjo se imenuje nihajna napetost Up (velika črka označuje, da je opisana konstanta v časovni vrednosti, indeks «p» pa pomeni besedo »razpon«. Zapis Ue lahko tako opazovalec na zaslonu osciloskopa vidi obliko preiskovane napetosti in njeno območje.

Na sl. 4a prikazuje krivuljo sinusne napetosti, na sl. 4, b - pol val, na sl. 4, c - polni val, na sl. 4, d - kompleksna oblika.

Če je krivulja simetrična glede na vodoravno os, kot na sl. 3, a, potem se polovica obsega imenuje največja vrednost in je označena z Um.Če je krivulja enostranska, to je, da imajo vse trenutne vrednosti enak znak, na primer pozitiven, potem je nihanje enako največji vrednosti, v tem primeru Um = navzgor (glej sliko 3, a, 3, b, 4. b, 4, c). Tako so v komunikacijskem inženirstvu glavne značilnosti napetosti: perioda, oblika, razpon; pri vseh poskusih, izračunih, študijah je treba najprej imeti predstavo o teh vrednostih.