Источники электрических сигналов

Разность потенциалов двух различных точек называется электрическим напряжением, которое для краткости называют просто «напряжением», поскольку теория электрических цепей изучает в основном электрические явления или процессы. Следовательно, если некоторым образом создать две области, потенциалы которых отличаются друг от друга, то между ними появится напряжение U = 1 — 2, где 1 и 2 — потенциалы областей того устройства, в котором за счет затраты некоторой энергии образуются электрические потенциалы с неодинаковыми значениями.

Например, в сухом элементе имеются различные химические вещества — уголь, цинк, агломерат и другие. В результате химических реакций затрачивается энергия (в данном случае химическая), но взамен в элементе появляются зоны с различным количеством электронов, что вызывает неодинаковые потенциалы в тех частях элемента, где находятся угольный стержень и цинковый стаканчик.

Следовательно, между выводами, от угольного стержня и цинкового стаканчика, оказывается напряжение. Это напряжение в разомкнутых зажимах источника называется электродвижущей силой (сокращенно ЭДС).

Таким образом, ЭДС — это тоже напряжение, но при вполне определенных условиях. Электродвижущая сила измеряется в тех же единицах, что и напряжение, а именно — в вольтах (В) или дольных единицах — милливольтах (мВ), микровольтах (мкВ), причем 1 мВ = 10-3 В, а 1 мкВ = 10-6 В.

Термин «ЭДС», сложившийся исторически, строго говоря, неточен, поскольку ЭДС имеет размерность напряжения, а вовсе не силы, поэтому от него в последнее время отказываются, заменяя терминами «внутреннее напряжение» (т. е. напряжение, возбуждаемое внутри источника) или «опорное напряжение». Поскольку термин «ЭДС» употребляется во множестве книг и ГОСТами не упразднен, в данной статье будем им пользоваться.

Следовательно, электродвижущая сила источника (ЭДС) есть разность потенциалов, образующаяся внутри источника в результате затраты каких-то видов энергии.

Иногда говорят, что ЭДС в источнике образуется сторонними силами, под которыми понимаются воздействия неэлектрического характера. Так, в генераторах, установленных на промышленных электростанциях, ЭДС образуется за счет затраты механической энергии, например энергии падающей воды, сжигаемого топлива и т. д. В настоящее время все более широкое распространение получают солнечные батареи, в которых световая энергия преобразуется в электрическую, и т. д.

В технике связи, радиоэлектронике и других отраслях техники электрические напряжения получают от специальных электронных устройств, называемых генераторами сигналов, в которых энергия промышленной электрической сети преобразуется в различные напряжения, снимаемые с выходных зажимов. Таким образом, генераторы сигналов потребляют электрическую энергию от промышленной сети, а выдают напряжения также электрического вида, но с совершенно иными параметрами, которые нельзя получить непосредственно от сети.

Важнейшей характеристикой любого напряжения является его зависимость от времени. В общем случае генераторы создают напряжения, значения которых изменяются при изменении времени. Это означает, что в каждый момент напряжение на выходных зажимах генератора оказывается различным. Такие напряжения называются переменными, в отличие от постоянных, значения которых остаются неизменными при изменении времени.

Следует помнить, что передать какую-либо информацию (речь, музыку, телевизионное изображение, цифровые данные и т. д.) с помощью постоянных напряжений принципиально невозможно, а так как техника связи предназначена именно для передачи информации, то основное внимание будет уделяться рассмотрению сигналов, изменяющихся во времени.

Напряжения в каждый момент времени называют мгновенными. Мгновенные значения напряжения в общем случае являются переменными, зависящими от времени, и обозначаются малыми (строчными) буквами и (t), или, короче, — и. Совокупность мгновенных значений образует форму сигнала. Например, если в интервале от t = 0 до t = t1 напряжения возрастают пропорционально времени, а в интервале от t = t1 до t = t2 — убывают по такому же закону, то такие сигналы имеют треугольную форму.

Очень важными в технике связи являются сигналы прямоугольной формы. У таких сигналов напряжение в интервале от t0 до t1 равно нулю, в момент t1 скачком возрастает до максимального значения, в интервале от t1 до t2 остается неизменным, в момент t2 скачком уменьшается до нуля и т. д.

Электрические сигналы делятся на периодические и непериодические. Периодическими называют сигналы, мгновенные значения которых повторяются через одно и то же время, называемое периодом Т. Непериодические сигналы появляются только один раз и более не повторяются. Законы, которым подчиняются периодические и непериодические сигналы, весьма различны.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Многие из них, будучи совершенно правильными для периодических сигналов, оказываются совершенно несправедливыми для непериодических и наоборот. Изучение непериодических сигналов требует значительно более сложного мате

10.12.2016 Без рубрики Нет комментариев