Zdroje elektrických signálů

Potenciální rozdíl mezi dvěma různými body se nazývá elektrické napětí, které se pro stručnost nazývá jednoduše „napětí“, protože teorie elektrických obvodů se primárně zabývá elektrickými jevy nebo procesy. Pokud se tedy nějakým způsobem vytvoří dvě oblasti, jejichž potenciály se od sebe liší, pak se mezi nimi objeví napětí U = φ1 — φ2, kde φ1 a φ2 jsou potenciály oblastí zařízení, ve kterých se díky spotřebě malého energie vznikají elektrické potenciály s nestejnými hodnotami...

Například suchá buňka obsahuje různé chemikálie — uhlí, zinek, aglomerát a další. V důsledku chemických reakcí dochází k vynakládání energie (v tomto případě chemické), ale místo toho se v prvku objevují oblasti s různým počtem elektronů, což způsobuje nestejné potenciály v těch částech prvku, kde se nachází uhlíková tyč a zinkový pohár. .

Mezi dráty z uhlíkové tyče a zinkové misky je proto napětí. Toto napětí na otevřených svorkách zdroje se nazývá elektromotorická síla (zkráceně EMF).

EMF je tedy také napětí, ale za zcela určitých podmínek. Elektromotorická síla se měří ve stejných jednotkách jako napětí, a to ve voltech (V) nebo zlomkových jednotkách - milivoltech (mV), mikrovoltech (μV), s 1 mV = 10-3 V a 1 μV = 10-6 V.

Termín «EMF», který se vyvíjel historicky, je přísně vzato nepřesný, protože EMF má rozměr napětí, nikoli síly, a proto byl v poslední době opuštěn a nahradil termíny «vnitřní napětí» (tj. napětí, buzené uvnitř zdroje) nebo «referenční napětí». Protože termín «EMF» se používá v mnoha knihách a GOST nebyl zrušen, použijeme jej v tomto článku.

Elektromotorická síla zdroje (EMF) je tedy potenciálový rozdíl generovaný uvnitř zdroje v důsledku spotřeby nějakého druhu energie.

Někdy se uvádí, že EMP u zdroje je tvořeno vnějšími silami, které jsou chápány jako vlivy neelektrické povahy. Takže v generátorech instalovaných v průmyslových elektrárnách se EMF tvoří v důsledku spotřeby mechanické energie, například energie padající vody, spalování paliva atd. V současné době jsou stále běžnější solární baterie, ve kterých se přeměňuje světelná energie na elektrickou energii atd.

V komunikační technice, radioelektronice a dalších odvětvích techniky se elektrická napětí získávají ze speciálních elektronických zařízení tzv generátory signálu, ve kterém se energie průmyslové elektrické sítě přeměňuje na různá napětí odebraná z výstupních svorek.Signálové generátory tímto způsobem spotřebovávají elektrickou energii z průmyslové sítě a produkují také napětí elektrického typu, ale se zcela jinými parametry, které nelze získat přímo ze sítě.

Nejdůležitější charakteristikou jakéhokoli napětí je jeho závislost na čase. Obecně platí, že generátory produkují napětí, jejichž hodnoty se mění s časem. To znamená, že v každém okamžiku je napětí na výstupních svorkách generátoru jiné. Taková napětí se nazývají proměnné, na rozdíl od konstant, jejichž hodnoty se s časem nemění.

Je třeba mít na paměti, že je v zásadě nemožné přenášet jakékoli informace (řeč, hudbu, televizní obraz, digitální data atd.) konstantním napětím, a protože komunikační technika je navržena speciálně pro přenos informací, hlavní pozornost bude věnována obrátil se k zohlednění časově proměnných signálů.

Napětí v libovolném časovém okamžiku se nazývají okamžité... Hodnoty okamžitého napětí jsou obvykle časově závislé proměnné a označují se malými písmeny (malými písmeny) a (t) nebo zkráceně — a. Součet okamžitých hodnot ​tvoří tvar vlny. Například, jestliže v intervalu od t = 0 do t = t1 se napětí úměrně času zvyšují a v intervalu od t = t1 do t = t2 se snižují podle stejného zákona, pak mají takové signály trojúhelníkový tvar .

Jsou velmi důležité v komunikačních technologiích obdélníkové signály… Pro takové signály je napětí v intervalu od t0 do t1 rovno nule, v okamžiku t1 prudce stoupne na maximální hodnotu, v intervalu od t1 do t2 zůstane nezměněno, v okamžiku t2 prudce klesne na nulu, atd.

Elektrické signály se dělí na periodické a neperiodické. Periodické signály se nazývají signály, jejichž okamžité hodnoty se opakují po stejnou dobu, tzv. perioda T. Neperiodické signály se objevují pouze jednou a již se neopakují. Zákony upravující periodické a neperiodické signály jsou velmi odlišné.

Rýže. 1

Rýže. 2

Rýže. 3

Mnohé z nich, které jsou zcela správné pro periodické signály, se ukazují jako zcela nesprávné pro neperiodické a naopak. Studium neperiodických signálů vyžaduje mnohem složitější matematický aparát než pro studium periodických.

Velmi důležité jsou obdélníkové signály s pauzami mezi pulzy nebo, jak se jim říká, „výbuchy“ (z konceptu „vysílání signálů“). Takové signály se vyznačují pracovním cyklem, tzn. poměr časového období T k času odeslání ti:

Pokud se například doba pauzy rovná době pulzu, to znamená, že k odeslání dojde během poloviny periody, pak pracovní cyklus

a pokud je doba odeslání jedna desetina období, pak

Pro vizuální pozorování průběhu napětí se měřící přístroje nazývají osciloskopy... Na obrazovce osciloskopu elektronový paprsek vykresluje křivku napětí, které je přiváděno na vstupní svorky osciloskopu.

Když je osciloskop normálně zapnutý, křivky na jeho obrazovce jsou získávány jako funkce času, to znamená, že obrazy sledování paprsku podobné těm, které jsou znázorněny na obr. 1, a — 2, b.Pokud jsou v jedné elektronce elektronového svazku zařízení, která vytvářejí dva svazky a umožňují tak pozorování dvou obrazů najednou, pak se takovým osciloskopům říká dvoupaprskové osciloskopy.

Dvoupaprskové osciloskopy mají dva páry vstupních svorek, nazývané vstupy kanál 1 a kanál 2. Dvoupaprskové osciloskopy jsou mnohem pokročilejší než jednopaprskové osciloskopy: lze je použít k vizuálnímu porovnání procesů ve dvou různých zařízeních, na vstupu a výstupních svorek jednoho zařízení, jakož i k provedení řady velmi zajímavých experimentů.

Rýže. 4

Osciloskop je nejmodernější měřicí přístroj používaný v elektrotechnice, s jeho pomocí můžete určovat tvar signálů, měřit napětí, frekvence, fázové posuny, pozorovat spektra, porovnávat procesy v různých obvodech a také provádět řadu měření a výzkumů. , o kterém bude řeč v následujících částech.

Rozdíl mezi největší a nejmenší okamžitou hodnotou se nazývá swingové napětí Up (velké písmeno označuje, že se popisuje konstanta v časové hodnotě a dolní index «p» znamená slovo «rozsah». Zápis Ue může tak na obrazovce osciloskopu pozorovatel vidí tvar zkoumaného napětí a jeho rozsah.

Například na OBR. 4a znázorňuje sinusovou křivku napětí, na Obr. 4, b — poloviční vlna, na obr. 4, c — plná vlna, na obr. 4, d — složitá forma.

Pokud je křivka symetrická kolem vodorovné osy, jako na obr. 3, a, pak se polovina rozsahu nazývá maximální hodnota a značí se Um.Pokud je křivka jednostranná, to znamená, že všechny okamžité hodnoty mají stejné znaménko, například kladné, pak je výkyv roven maximální hodnotě, v tomto případě Um = nahoru (viz obr. 3, a, 3, b, 4. b, 4, c). V komunikační technice jsou tedy hlavní charakteristiky napětí: perioda, tvar, rozsah; při jakýchkoli experimentech, výpočtech, studiích je třeba mít především představu o těchto hodnotách.